动车组牵引制动性能计算——培训中心09

,*,高速动车组技术,第五章 制动系统,单击此处编辑母版标题样式,第六章 动车组牵引制动性能,200,km/h EMU电动车组采用动力分散交流传动牵引模式，适应在铁路既有线上以160,km/h速度级正常运行，在新建的客运专线并能在既有线指定区段上以200,km/h速度级正常运行。,这里对于动车组牵引制动相关的环境、线路等运行条件以及动车组的主要技术参数予以简单介绍。,一、动车组运用条件,1.,动车组运用的自然环境,气温条件：2540,C。,相对湿度：95%（月平均最低温度25,C时）。,海拔高度：1,500,m。,最大风速：一般年份15,m/s；偶遇30,m/s。,气候特点：有风、沙、雨、雪天气；偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象。,2.,动车组运行的线路条件,200,km/h,速度等级线路区段的线路参数如下：,坡道：,区间最大坡度：12（困难条件下20）。,站段联络线坡度：30。,最小曲线半径：2,200,m。,缓,和曲线：三次抛物线型,线间距：4.2 m。,到发线有效长度：650 m，困难条件下520 m。,最大超高：150,mm。,最大超过允许值：110,mm。,道岔限速：,区间道岔直向通过速度：200,km/h。,进出站为18号可动心轨道岔（导曲线半径为1,200,m，侧向通过限速80,km/h）和12号可动心轨提速道岔（侧向通过速度50,km/h）。,竖曲线半径：15,000,m。,车站站台高度：5001,200,mm。,车站站台边缘距轨道中心线的距离：1,750,mm。,正线数目：双线。,轨底坡：1/40。, 既有线线路其他有关参数如下：,坡道：30。,轨底坡：1/40。,3.,列车运用特点,列车为两端均可操纵控制的动车组，可单列运行，也可两列联挂运行。,两列联挂时间：3,min。,列车立即折返时间：125,km/,h,动车组运行于平直道和12、20、30,直坡道上的牵引力与基本运行阻力的相对关系曲线，由图可以看出，列车运行于12,无隧道的直坡道上的均衡速度在200,km/h以上。,（1）牵引力曲线,牵引力为EMU所要求的全功率对应得最大牵引力。牵引力在从0125,km/h的速度范围内，以速度0 km/h的牵引力为基点按一定斜率下降，在速度125,km/h以上范围内，牵引力与速度呈双曲线下降（恒功率）的趋势。,（2）牵引力与速度的关系,一般来说，,所需牵引力按照下列公式计算：,（N）,加速度以下式计算：,（m/s2）,在EMU加速时，不仅对车体加速，也需要施加力量来克服车轮、车轴、制动盘片、驱动用电动机、齿轮装置等旋转部分的惯性力矩，以使车轮旋转、加速。从计算的角度，用旋转部分的等效重量计算，换算的系数定义为惯性系数,。惯性系数的值因EMU的车（有驱动电动机、齿轮装置）与T车的比例（动拖比）不同而不同，一般由照动车组的技术规格所规定。车辆的等价重量按照,G,（,1,）来计算。,（2）运行阻力,曲线中的虚线表示无隧道、直线、平坡及最大坡度12下对应的运行阻力。,按照实际计算，在208,km/h附近，牵引力曲线与运行阻力（12）曲线相交，这一点是坡度12,对应的EMU的均衡速度点。,对于平直道，在250,km/h点，牵引力超出运行阻力，表明还有继续加速的余量，用剩余加速度来表示，即250,km/h时剩余加速度,m/s2，200,km/h时剩余加速度,m/s2）。,起动时的加速度要求有,m/s2。,（3）单点划线表示电动机电压、破折线表示电动机电流。,电动机电压在速度175,km/h前， 设定为V/f（电压/频率）达到一定值时加速（电压、频率与速度略呈比例）、速度175,km/h以上时电动机电压为一定值。,电动机电流在速度125,km/h前，与牵引力呈比例下降、从125175km/h是基本上与速度成反比例减少。即，电动机电压与电动机电流之积保持一定值，表示在这种状态下进入推移的稳定能量加速区域。,此外，在175,km/h以上时，如前所述，电动机电压一定，所以如果暂定功率因数暂无变化，由于是稳定能量，电流会按照一定值推移。,但是，在图中，电动机电流是随着速度的上升而下降的。,（4）运行速度,营业运行速度 200 km/h,最高试验速度 250 km/h,第三节 动车组的粘着,我们已经知道，粘着系数和轮轨接触几何尺寸、接触区域状态、动轮直径、运行速度等有关，动车组高速运行时，轮轨间的接触条件恶化，粘着系数降低；另一方面，动车组动轮直径比内燃、电力机车的小，所以，动车组的粘着系数比机车的粘着系数小。,ICE和TGV高速动车组由于采用动力集中或相对集中的牵引方式，列车轴重大，故粘着系数高于动力分散的日本新干线高速动车组（0、100、300系）。,值得说明的是，动车组速度在250200,km/h之间，且轨面状态不好时，粘着系数大约为之间，粘着允许的制动减速度为，因此，200,km/h EMU 的平均制动减速度都处于边缘，因此，采取增粘措施（采用踏面清扫器）和防滑措施（采用防滑控制）是制动系统必须的。这样，动车组的最大制动减速度在轨面状态较好时或轨面湿润时，都在一定程度上得到保障。,第四节 动车组的阻力特性,不同列车速度下空气阻力所占的比例,速度/（km/h）,20,50,100,160,300,空气阻力所占比例,2%,15%,41%,55%,75%95%,高速动车组的速度都在200,km/h,以上，空气阻力占主导地位。所以动车组往往从头尾部以及整个列车的流线型（包括车顶和车下设备）来减低空气阻力，并尽量降低表面粗糙度和列车高度。,基本阻力中各部分的比例,10,km/,h,100,km/,h,140,km/,h,摩擦阻力,90,%,30,20,振动阻力,8,30,25,空气阻力,2,40,55,基本阻力的计算,（N/t）,计算运行阻力的公式还有相近的公式，一般在动车组的技术规格中作规定。此处所列公式为200km/h EMU的基础原型车的实测值。,第五节 动车组的牵引功率,动车组运行速度高，运行阻力随之增大，必须有足够的动力来克服增大阻力。,（1）功率配置,动车组的功率主要与运行的目标速度、列车总重、最高速度时剩余加速度有关。,参照欧洲高速铁路联网高速列车技术条件：, 平直道最高速度运行时，应有剩余加速度,m/s/s；, 加速过程平均加速度：,040,m/s/s,0,m/s/s,0,m/s/s, 考虑15,km/h的逆风；,列车（轮周）功率按平直道最高速度200,km/h、考虑15,km/h的逆风运行时，仍有剩余加速度,m/s/s；,牵引电机总功率：实际电机功率： 300X164,800 kW,单位列车重量牵引功率：,kw/t,（2）功率与列车最大运行速度的关系,功率与列车最大运行速度的关系（列车重量400t）,速 度,120,km/,h,140,km/,h,160,km/,h,200,km/,h,250,km/,h,300,km/,h,功 率,588,882,1,248,2,689,4,163,6,144,（3）高速动车组的功率重量比,总 重,最高速度,定 员,总功率,功率重量比,日本300系,740,t,270,km/,h,1021座,14,100,kW,19.05,kW/t,法国TGV-N,800,t,350,km/,h,1400座,14,000,kW,17.5,kW/t,德国ICE,820,t,280,km/,h,950座,9,600,kW,11.7,kW/t,（4）地铁轻轨车辆的功率重量比,四轴车 12,kW/t,六轴铰接车 11,kW/t,八轴铰接车 10,kW/t,由此看出，200,km/h EMU动车组的功率重量比与其他电动车组的功率重量比是一致的。,第六节 动车组的起动加速性能计算,一、起动加速过程加速度,1.,起动加速度,列车在定员载荷、平直道的起动加速度为,m/s2。,起动平均加速度：,040连续加速： S165 m， a,m/s2,080连续加速： S713 m， a,m/s2,0120连续加速：S1757 m，a,m/s2,0160连续加速：S3651 m，a,m/s2,0200连续加速：S7286 m，a,m/s2,0250连续加速：S17.32 km，a,m/s2,2.,剩余加速,200km/h行驶时：,m/s2,（实际计算结果：,m/s2,）,250km/h行驶时：,m/s2,（实际计算结果：,m/s2,）,从平直道的运行阻力与牵引力的关系曲线也可以看出，在250,km/h点，牵引力超出行驶阻力，显示出还有继续加速的余量。使用加速度来表示这一剩余加能力的话，就是在加速性能曲线中记录的剩余加速度所表示的加速度值（要求达到250,km/h时,m/ s2，200,km/h时,m/s2）。,二、各手柄级位均衡速度,动车组在各牵引级位下的运行于无隧道的平直道上的均衡速度如表,牵引级位,均衡速度/（km/h）,牵引力速度特性,1,25,（1/V）,2,2,75,1/V,3,125,1/V,4,150,1/V,5,175,1/V,6,200,1/V,7,225,1/V,8,250,1/V,9,275,1/V,10,1/V,三、起动加速过程,平直道上起动加速，假设起动时间为1秒。起动加速过程如表,速度/（km/h）,加速时间/s,行驶距离/m,速度/（km/h）,加速时间/s,行驶距离/m,0,1,0,130,109,2 091,10,8,11,140,120,2 503,20,15,41,150,132,2 987,30,22,91,160,145,3 547,40,30,169,170,160,4 234,50,37,257,180,176,5 011,60,45,379,190,194,5 936,70,53,522,200,214,7 019,80,62,709,210,236,8 272,90,71,922,220,261,9 764,100,80,1 161,230,290,11 576,110,89,1 424,240,323,13 731,120,99,1 743,250,362,16 386,四、不同动拖比编组的起动加速能力对比,在相同电机功率、相同牵引总重量等计算条件下，动车组的平均加速度如表所示,加速范围,/（km/h）,4M4T,5M3T,加速距离,平均加速度,加速距离,平均加速度,040,165,0.38,131,0.47,080,713,0.365,566,0.45,0120,1757,0.33,1386,0.42,0160,3651,0.30,2849,0.38,0200,7286,0.25,5555,0.33,0250,17320,0.184,12284,0.25,不同动拖比编组的起动加速图示,五、其他高速动车组的起动加速性能对比,第七节 动车组的制动计算,一、动车组制动要求,当动车组配置了的牵引功率，在牵引工况，当列车从0200,km/h加速时，加速运行距离为；当从0250,km/h加速时，加速运行距离为,km。但制动工况就不同了，列车制动距离要比起动加速距离短得多。,我国铁路技术政策规定：,当最高速度为250,km/h，要求制动距离：2,700,m，约为加速运行距离的1/6；制动平均减速度a,m/s2，约为平均起动加速度的5倍。,当最高速度为200,km/h，要求制动距离：2,000,m，约为加速运行距离的1/4；制动平均减速度a,m/s2，约为平均起动加速度的3倍,当最高速度为250,km/h、要求制动距离2,700,m、制动减速度,m/s2时，,针对制动等级为EB（快速制动）、列车编组方式为4M4T的列车进行制动距离的计算。其中，取制动单元为1M1T，制动方式为纯空气制动或电制动+空气制动。路面分DRY（干轨）和WET（湿轨）两种状态分别考虑。并假定制动初速度为200km/h。（铁路技规规定200km/h速度等级列车制动距离为2000m）。,制动距离,空走距离,空走时间（s），初速度为200km/h下的空走距离：,各速度段制动所需制动距离,v,1,-v,2,：速度范围km/h,0-70,70-118,118-160,160-200,路面状态,：有效制动距离m,168.5,339.2,508.5,694.5,Dry,174.96,349.45,540.25,790.72,Wet,列车总制动距离,列车总制动距离计算结果,轨面,计算值,DRY,1838.5,WET,1983.2,结论,不论干轨和湿轨的制动距离均小于,2000,米，满足,技规,的规定。,200km/h初速制动距离,制动空走距离,有效制动距离,总制动距离,制动时间,快速制动,86,1688,1774,113,7N,86,2479,2565,168,6N,86,2823,2909,192,5N,86,3273,3359,223,4N,86,3895,3981,267,3N,86,4794,4880,331,2N,86,6262,6384,437,1N,86,9071,9157,648,160km/h初速制动距离,制动空走距离,有效制动距离,总制动距离,制动时间,快速制动,69,1025,1094,88,7N,69,1515,1584,130,6N,69,1730,1799,149,5N,69,2014,2083,174,4N,69,2408,2477,208,3N,69,2984,3053,260,2N,69,3948,4017,346,1N,69,5845,5914,521,三、再生制动、空气制动性能曲线,四、停坡验算,装备停放制动装置的动车组，应具有在20坡道上停放制动时不溜逸的能力,20%坡道上的下滑力：408.5t x 20=81.7 kN,最大停放制动力：,按制动缸剩余290kPa计算，制动力可达190kN以上。,五、安全制度规定,动车组按LKJ方式行车时，列车最高运行速度165km/h(167km/h报警，170km/h启动常用制动，175km/h启动紧急制动）。,列控车载设备有完全监控模式(FS)、部分监控模式(PS)、目视行车模式(OS)、调车模式(SH)、隔离模式(IS)和待机模式(SB)等六种。,完全监控模式是列车在区间(含车站正线通过和侧进直出)和车站接车作业时的正常运行的模式，列车最高运行速度200km/h（202km/h报警，205km/h启动常用制动，210km/h启动紧急制动）。列控车载设备根据控车数据自动生成目标距离模式曲线，司机依据人机界面(DMI)显示的列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等控制列车运行。,第八节 故障运行能力,对电动车组，一般要验算定员载荷、列车部分动力损失情况下的故障运行能力。对4M4T编组的动车组，在牵引传动系统采用车控情况下，当动力损失1/4时，剩余动力运行就相当于3M5T。,一、坡道起动能力计算,起动阻力按4,N/kN计算，在无曲线的12直坡道上起动时，列车阻力为,列车起动牵引力为,因此可以起动。,同理，在无曲线的20直坡道上起动时，列车阻力为,也能满足起动要求。,但在无曲线的30直坡道上起动时，列车阻力为,列车无法自行起动。,通过反算，可以确定列车动力损失1/4时，能在无曲线的直坡道上起动的最大坡度为,即28（要求粘着系数应在以上时）,二、坡道运行速度,在动力损失1/4的情况下，在20的直坡道上的均衡速度为127.4 km/h；,在动力损失1/2的情况下，在12的直坡道上的均衡速度为128.2 km/h。,CRH2稳速 范围_上坡牵引,CRH2稳速 范围_下坡电制动,