列車牽引計算課程設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 課程名稱 機車車輛方向課程設(shè)計 題目名稱 SS4列車牽引計算 學(xué) 院 _ 專 業(yè) 班 級_ 學(xué) 號_ _ 學(xué)生姓名_ _ 指導(dǎo)教師_ 2014年 6 月19 日目 錄摘 要10 引言11.設(shè)計任務(wù)12.機車基本參數(shù)12.1計算牽引質(zhì)量12.2校驗并確定區(qū)間牽引質(zhì)量12.3列車換算制動率的計算13 合力圖13.1 機車各種工況的曲線13.2繪制合力曲線14計算制動距離和運行時間14.1計算列車制動的距離14.2運行時間1結(jié)束語1參考文獻1摘 要 本次課程設(shè)計主要進行了列車的計算牽引質(zhì)量，校驗了區(qū)段牽引質(zhì)量，以及制動率。利用matlab畫出了機車各工況的單位合力曲線。對化簡的線路縱

2、斷面進行了運行時間計算及制動距離的計算。手繪出了繪制列車運行速度線和列車運行時間線。關(guān)鍵詞：列車；牽引；制動；計算0 引言提高列車牽引質(zhì)量和運行速度，保證鐵路行車安全和盡量節(jié)約機車能耗，是擴大鐵路運輸能力提高鐵路工作效益的重要內(nèi)容。為此，必須講究科學(xué)管理和經(jīng)濟操縱，提高運輸管理和列車操縱水平；很好的研究列車的牽引質(zhì)量，運行速度，制動距離及機車能耗等與哪些因素有關(guān)，怎樣在保證行車安全和節(jié)能的條件下“多拉快跑”；同時，要讓鐵路運輸管理工作人員及其后備軍都有這方面的知識，即會分析也會計算。列車牽引計算正是這方面必須有的，故進行本次課程設(shè)計。1.設(shè)計任務(wù)SS4型電力機車牽引70輛貨車，均為滾動軸承（牽

3、引質(zhì)量5000t），其中標(biāo)記載重50t，裝有GK型制動機的重車48輛，空車5輛；標(biāo)記載重25t，裝有120型制動機的重車12輛；標(biāo)記載重25t，裝有120型制動機空車5輛。車輛按高磷閘瓦計算，列車管受空氣壓力為500KPa。制動初速度為104Km/h。SS4型電力機車電功率6400KW，軸式為2×（BoBo），軸重23t。機車單位阻力（N/KN）1.1求解（1）計算牽引質(zhì)量，校驗并確定區(qū)段牽引質(zhì)量；計算列車換算制動率等。（2）繪制合力表，繪制合力曲線。（3）化簡線路縱斷面的運行時間及制動距離等。（4）繪制列車運行速度線和列車運行時間線。（5）便知點算程序計算，并計算及繪圖，編程語言不

4、限。2.機車基本參數(shù)額度工作電壓 單相交流50Hz 25kV；傳動方式 交直流電傳動；軸 式 2×（BoBo）；機 車 重 量 2×92 t；軸 重 23t；持 續(xù) 功 率 2×3200kW；最高運行速度 100 km/h ；持 續(xù) 速 度 51.5 km/h；起動牽引力 628kN；持 續(xù) 牽 引 力 450kN；電制動方式 加饋電阻制動 電制動功率 5300kW ；電制動力 382kN（1050km/h）；傳動方式 雙邊斜齒減速傳動；傳 動 比 88/21；2.1計算牽引質(zhì)量1）按限制坡度計算限制坡度指的是某區(qū)或區(qū)段內(nèi)對牽引質(zhì)量起限作用的坡道，區(qū)間或區(qū)段內(nèi)坡道

5、最大而又很長的上坡道，列車進入這個坡道后由于坡道阻力很大，速度將連續(xù)下降，直至機車計算速度，列車仍未駛出這個坡道，此時，機車速度仍繼續(xù)下降，則表明牽引重量太大，因為列車以低于的速度運行是不合理的，甚至有可能招致“坡停事故”。若列車能保持勻速運行出坡，則表明牽引重量正合理，此時作用于列車上的合力為零。計算牽引質(zhì)量 其中計算牽引力，KN機車計算重量 t 取184t牽引使用系數(shù) 取0.9 計算速度下的機車，車輛單位基本阻力N/KN限制坡道的加算坡度千分?jǐn)?shù) 取5.5牽引質(zhì)量，t重力加速度（取9.81 ）由于車輛均為滾動軸承查【1】=0.92+0.0048+0.000125 （N/KN）查表=51.5K

6、m/h =431.6KN帶入數(shù)據(jù)有 =4.08N/KN =1.50 N/KN則 =5404.8t2.2校驗并確定區(qū)間牽引質(zhì)量由于題目已經(jīng)知道牽引質(zhì)量G=5000t,現(xiàn)只需要對其進行校驗，按啟動地段坡度驗算牽引質(zhì)量。查【3】根據(jù)題意及電力機車牽引的滾動軸承貨物列車演算公式得其中：機車計算啟動牽引力，KN 機車牽引使用系數(shù) 取0.9 啟動地點加算坡度千分?jǐn)?shù)取5.5機車單位啟動基本阻力電力機車取5N/KN車輛單位啟動基本阻力 滾動軸承貨車取3.5 N/KN查【2】 =649.8KN代入數(shù)據(jù)可得：=6409.2t>5000t故按限制坡道計算出的牽引質(zhì)量在能夠可靠啟動2.3列車換算制動率的計算查【

7、4】 標(biāo)記載重50t裝有GK型制動機的重車每輛車換算閘瓦動力為250KN。標(biāo)記載重50t裝有GK型制動機的空車每輛車換算閘瓦動力為160KN。標(biāo)記載重25t裝120型制動機的重車每輛車換算閘瓦動力為160KN。標(biāo)記載重25t裝有120型制動機的重車每輛車換算閘瓦動力為140KN。SS4型重力機車每臺換算閘瓦動力640KN。列車換算制動率總和為：KN列車總重力為=(184+5000) X9.81=50855KN則列車換算制動率為：3 合力圖 合力圖是表示機車各種工況下作用在列車上的單位合力與速度的關(guān)系的坐標(biāo)圖。3.1 機車各種工況的曲線由于列車在不同工況有不同的合力組成形式，所以合力曲線圖亦由牽

8、引運行，惰力運行，空氣制動運行和制動力運行四種曲線組成。1）首先計算出合力計算表第一部分：牽引工況速度由0開始每隔10km/h取一速度帶入計算表，=0和=10km/h必須列入，然后每隔10km/h直到機車最大速度=120km/h并列出有關(guān)的關(guān)鍵點，進行有關(guān)各項計算。第一欄：機車牽引力，從HXD3型電力機車計算數(shù)據(jù)表中查出不同速度下的最大牽引力。第二欄：繪制最大合力曲線時的牽引力 第三欄：機車運行時的單位基本阻力，在阻力計算中，<10km/h均按=10km/h計算。第四欄：車輛運行時的單位基本阻力，貨車為滾動軸承貨車第五欄：列車運行時的基本阻力，第六欄：牽引運動時作用于列車上的合力第七欄：

9、牽引運動時作用于列車上的單位合力為第二部分：惰行工況第八欄：惰行時作用于列車上的單位合力為第三部分：制動工況第九欄：換算摩擦系數(shù) 采用高磷閘瓦，制動初速度為104km/h查表即可第十欄：列車單位制動力為第十一欄：常用制動時的列車單位合力第十二欄：電阻制動力，可查表得出第十三欄：在計算小半徑曲線眾多的長大坡道區(qū)段的有關(guān)問題時，因機車在小半徑曲線上全力使用動力制動時易產(chǎn)生滑行，為避免滑行，通常不使用最大制動電流，在這種情況下最好也取0.9的“使用系數(shù)”，比較符合實際，故單位電阻制動力為第十四欄：電阻制動力時的列車單位合力 列表有：運動工況欄數(shù)速度項目0102028.73036.7牽引工況1F（KN

10、）554554517498.7497488.62=0.9F498.6498.6465.3448.8447.3439.732.472.472.763.063.113.3840.980.981.071.161.181.26552.5352.5357.4762.4263.4967.906446.07446.07407.83368.41383.81371.8478.778.778.027.607.557.31惰行工況81.031.031.131.231.251.34制動工況90.39120.16270.14510.13920.13860.136210142.4059.2252.8250.6850.46

11、49.571172.2330.6427.5426.5726.4826.12電阻制動120168.7333.5482.7465.4376.71303.326.569.499.157.41141.034.027.039.771.258.00運動工況欄數(shù)速度項目40475051.56070牽引工況1F（KN）484.8479476.5437372.7320.12=0.9F436.3 431.1 428.9 393.3 335.4 288.1 33.523.8544.084.545.1541.311.421.471.51.661.87570.6176.6079.3280.9489.62101.0263

12、65.71 354.50 349.53 312.36 245.81 187.07 77.19 6.97 6.87 6.14 4.83 3.68 惰行工況81.391.511.561.591.761.99制動工況90.13530.13370.13320.13300.13180.13081049.2448.6848.4848.4047.9847.611126.0125.8525.8025.7925.7525.79電阻制動12410.4482.7457.8444.5374.7321.8138.07 9.49 9.00 8.74 7.37 6.33 141.3910.051.561.598.397.6

13、8運動工況欄數(shù)速度項目73.28090100牽引工況1F（KN）307.8242.5187.5161.32=0.9F277.02218.25168.75145.1735.365.826.557.3541.942.12.362.655104.83113.51127.81143.256172.19104.7440.941.9273.392.060.810.04惰行工況82.062.232.512.82制動工況90.13050.13000.12940.12901047.5147.3347.1246.951125.8225.9026.0726.29電阻制動12307.1280.7250.2226.51

14、36.045.524.924.45147.507.206.946.833.2繪制合力曲線。按一定比例將合力表中的機車不同工況下各速度的單位合力值，在直角坐標(biāo)系中分別標(biāo)出，連成圓滑的線即可。3.2.1列出各工況的列車單位合力計算式：牽引工況時=惰性工況時=制動工況時=+157電阻制動工況時 =3.2.2利用matlab編制程序并運行繪出列車的單位合力曲線牽引工況時編制程序如下：clcv=0:10:100 f=554 554 517 497 484.8 476.5 372.7 320.1 242.5 187.5 161.3c=(91.74*f-184*(2.25+0.019*v+0.000320*

15、v.2)-5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*v.2)/5184plot(v,c,r-)畫出的圖形為：惰性工況時編制程序如下：clcv=0:10:120c=-(184*(2.25+0.0019*v+0.00032*v.2)+5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*v.2)/5184plot(v,c,r-)畫出圖形為：制動工況時編制程序如下：clcv=0:10:100q=0.3912 0.1627 0.1451 0.1386 0.1353 0.1332 0.1318 0.1308 0.1300 0.1294 0.1290c=-(138*(1.67+0.00

16、14*v+0.000279*v.2)+5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*v.2)/5138+157*q)plot(v,c,r-)畫出圖形為：電阻制動工況時編制程序如下：clcv=0:10:100b=0 3.32 6.56 9.15 8.07 9.00 7.37 6.33 5.52 4.92 4.45c=-(184*(2.25+0.0019*v+0.00032*v.2)+5000*(0.92+0.0048*v+0.000125*v.2)/5184+0.9*b)plot(v,c,r-)畫出圖形為：4計算制動距離和運行時間4.1計算列車制動的距離其中：制動空車走距離，m有效制

17、動距離，m=其中：制動初速度，km/h空走時間，s當(dāng)貨物列車常用制動時為=n為牽引輛數(shù)r為列車管減壓量Kpa為制動地段加算坡度千分?jǐn)?shù)，上坡度取=0而=其中：速度間隔的初速度,km/h速度間隔的末速度, km/h換算摩擦系數(shù)列車換算制動率，取值0.364常用制動系數(shù)，緊急制動時取值為1；常用制動根據(jù)減壓量查表3-7可得值為0.68列車單位基本阻力制動地段的加算坡度千分?jǐn)?shù) 速度間隔取得越小，越接近單位合力實際變化情況，計算結(jié)果越精確。但是值取越小，計算工作量就越大，所以在運用公式進行計算時，為了既保證計算精度又不使計算工作量過大，所取的速度間隔，不要超過10km /h速度間隔。由此選取速度間隔為1

18、0km/h。4.1.1求空走時間【1】根據(jù)題目所知，牽引輛數(shù)n=70，列車管減壓量r=100Kpa，帶入公式可得貨物列車常用制動空走時間:=15.92（s）4.1.2求空走距離 根據(jù)題目所知，制動初速度=104km/h。由公式可得相應(yīng)的空走距離：=459.1（m）4.1.3按分段累計法求有效制動距離根據(jù)題目所知，制動初速度為104km /h。從制動初速度到零，劃分為16個速度間隔，然后按照公式進行計算。 先計算第一段為列車從制動初速度至速度達到100 km/h的制動距離，按單位合力表計算或從單位合力曲線上去查，都可得到換算摩擦系數(shù)；列車單位基本阻力分別為=4.08N/KN =1.50 N/KN

19、。帶入公式可得：=97.8（m） 下面繼續(xù)取速度間隔10090、9080、8073.2、73.270、7060、6051.5、51.550、5047、4740、4036.7、36.730、3028.7、28.720、2010、100km/h，相應(yīng)得到下列的結(jié)果： =228.7（m） =205.6（m） =126.3（m） =55.6（m） =157.7（m） =114.8（m） =18.4（m） =35.1（m） =73.1（m） =30.2（m） =52.8（m）=8.9（m）=48.7（m）=32.5（m）=8.6（m）由此可得：= =97.8+228.7+205.6+126.3+55.6

20、+157.7+114.8+18.4+35.1+73.1+30.2+52.8+8.9+48.7+32.5+8.6=1295（m）4.1.4 求制動距離=459.1+1295=1754.1（m） 有效制動距離分段計算表 速度間隔 （km/h）計算項目10410010090090808073.273.27070606051.551.550h0.12890.12920.12970.13030.13070.13130.13230.1331=2.882.662.372.152.021.871.681.5897.8228.7205.6126.355.6157.7114.818.4 時間間隔 （km/h）計算

21、項目504747404036.736.7303028.728.7202010100h0.13350.13440.13570.13730.13890.14170.15130.1913=1.531.451.361.291.240.181.081.0335.173.130.252.88.948.732.58.64.2運行時間【1】（1）列車在第一段運行所需的時間先計算列車自甲站出發(fā)主速度達到10km/h的運行時間和運行距離，按單位合力計算，查得=0，=5（km/h）所對應(yīng)的列車單位合力=8.77N/kN代入公式可得： =47.54（m） =34.20（s）此計算表明：列車在平直道上起車后行駛47.5

22、5m時，速度加速到10 km/h，所需時間為34.2s。繼而取速度間隔為1020 km/h，有=15（km/h）所對應(yīng)的列車單位合力=8.40N/kN代入公式可得：= =149.01（m）=35.73（s）下面繼續(xù)取速度間隔2028.7、28.730、3036.7、36.740、4047、4750、5051.5km/h，相應(yīng)得到下列的結(jié)果： =226.25（m） =33.42（s） =42.02（m） =5.15（s）=250.83（m） =27.05（s）=145.55（m） =13.65（s）=358.64（m） =29.66（s）=175.31（m）=13.00（s）=97.56（m）=

23、6.92（s）=720.15（m）=46.47（s）檢查列車在第一段從發(fā)車至速度為51.5km/h時所行駛的距離：S1=47.54+149.01+226.25+42.02+250.83+145.55+358.64+175.31+97.56+720.15=2212.87m>1600m 這說明，列車速度尚未到60km/h就已經(jīng)行駛到第一段終點。至于列車駛至該段終點時的速度應(yīng)用試湊法，假定列車駛至該段終點時的速度為53.0km/h，于是： =105.4（m） =7.26（s） 列車在第一段所行駛的累計距離為：S1=47.54+149.01+226.25+42.02+250.83+145.55+

24、358.64+175.31+97.56+105.4=1597.4（m）比該段長度小2.6m，作為允許誤差，認(rèn)為最后這個假定是正確的，試湊已完成。而列車行駛完第一段所需時分為： =34.2+35.73+33.42+5.15+27.05+13.65+29.66+13+6.92+7.26=206.05s（2）列車在第二段運行所需的時間 列車以速度53km/h駛?cè)氲诙危撈露?2，單位合力曲線圖速度坐標(biāo)軸應(yīng)上移2N/kN，此時對應(yīng)的單位合力仍為正值，列車將繼續(xù)加速，分別取速度間隔5360、6070km/h進行計算，得： =930（m）=59.21（s）=2402.88（m）=132.98（s）檢查列

25、車速度達到70km/h 時，列車所行駛的距離： S2=930+2402.88=3332.88m>2050m算出的距離比坡段長度超出1282.88m，實際上列車駛至第二段終點的速度應(yīng)低于70 km/h 。終點速度的確定仍用試湊法，假定列車駛至第二段終點速度為65.31km/h ，代入計算，于是得： =1105.46（m） =63.47（s）此時，列車在第二段所行駛的累計距離為： S2=930+1105.46=2035.46（m）比該段長度只小14.54m，也作為允許誤差，認(rèn)為試湊已成功。 列車駛完第二段所需的時間： =59.21+63.47=122.68（s）（3）列車在第三段運行所需的時

26、間列車以65.31km/h 速度駛?cè)?-2的第三段時，單位合力曲線圖速度坐標(biāo)軸應(yīng)下移2N/kN，此時對應(yīng)的單位合力仍為正值，列車將繼續(xù)加速，分別取速度間隔65.3170、7073.2、73.280 km/h、8090km/h 進行計算可得： =445.94（m）=23.71（s） =345.41（m）=17.35（s）=919.84（m）=43.20（s）=2065.35（m）=87.40（s）此時，列車在第三段所行駛的累計距離為：S3=445.94+345.41+919.84+2065.36=3776.53(m)>2150m算出的距離比坡段長度超出1626.53m，實際上列車駛至第三段

27、終點的速度應(yīng)低于90 km/h 。終點速度的確定仍用試湊法，假定列車駛至第三段終點速度為82.5 km/h ，代入計算，于是得：=433.26（m）=19.18（s）此時，列車在第三段所行駛的累計距離為：S3=445.94+345.41+919.84+433.26=2144.45（m）比該段長度只小5.55m，也作為允許誤差，認(rèn)為試湊已成功。 列車駛完第三段所需的時間 =19.18+23.71+17.35+43.20=103.44（s）(4) 列車在第四段運行所需的時間列車以82.5 km/h 速度駛?cè)?5.5的第三段時，單位合力曲線圖速度坐標(biāo)軸應(yīng)上移5.5N/kN，分別取速度間隔82.590

28、km/h，c=1.91-5.5=-3.59 N/KN,此時單位合力為負(fù)值，取82.580、8073.2km/h進行計算可得： =471.88（m）=20.89（s） =1931（m）=91.64（s）此時，列車在第四段所行駛的累計距離為：S4=471.88+1931=2402.88（m）=91.64+20.89=112.53（s）(5) 列車在第五段運行所需的時間列車以71.6 km/h 速度駛?cè)?-6的第五段時，單位合力曲線圖速度坐標(biāo)軸應(yīng)下移6N/kN，此時對應(yīng)的單位合力仍為正值，列車將繼續(xù)加速，取71.6103.78km/h進行計算可得： =3050（m）=125.13（s）S5=3050

29、mt5=125.13s（6）列車在第六段運行所需的時間 由于第六段坡度為 1 且長度為3100m，列車以104km/h速度駛?cè)?-1的第六段。此段列車開始時以104km/h勻速運動1330m，所用時間為12.79s。剩余1770m為惰性階段，取104100km/h進行計算可得：=1765.5（m）=62.23（s）此時，列車在第六段所行駛的累計距離為： S6=1765.5+1330=3095.5（m） =12.79+62.23=75.02（s）比該段長度只小4.5m，也作為允許誤差，認(rèn)為試湊已成功。（7）列車在第七段運行所需的時間 由上邊已經(jīng)算出的制動距離可知：空走距離為1650-1295=355（m）=591.87>355m改取 =355m=12.86s時為有效制動階段=3.77=26.21sS7=1650 t7=12.86+26.21=39.07s坡度千分?jǐn)?shù)段數(shù)運行距離（m）運行時間（s）011597.4206.05222035.46122.68-232144.45103.445.542402.88112.53-653050125.13-163095.575.0207165039.07程序設(shè)計牽引工況時編制程序如下：clcv=0:10:1