西南交大列控系统资料2

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1、列车运行自动控制张亚东博士西南交通大学2014年第二章列车运动学基础2014/12/112第一节列车运动过程分析一、列车的受力分析作用在列车上的力总共分为三类：牵引力、制动力、阻力。2014/12/113第一节列车运动过程分析1.列车牵引力F列车运行动力的来源，与列车运行方向相同，可控。由机车或动车的动力装置发出的内力经传动装置传递，在轮周上形成切线方向力，再通过轮轨间的黏着产生的、由钢轨反作用于轮周上的外力，从而使列车发生平移运动。这种由钢轨作用于动轮轮周上的切向外力之和，即为列车轮周牵引力，简称为列车牵引力。2014/12/1142.

2、列车运行阻力W列车运行中由自然条件产生的与运行方向相反、阻碍列车运行、不能由司机控制的外力叫做列车运行阻力。可分为基本阻力和附加阻力：基本阻力是指在运行中永远存在的阻力；附加阻力是指个别情况下发生的阻力，如坡道阻力、曲线阻力、隧道阻力等。2014/12/1153.列车制动力B列车运行中与运行方向相反、阻碍列车运行、司机可以根据需要调节的外力叫做列车制动力。产生制动力的方法可分为摩擦制动（包括闸瓦制动和盘型制动）、动力制动和电磁制动。2014/12/116二、列车运动状态运动状态可分为：加速牵引、匀速惰行、减速制动。2014/12/117第

3、二节列车牵引力一、牵引力的形成牵引力由机车的动力装置发出的内力经传动装置传递，在轮周上形成切线方向力，再通过轮轨间的黏着产生的、由钢轨反作用于轮周上的外力。牵引力的产生必须具备以下两个条件：1.机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩；2.动轮与钢轨接触并存在摩擦作用。2014/12/118轮轨系统车辆是通过车轮与轨道间的接触摩擦来实现运动的。车轮与轨道的各接触点在它们接触的瞬间是没有相对运动的，轮轨间的纵向水平力就是物理学中的静摩擦力。其最大值定义为“最大静摩擦力”。“最大静摩擦力”与运动状态无关的常量，等于钢轨对车轮的垂直支持力N与静

4、摩擦系数的乘积。轮轨间的纵向水平作用力超过最大静摩擦力时，轮轨接触点将发生相对滑动，机车动轮在强大力矩的作用下快速转动，轮轨间的纵向水平作用力变成了滑动摩擦力，其数值比最大静摩擦力小很多，而列车运行速度很低，这种状态称为“空转”。2014/12/119空转的危害：局部与车轮接触的钢轨将受到严重摩擦，造成严重耗损钢轨，甚至导致车轮陷入钢轨磨损产生的深坑内。该状态下牵引力反而大幅降低，钢轨和车轮都将遭受剧烈磨损。2014/12/1110二、轮轨间的黏着与黏着牵引力列车运行的实际情况非常复杂。不存在纯粹的“静摩擦状态”，而是“静中有微动”或“

5、滚中有微滑”的状态。轮轨间的纵向水平作用力的最大值与运动状态有关，比“最大静摩擦力”小很多。在分析轮轨间纵向力问题时，用“黏着”来代替“静摩擦”。在黏着状态下，轮轨间的纵向水平作用力的最大值被定义为黏着力，黏着力与轮轨间垂直载荷之比称为黏着系数。黏着力与黏着系数相关。2014/12/1111为使机车动轮不发生空转，必须把主动力F1控制在黏着极限的范围内，黏着牵引力是受轮轨间黏着力限制的列车牵引力。黏着系数与环境、速度、机车构造、线路、轮轨表面等因素相关，难以用理论计算。牵引计算过程中应用的黏着系数公式都是在大量实验基础上结合运用经验给出

6、的。2014/12/1112第三节列车运行阻力一、基本阻力基本阻力：列车在理想线路条件下，沿平直轨道运行时遇到的阻力，列车运行中任何情况下都存在的阻力，记作：W.0基本阻力主要是列车内部或外界之间的相互摩擦和冲击产生的，包括：机械阻力和气动阻力。2014/12/1113基本阻力：1.轴颈与轴承间的摩擦阻力：等于轴颈与轴承间的摩擦系数乘以轴承上的荷重。而摩擦系数的变化与润滑油的种类、气候条件、轴承类型、运行速度、轴承的荷重等因素有关。2.车轮与钢轨的滚动摩擦阻力：滚动摩擦力与轨道强度、车轮直径、行车速度、轮轨表面硬度等有关。3.车轮与钢轨的

7、滑动摩擦阻力：在滚动的同时，还发生纵向与横向滑动。2014/12/11144.冲击和振动引起的阻力：轮对的踏面及钢轨不平顺、钢轨连接处的间隙，都会产生冲击和振动而引起的阻力。阻力大小与机车车辆的结构及线路质量有关。5.空气阻力：列车运行时，正面空气受压缩，后面空气稀薄，列车表面与空气发生摩擦并产生涡流。空气与列车间的这些相互作用形成阻碍列车运动的力。空气阻力的大小，取决于列车与空气的相对速度、机车车辆的外形、气温等。试验表明，空气阻力与速度平方以及车辆的横截面积成正比。2014/12/1115列车运行中影响基本阻力的因素极其复杂，在实际运

8、用中难于用理论公式来计算，通常由大量试验综合出的经验公式计算。实验表明：运行速度是影响基本阻力的主要因素，机械阻力和运行速度成正比，空气阻力与速度的平方成正比。低速时，基本阻力