第二讲 列车牵引理论.ppt

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1、轮轨相互作用理论牵引力、制动力的形成与限制列车运行阻力列车运动方程列车牵引特性列车牵引特性与电机特性之间的关系几个概念：粘着、空转、计算粘着系数、轴重转移、基本阻力、附加阻力、单位阻力、加算坡道、单位合力第二讲列车牵引理论1.轮轨相互作用理论1.1轮对的结构轮-轨的相互作用，是列车牵引的基础和特点Wheel车轮Axle车轴Brakedisk制动盘1.2轮对的受力分析重力Pi（轴重，包括轮对自身重量）轨道的支撑力Si电机的驱动转矩Mi可等效为一对力偶FiA、FiB，分别作用于轴心O和轮轨接触点CFiA的反作用力fi，是钢轨给轮对的当fi与FiA平衡时，力FiB由于没有外力与之平衡，就使得

2、轮对以C点为中心发生向前的滚动在轮轨接触点C处，当fi与FiA相等时，轮轨处于相对静止状态1.3粘着(adhesion)的概念FiA及FiB的大小为：FiA=Mi/Ri与之对应，轮周牵引力大小为fi=Mi/Ri当fi=FiA时，轮轨接触点C保持相对静止，轮轨之间没有相对滑动，动轮对作纯滚动运动——“粘着”状态粘着：轮轨接触点保持相对静止而不发生相对滑动的现象。粘着的条件：轨道对轮对能够产生与FiA相等的“摩擦力”fi1.4粘着力的特点在一定的轮轨接触条件下，轮周牵引力fi随着电机驱动转矩Mi（也可以看做FiA）的增加而增大当Mi增大到一定值时，fi达到极限值fimax，并且不再增大此时

3、，如果继续增大Mi，将会出现FiA>fi的情况，轮轨在接触点处将出现相对滑动轮轨发生相对滑动时，fi将急剧减小，导致滑动进一步加剧，动轮将进一步加速旋转——空转现象粘着力的极限值fimax与轮对的轴重Pi成正比，即：fimax=μPi，比例系数μ称为粘着系数，仅与轮轨接触面的状态相关空转的危害及防护因轮对的驱动转矩过大，导致轮轨间的粘着关系被破坏而出现相对滑动的现象，称为“空转”。空转的危害牵引力下降轮轨擦伤制动时情况更为严重——连滚带爬状态空转的防护采取空转检测保护措施改进电机的特性撒砂提高驾驶技术现代控制技术，粘着控制1.5粘着现象的理论解释从1699年至今，人们对轮轨接触产生的牵

4、引力机理进行了研究，目前公认的是荷兰的Kalker教授的蠕滑理论粘着并不是由于摩擦产生的，粘着系数不等同于摩擦系数轮周牵引力fi是由于轮轨间的蠕滑(creep)产生的“蠕滑”是指两个接触体形成的接触表面中，对应质点间的相对变形产生的微量滑动的现象蠕滑的宏观表现是，车轮滚动的线速度大于平移速度，蠕滑率σ可用它们的相对差值表示，即蠕滑现象的描述轮轨接触面是一个椭圆的区域在力矩Mi作用下，车轮前部分压缩，后部拉伸；轨道前部拉伸，后部压缩；钢轨的前部拉伸，后部压缩滚动区——接触面的前部，无相对滑动滑动区——接触面的后部，有微小的相对滑动两个弹性体接触面的变形及微小的滑移，促成了轨道向轮对传递切

5、向力粘着系数与蠕滑率的关系——粘着-蠕滑特性曲线通过实验统计得到的曲线切向力增大导致滑动区面积增大，滚动区面积减小，表现为蠕滑率增大蠕滑率增大到某个值时，粘着系数达到最大值μmax当滚动区面积继续减小时，产生宏观的滑动——空转σ(%)μ(%)μmax空转会在过B点后的任意点产生（为什么？）2.机车牵引力、制动力的形成与限制2.1机车牵引力形成的内因和外因轮对在驱动转矩Mi作用下，如果满足粘着条件，可从轮轨接触点获得轮周牵引力fi：fi=Mi/Ri=μPi产生牵引力的两个条件：驱动转矩Mi——内因粘着条件μ、Pi——外因最大牵引力受最大粘着力限制：fimax=μmaxPi机车牵引力：F=

6、∑fi2.2机车牵引力的限制条件机车的牵引力不能超过所有轮对最大粘着力之和Fmax≤∑μimaxPi机车粘着条件下的最大牵引力也可以表示为Fμ≤μjPμμj为机车可利用的等效粘着系数——计算粘着系数Pμ为机车可以利用的总轴重——机车重量P机车的驱动力大于Fμ时，粘着条件最差的动轮就会产生空转，机车的牵引力立即下降，会产生滑动、粘着、再滑动的振荡过程2.3影响μmax和μj的因素影响μmax的因素影响μj的因素每个轮对的粘着系数全部轮对的粘着利用程度轮轨材质动轮直径及轴重环境因素——摩擦系数运行速度线路垂向刚度强迫硬性滑动牵引电机特性差异动轮直径及其差异轴重转移(SS系列)(新干线，轨道

7、湿润）(新干线，轨道干燥）速度对μj的影响举例轴重转移列车静止时，机车的轴重平均分配列车牵引运行时，各轮对的轴重分布发生变化，有的增加，有的减小，这种轴重重新分配的现象称为轴重转移原因：轮周牵引力与车钩上列车阻力不在同一水平线上前后转向架：前转向架：后转向架：结论：前（转向架、轮对）减重，后增重轴重转移对μj的影响轴重转移使μj降低，严重时可降低20%以上——why？越是需要牵引力（重载、爬坡时），轴重转移越严重！解决措施改进结构，降低等效的H