第6章 機車車輛牽引理論

第二篇動車組相關(guān)理論第6章軌道交通車輛牽引理論第7章軌道交通車輛動力性能分析第8章軌道交通車輛結(jié)構(gòu)強度設(shè)計第9章軌道交通車輛總體設(shè)計第六章軌道交通車輛牽引理論第1節(jié)機車牽引力的產(chǎn)生第2節(jié)列車制動力的產(chǎn)生第3節(jié)列車運動阻力第1節(jié)機車牽引力的產(chǎn)生一、機車牽引力的產(chǎn)生原理二、粘著定律三、防車輪空轉(zhuǎn)四、軸重轉(zhuǎn)移一、機車牽引力的產(chǎn)生原理

設(shè)牽引電動機產(chǎn)生的扭矩通過齒輪傳動，最后使輪對獲得扭矩M。如果機車被懸空，輪對離開鋼軌，則該扭矩M作為內(nèi)力矩，只能使輪對進行旋轉(zhuǎn)運動，而不能使機車進行前進或后退的平移運動。當機車置于鋼軌上，輪對與鋼軌成為有壓力的接觸時，就產(chǎn)生輪對作用于鋼軌的力F，力F與轉(zhuǎn)矩M成正比。由力F所引起的鋼軌作用于輪對的反作用力Fk。，就是使機車發(fā)生平移運動的外力。

將所有各動輪受到的鋼軌反作用力加到一起，就得到的這種由鋼軌沿機車運行方向加于動輪輪周上的總切向外力稱為輪周牽引力。二、粘著定律1、基本概念2、粘著定律3、影響粘著系數(shù)的因素1、基本概念粘著：動輪與鋼軌接觸處，由于正壓力而出現(xiàn)的保持輪軌接觸處相對靜止、而不相對滑動的現(xiàn)象稱為“粘著”。蠕滑：

在動輪正壓力的作用下，輪軌接觸處產(chǎn)生彈性形，形成橢圓形的接觸面。從微觀上看，兩接觸面是粗糙不平的。由于切向力的作用，動輪在鋼軌上滾動時，車輪和鋼軌的粗糙接觸面產(chǎn)生新彈性變形，接觸面間出現(xiàn)微量滑動，即所謂“蠕滑”?！叭浠省保河捎谌浠拇嬖?，動輪的滾動圓周速度將比其前進速度高，用蠕滑率表示蠕滑的大小。2、粘著定律3、影響粘著系數(shù)的因素蠕滑系數(shù)又稱為粘著系數(shù)，它是軸重、接觸橢圓的長短軸比、泊松比、彈性模數(shù)、庫倫摩擦系數(shù)的函數(shù)。影響粘著系數(shù)的因素：（1）機車本身(包括結(jié)構(gòu)因素、運行速度等)。（2）軌道。軌面狀態(tài)影響很大，不良的軌面狀態(tài)(臟、油、濕、冰膜)能使蠕滑系數(shù)下降一半以上。（3）外界條件(包括氣候、污染及撒砂等)。

由于回旋蠕滑率在一般情況下不大，縱向蠕滑力系數(shù)與橫向蠕得力系數(shù)在數(shù)值上的差異也不是很顯著，為了簡化起見，不考慮回旋蠕滑，并近似地取縱向蠕滑系數(shù)等于橫向蠕滑系數(shù)。下面蠕滑力系數(shù)公式適用于小位移范圍的：三、防車輪空轉(zhuǎn)A、空轉(zhuǎn)的原因B、車輪空轉(zhuǎn)的危害C、防車輪空轉(zhuǎn)的措施A、空轉(zhuǎn)的原因當輪軌間出現(xiàn)最大粘著力后，若繼續(xù)加大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，切向力Fi將大于最大粘著力，輪軌間出現(xiàn)相對滑動，粘著狀態(tài)被破壞。輪軌間出現(xiàn)相對滑動的現(xiàn)象，稱為“空轉(zhuǎn)”。B、車輪空轉(zhuǎn)的危害（1）空轉(zhuǎn)發(fā)生時，牽引力急劇下降，容易造成坡停和運緩；（2）空轉(zhuǎn)發(fā)生時，輪軌劇烈摩擦，甚至造成輪箍松弛；（3）牽引電機高速旋轉(zhuǎn)，造成電機損壞甚至電機“掃膛”。C、防車輪空轉(zhuǎn)的措施（1）在機車設(shè)計時，盡量選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使軸載荷轉(zhuǎn)移降至最?。蕴岣哒持亓康睦寐省?軸重轉(zhuǎn)移)（2）合理而有控制地撒砂。持別在直線軌道上，軌面條件惡劣時，撤砂可大大提高粘著系數(shù)。（3）采用增粘閘瓦，可提高制動時的粘著系數(shù)，防止車輪滑行。（4）采用性能良好的防空轉(zhuǎn)裝置。

砂箱裝置由砂箱、砂箱蓋、支架、排石器等組成。每臺轉(zhuǎn)向架構(gòu)架前后四角處設(shè)置了4個砂箱，每個砂箱容積為0.1m3，每臺機車總砂箱容積為0.8m3。四、軸重轉(zhuǎn)移1、定義2、評價指標3、計算實例-DF型內(nèi)燃機車4、軸重轉(zhuǎn)移的危害5、提高粘著利用率的措施1、定義

(1)機車軸重轉(zhuǎn)移（locomotiveaxleloadtransfer）：機車在牽引工況時機車產(chǎn)生牽引力時，各軸的軸重會發(fā)生變化，有的增載，有的減載，這種現(xiàn)象稱為牽引力作用下的軸重轉(zhuǎn)移,軸重轉(zhuǎn)移又稱軸重再分配。(2)產(chǎn)生原因：牽引力是發(fā)生軸重轉(zhuǎn)移的根本原因。軸重轉(zhuǎn)移的數(shù)值隨牽引力的增大而增大。軸重的轉(zhuǎn)移，某些情況下可以達到原軸重的20％或更高。在機車運用中產(chǎn)生牽引力時，由于車鉤距軌面有一定的高度，與輪周牽引力不在同一高度，后部列車作用于車鉤的拉力與輪周牽引力形成一個力偶，使前轉(zhuǎn)向架減載，后轉(zhuǎn)向架增載。2、評價指標3、計算實例-DF型內(nèi)燃機車軸重轉(zhuǎn)移分析A.牽引電機工作時產(chǎn)生的力B.牽引電機工作引起的軸重轉(zhuǎn)移C.粘著重量利用率a.牽引電機工作時產(chǎn)生的力

東風型內(nèi)燃機車的牽引電動機系采用軸懸式一端經(jīng)兩個抱軸瓦支承于車軸上；另一端通過彈簧吊架懸技于構(gòu)架上。b.牽引電機工作引起的軸重轉(zhuǎn)移c.粘著重量利用率

由此可知，減載最大的是第四軸，其次是第一及第二軸。故機車前進時如發(fā)生空轉(zhuǎn)．則最大可能首先是第四軸，其次是第一、第二軸。所以決定東風型機車粘著重量利用率的是第四軸。4、軸重轉(zhuǎn)移的危害

它影響機車黏著重量的利用，限制機車黏著牽引力的發(fā)揮。軸重轉(zhuǎn)移是在牽引力作用下引起的，隨牽引力增大而增大。當機車牽引列車起動或爬坡時，發(fā)揮的牽引力最大，此時軸重轉(zhuǎn)移也最嚴重。隨著機車功率的不斷增大，機車重量與功率的比值越來越小，黏著重量的利用問題就更顯突出。

對個別驅(qū)動的機車軸重減少最大的輪對，將首先發(fā)生空轉(zhuǎn)。這樣，機車粘著牽引力的最大值，必然受到達個輪對空轉(zhuǎn)的限制?？辙D(zhuǎn)發(fā)生后，牽引力立即下降，機車走行部、傳動機構(gòu)的正常工作受到影響；牽引電機也可能損壞；輪對和鋼軌增加了額外的非正常磨耗。另外，個別輪對的軸重增加，使機車遠行中的動作用力增加，并將對鋼軌造成破壞。5、提高粘著利用率的措施

為了減少軸重轉(zhuǎn)移，在結(jié)構(gòu)上采取如下措施。牽引電動機的順置，即一個轉(zhuǎn)向架各軸的牽引電動機布置方向相同。

轉(zhuǎn)向架布置4個剛度較大的旁承，對于速度較低的機車，每個轉(zhuǎn)向架布置4個剛度較大的旁承，此時，轉(zhuǎn)向架內(nèi)的力矩變化會通過4個剛度較大的旁承或剛四性旁承傳至車體，不再引起轉(zhuǎn)向架內(nèi)部的軸重轉(zhuǎn)移；而車體上由于轉(zhuǎn)向架中心距較大，轉(zhuǎn)向架傳來的力矩所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向架間的軸重轉(zhuǎn)移就小得多了。貨運機車彈性旁承的剛度較大，就是這個原理。低位牽引：降低轉(zhuǎn)向架牽引力向車體傳遞點距軌面的高度。在制造和維修方面，要注意保持動輪等直徑、各牽引電動機相同的特性，以便使各輪對發(fā)出相同的牽引力。此外，在電力機車采用前、后轉(zhuǎn)向架電動機分別供電，使軸重減載的前轉(zhuǎn)向架電動機減小電流，而增載的后轉(zhuǎn)向架電動機增大電流。這有可能獲得較大的粘著重量利用率（防空轉(zhuǎn)控制器）第2節(jié)列車制動力的產(chǎn)生一、列車制動力的形成二、制動力的限制三、抱死滑行一、列車制動力的形成二、制動力的限制三、抱死滑行1、原因與危害2、預(yù)防措施原因：制動力的大小可以采用加減閘瓦壓力予以調(diào)節(jié).但不得大于粘著條件所允許的最大值。否則輪軌產(chǎn)生相對滑動，車輪的制動力變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ瑪?shù)值立即減小，車輪被閘瓦.’抱死”，輪子在鋼軌上繼續(xù)滑行，這種現(xiàn)象稱為.’滑行’危害：’抱死滑行’時制動力大為降低，車輪與鋼軌的接觸面會被擦傷，因此，應(yīng)盡最避免。1、原因與危害防止滑行的措施：1、在大型貨車制動機上設(shè)置有空、重車調(diào)整裝置。2、在盤形制動車輛上設(shè)踏面清掃器3、設(shè)電子防滑器。2、預(yù)防措施（1）JTQS-1型踏面清掃器產(chǎn)品簡介：

JTQS-1型踏面清掃器用于機車和車輛的踏面清掃作業(yè)，以提高粘著系數(shù)，它與盤形制動器配套使用。其突出優(yōu)點是能自動調(diào)整閘瓦托擺角，以適應(yīng)輪踏面形狀。JTQS-1型踏面清掃器結(jié)構(gòu)小巧、作用靈活、安裝方便，非常適合于高速機車、動車和低速重載牽引機車使用。主要技術(shù)參數(shù)：

活塞面積

178cm2

工作壓力

450kPa

最大閘瓦托擺角

±3.5°

最大活塞行程

115mm

閘瓦材料

鑄鐵/

重量

15kg（2）空重車調(diào)整裝置

KZW型貨車空重車自動調(diào)整裝置可取代手動空重車轉(zhuǎn)換機構(gòu)，根據(jù)車輛載重在一定范圍、無級的調(diào)整制動缸壓力，明顯縮小從空車位之重車位的不同載重狀態(tài)下的制動率的變化，從而有效的改善車輛的制動性能?？蓽p少混編列車在列車制動時車輛之間的縱向沖擊力，減少擦輪事故的發(fā)生，減少車輪消耗及車輛維修工作量。

（3）電子防滑器電子防滑器的主要部件：1.速度傳感器、2.防滑器主機、3.防滑器充排電磁閥。

電子防滑器的原理：

判斷：利用軸的轉(zhuǎn)動速度可以在車速從2Km/h至400Km/h的范圍內(nèi)測出并進行分析。通過安裝在軸端的速度傳感器和測速齒輪測出的軸速與根據(jù)真正軸速計算出的速度判據(jù)進行比較判斷出輪對是否進入滑行狀態(tài)。

控制：防滑器充排電磁閥與制動管相連，安裝在車下靠近制動缸的位置。防滑器充排電磁閥控制制動缸內(nèi)壓力增減以確保獲得最佳的制動力并產(chǎn)生最好的制動效果，以避免滑行的產(chǎn)生。

安全：放風閥內(nèi)部采用24V電壓，雙極驅(qū)動電路。每個正負極線都有自己的放大器，放大器由監(jiān)控電路監(jiān)視以保證安全性。主要的作用：制動時能有效地防止輪對因滑行而造成的踏面擦傷；制動時能根據(jù)輪軌間粘著的變化調(diào)節(jié)制動力，以充分利用輪軌間的粘著，得到較短的制動距離。第3節(jié)列車運動阻力（1）定義與類型（2）基本阻力（3）附加阻力一、定義與類型

列車運行時，受到的與列車運行方向相反，而且是司機不能控制的阻止列車運行的外力，稱為列車阻力，簡稱阻力，用W表示。由于列車由機車和車輛組成，為了便于計算，將作用在列車上的阻力分為機車和車輛兩部分，分別稱為機車阻力和車輛阻力。制動力的作用方向雖然也與機車、車輛的運行方向相反.但它是根據(jù)需要由司機有意施加的，因而不能列為附加阻力。阻力分為基本阻力和附加阻力兩大類?；咀枇κ菣C車和車輛在運行中任何情況下都存在的阻力。附加阻力只發(fā)生在個別情況下。例如，在坡道上運行時的坡道附加阻力，在曲線上運行時有曲線附加阻力，在隧道內(nèi)運行時有空氣附加阻力等。二、基本阻力

引起基本阻力的因素很多，其中量主要的因素是機車車輛部件和機車車輛表面與空氣的摩擦以及車輪與鋼軌間的相互摩擦和沖擊。歸納起來可分為以下五類。

1.軸頸與軸承之間的摩擦列車運行時，機車車輛所有輪對的軸頸與軸承之間都冷產(chǎn)生摩擦阻力，阻止輪對的轉(zhuǎn)動。

2.車輪與軌面間的滾動摩擦當車輪滾動時，軌面因擠壓而變形.引起附加阻力，即為滾動摩捺阻力。3.車輪與鋼軌間的滑動摩擦車輪的圓錐形踏面、車輪直徑的差異以及某些輪對組裝不正確，都將使得車輪在滾動的同時存在縱向和橫向的滑動，產(chǎn)生滑動摩擦阻力。

4.沖擊和振動列車運行時，由于鋼軌接縫、軌道不平直以及輪軌擦傷等原因，引起輪軌間的沖擊和

5.空氣阻力列車運行時，前后兩端產(chǎn)生壓差阻力，外部衷面產(chǎn)生摩擦阻力，突出部分產(chǎn)生擾動阻力。上述引起列車基本阻力的五種因素，隨著列車速度的高低而有不同的影響。低速時，軸頸與軸承間的摩擦起主要作用，速度提高后，輪軌間滑動摩擦、沖擊和振動以及空氣阻力的影響逐漸增大。高速時.列車基本阻力則以空氣阻力為主。三、附加阻力1.坡道附加阻力列車在坡道上運行時，除了基本阻力以外還有坡道阻力的作用，稱為坡道附加阻力。2.曲線附加阻力機車、車輛在曲線上的運行阻力大于同樣條件下直線上的運行阻力，其增大部分叫做曲線附加阻力。引起曲線附加阻力的因素很多，主要的有:①輪緣與鋼軌產(chǎn)生額外摩擦。②在離(向)心力的作用下，車輪向外(內(nèi))側(cè)移動.輪軌間產(chǎn)生額外橫向滑動。③由于同抽兩車輪沿著不同直徑的滾動圓濃動，增加了車輪與鋼軌間的縱向滑動。④轉(zhuǎn)向架圍繞心盤轉(zhuǎn)動時，上下心盤之間的摩擦，軸瓦與軸頸之間的摩擦加劇，都使阻力增加。

3.隧道空氣附加阻力列車進人隧道時，對隧道內(nèi)的空氣產(chǎn)生;中擊作用.使列車頭部受到突然增大的正面壓力。進人遂道后，列車驅(qū)使空氣移動，造成列車頭部的正壓與尾端負壓的壓力差，產(chǎn)生壓差阻力。同時.列車的前進運動促進隧道內(nèi)的空氣沿著列車流動.由于機車和車輛外形結(jié)構(gòu)的原因，空氣形成紊流，造成空