第二章鐵路能力

第二章鐵路能力第一節(jié)概述第二節(jié)列車上的各種力機(jī)車牽引力、列車運(yùn)行阻力、列車制動力第三節(jié)牽引質(zhì)量計(jì)算和檢查牽引力質(zhì)量的計(jì)算、牽引質(zhì)量的檢查、牽引輛數(shù)、牽引凈載及列車長度計(jì)算第四節(jié)單位合力曲線圖及應(yīng)用單位合力曲線圖的計(jì)算及繪制、行車速度與行車時分的確定第五節(jié)鐵路通過能力和輸送能力鐵路設(shè)計(jì)所需的運(yùn)量資料、通過能力計(jì)算、輸送能力計(jì)算牽引計(jì)算是研究列車在各種外力作用下沿軌道運(yùn)行時的各種實(shí)際問題。牽引計(jì)算的任務(wù)：研究作用在列車上的各種力；研究在這些力的相互作用下列車的運(yùn)行情況；研究解決一些實(shí)際問題包括：牽引質(zhì)量、列車運(yùn)行速度、列車運(yùn)行時間、制動問題等。第一節(jié)概述是計(jì)算鐵路通過能力、輸送能力、車站分布和運(yùn)營支出等的基本資料，也是評價各設(shè)計(jì)方案的依據(jù)。第二節(jié)列車上的各種力一、機(jī)車牽引力作用在列車上的力有機(jī)車牽引力、列車運(yùn)行阻力和列車制動力。機(jī)車牽引力：是由機(jī)車動力裝置傳給機(jī)車動輪以旋轉(zhuǎn)力矩，通過動輪與鋼軌的相互作用而產(chǎn)生的力。力的作用方向與列車運(yùn)動方向相同，力的大小可由司機(jī)根據(jù)需要控制。（一）機(jī)車牽引力的形成通過能量轉(zhuǎn)換裝置和傳動裝置，傳遞到機(jī)車動輪上是動輪受到扭矩M的作用→軸荷重Q壓在鋼軌A點(diǎn)形成的靜摩擦阻力M→產(chǎn)生動輪對鋼軌作用力△F′→鋼軌對輪的反作用力△FM⊿F′

A⊿FQR輪周牽引力F

：機(jī)車重力使動輪粘著于鋼軌上而產(chǎn)生的作用于動輪輪周（踏面)上的力，稱為輪周牽引力。由力矩平衡條件：

M=△F×R→△F=M/R

M——動輪扭矩

R——動輪半徑

對整個機(jī)車：

F=m×△F

m——機(jī)車動軸數(shù)

我國《列車牽引計(jì)算規(guī)程》規(guī)定：牽引計(jì)算中的機(jī)車牽引力F均按輪周牽引力計(jì)算。M⊿F′

A⊿FQR△F∝M，M↑→△F↑,△F>F靜（黏著力）→輪軌相對滑動動輪空轉(zhuǎn)→喪失牽引力車輪與鋼軌之間，微量的縱向和橫向滑動。在鐵路牽引和制動理論中，在分析輪軌間縱向力問題時，不用“靜摩擦”這個名詞，而以“黏著”來代替它。相應(yīng)地，在粘著狀態(tài)下輪軌間縱向水平作用力的最大值就稱為粘著力，而把粘著力與輪軌間垂直載荷之比稱為黏著系數(shù)。（二）黏著牽引力的限制受輪軌黏著牽引力限制允許機(jī)車發(fā)揮的最大牽引力：1、計(jì)算黏著系數(shù)μj的計(jì)算式：82、μj

的修正產(chǎn)生原因：機(jī)車在曲線上運(yùn)行時，由于內(nèi)外軌不等長，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定，故在小半徑曲線上運(yùn)行時，黏著系數(shù)應(yīng)修正，重新計(jì)算。修正公式電機(jī)機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車長隧道黏著系數(shù)修正（L>1000m）：由試驗(yàn)確定。9例：求SS1型電力機(jī)車在半徑為500m的曲線上以50km/h運(yùn)行時的計(jì)算粘著系數(shù)。（三）機(jī)車牽引特性牽引特性曲線是表示機(jī)車輪周牽引力F（縱軸）與運(yùn)行速度V（橫軸）相互關(guān)系的曲線，通常由試驗(yàn)得到。1.電力機(jī)車牽引特性電力機(jī)車系由接觸網(wǎng)取得電能，牽引電動機(jī)目前均采用直流串激電動機(jī)。因?yàn)檫@種電動機(jī)的機(jī)械特性曲線與雙曲線相近，適合于機(jī)車牽引特性需要。粘著牽引力電機(jī)持續(xù)電流條件限制的牽引力曲線電動機(jī)牽引力電動機(jī)牽引力VJminFJmax(1)受粘著條件的限制(2)受牽引電機(jī)允許的最大電流及最大允許溫升的限制(3)受牽引電動機(jī)安全換向的限制(4)受機(jī)車最大速度的限制機(jī)車牽引特性的有效范圍2.內(nèi)燃機(jī)車牽引特性DF4C(貨)型內(nèi)燃機(jī)車牽引特性曲線圖

牽引力限制條件：（1）內(nèi)燃機(jī)功率（2）傳動裝置（3）輪軌間黏著力傳動裝置有機(jī)械傳動、電傳動、液力傳動三種方式。我國鐵路干線機(jī)車多采用電傳動。3.計(jì)算速度在一定的機(jī)車類型、車輛種別和限制坡度的條件下，列車的牽引質(zhì)量與機(jī)車在限制坡道上的運(yùn)行速度有關(guān)。根據(jù)機(jī)車質(zhì)量和牽引特性，在保證機(jī)車一定的經(jīng)濟(jì)效益與行車安全的前提下，對各型機(jī)車規(guī)定了計(jì)算牽引質(zhì)量時的運(yùn)行速度，此速度稱為機(jī)車計(jì)算速度，所對應(yīng)的牽引力稱為計(jì)算牽引力。二、列車運(yùn)行阻力列車運(yùn)行時，作用在列車上的阻止列車運(yùn)行且不能由司機(jī)控制的外力，稱為列車運(yùn)行阻力，簡稱列車阻力，以W表示。總阻力：作用在機(jī)車、車輛或列車上全部重量上的阻力。W=W’（機(jī)車阻力）+W’’

（車輛阻力)（N）單位阻力：單位機(jī)車或車輛質(zhì)量所受到的阻力。w=w’+w”=W’/P+W”/G(N/t)根據(jù)阻力的性質(zhì)，將阻力分為以下三類基本阻力：列車在空曠地段沿平直軌道運(yùn)行時遇到的阻力，總是存在。附加阻力：列車線路上運(yùn)行所受到的額外阻力，包括坡道阻力、曲線阻力、隧道阻力等。隨列車運(yùn)行的線路平、縱斷面情況而定。起動阻力：列車啟動時的阻力。（一）基本阻力試驗(yàn)條件：速度不小于10km/h，溫度不低于-100C，風(fēng)速不大5m/s.

試驗(yàn)公式都用單位阻力w0(N/t)的形式表達(dá)，其形式為：韶山1、韶山3、韶山4電力機(jī)車單位基本阻力：貨車重車（滾動軸承）:式中：P——機(jī)制質(zhì)量（t）；

G——牽引質(zhì)量（t）。列車基本阻力：列車平均單位基本阻力：某混裝貨物列車50輛、3400噸，其中滾動軸承重車40輛、3180噸，空車10輛、220噸，當(dāng)列車的運(yùn)行速度為10km/h時，求該車輛列的總阻力。作業(yè)題：組成：附加阻力主要有坡道附加阻力、曲線附加阻力和隧道附加阻力。附加阻力受機(jī)車車輛影響很小，主要決定于運(yùn)行的線路條件。附加阻力不分機(jī)車、車輛，而是按照列車計(jì)算。（二）附加阻力式中：i—坡度值(‰)坡道單位附加阻力計(jì)算公式：定義：列車在坡道上運(yùn)行時，重力平行于軌道方向的分力。（上坡為正,下坡為負(fù)）1.坡道附加阻力2.曲線附加阻力（1）產(chǎn)生的原因:1)由于離心力和外軌超高，車輪沿鋼軌的橫向滑動及輪緣擠壓鋼軌的摩擦加劇。2)曲線內(nèi)外鋼軌半徑不等，使車輪沿鋼軌的縱向滑動增加。3)車體不斷轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)向架內(nèi)部的摩擦加劇。（2）影響因素:曲線半徑、列車速度、曲線的外軌超高、軌距加寬等因素。轉(zhuǎn)向架（3）機(jī)車車輛單位曲線附加阻力wr計(jì)算公式：3.隧道附加阻力列車頭部正壓與尾部負(fù)壓的壓力差空氣與列車表面、隧道表面的摩擦隧道附加阻力是隧道實(shí)際空氣阻力與空曠地區(qū)空氣阻力的差值。與列車速度、長度、迎風(fēng)面積、隧道長度與截面積、隧道與列車表面粗糙程度等相關(guān)。4.附加阻力換算坡度及加算坡度:(‰)1)機(jī)車單位起動阻力:2)貨車單位啟動阻力:（三）起動阻力三、列車制動力大小可由司機(jī)控制,方向與列車運(yùn)動方向相反。

制動力機(jī)車車輛閘瓦摩擦制動——空氣制動機(jī)車動力制動—僅作為列車運(yùn)行時的調(diào)速制動使用。1)電阻制動、再生制動

2)液力制動電磁制度電機(jī)的可逆原理磁軌制動渦流制動1.單位空氣制動力的計(jì)算

大小由閘瓦壓力及閘瓦與輪箍間的的摩擦系數(shù)決定的，并受到輪軌間黏著力的限制。制動力b取值：緊急制動時,取全值b；列車進(jìn)站制動時，一般取0.5b。利用列車在運(yùn)行中的慣性力帶動牽引電動機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)，使?fàn)恳妱訖C(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運(yùn)行，從而控制列車運(yùn)行速度。SS3型電阻制特性曲線最大勵磁電流限制線最大制動電流限制線2.電阻制動力計(jì)算DF4B型貨運(yùn)電阻制特性曲線求出需要的制動力后，根據(jù)機(jī)型查相應(yīng)的電阻特性曲線，若需要的制動力在特性曲線的使用范圍內(nèi)，說明可以用電阻制動控制列車按限速保持恒速下坡；如果超出使用范圍，說明除采用電阻制動力外，還需要輔以部分空氣制動，使列車不超限速運(yùn)行。四、制動與限速從空氣制動和電阻制動的特性可知，當(dāng)v較高時，制動力隨著速度v的升高而降低，因而，當(dāng)列車在下坡道運(yùn)行時，為了保證行車安全，必須對列車的速度加以控制，采用限速運(yùn)行。五、列車運(yùn)行分析牽引力、阻力和和制動力共同作用于列車上時，合力與列車加（減）速的關(guān)系。機(jī)車工況：牽引運(yùn)行：

惰力運(yùn)行：

制動運(yùn)行：運(yùn)行狀態(tài)：加速(C>0)、減速(C<0)、等速(C=0)；◎在限制上坡道上，機(jī)車以計(jì)算速度作等速運(yùn)行時所能牽引的車輛質(zhì)量；◎在快速線上，有時按列車在平直道上以最高速度運(yùn)行，并保有一定的加速度余量為條件來確定牽引質(zhì)量。第三節(jié)牽引質(zhì)量計(jì)算及檢查牽引質(zhì)量一、牽引質(zhì)量計(jì)算（一）按限制坡度上機(jī)車以計(jì)算速度等速運(yùn)行為條件等速(C=0)F-W=0列車在限制坡道ix上的合力C為：○○ixG牽引質(zhì)量G

（二）按列車在平直道上以最高速度運(yùn)行并保有一定的加速度余量為條件運(yùn)行為條件當(dāng)取0.06時，上述公式可簡化為：《牽規(guī)》規(guī)定：旅客列車最高速度vmax為120、140、160km/h時，加速度余量分別為0.01、0.015、0.02m/s2，火車取0.005m/s2。機(jī)車牽引質(zhì)量Gg：二、牽引質(zhì)量的檢查Gq>=G時，列車可以順利起動；Gq