鐵道機(jī)車專業(yè)教學(xué)武漢鐵路黃秀川31課件

鐵道機(jī)車專業(yè)教學(xué)資源庫武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院主講：黃秀川《高速動車組技術(shù)》課程武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院黃秀川動車組牽引特性目錄CONTENTS01牽引特性計(jì)算目標(biāo)02牽引特性分析03牽引特性計(jì)算04高速列車牽引特性的特點(diǎn)牽引特性計(jì)算目標(biāo)

牽引特性（含動力制動特性）是列車最重要的特性，用列車輪周牽引力/制動力與輪周線速度的關(guān)系曲線表示，是計(jì)算列車牽引與制動性能最重要的原始數(shù)據(jù)。列車要求恒定牽引力起動、恒功率運(yùn)行，牽引特性如所示。列車的牽引/制動功率決定列車的牽引特性、列車的牽引力與功率的關(guān)系如式（4--1-1）所示。式中：F——牽引力，kN；圖4-1-3P——列車牽引功率，kW；v——列車運(yùn)行速度，km/h。《歐洲高速鐵路聯(lián)網(wǎng)高速列車技術(shù)條件》對剩余加速度、啟動加速度等有如下規(guī)定：（1）平直道最高速度運(yùn)行時，應(yīng)有剩余加速度0.05m/s2；（2）啟動過程平均加速度：0～40km/h0.48m/s20～120km/h0.32m/s20～160km/h0.17m/s2（3）考慮15km/h的逆風(fēng)。由于高速動車組的運(yùn)營速度一般大于200km/h，為了滿足預(yù)留大于最高運(yùn)營速度10%的試驗(yàn)速度的工況，在動車組速度設(shè)計(jì)時，一般要求動車組滿足在最高運(yùn)營速度時的剩余加速度大于0.05m/s2。同時，在列車采購技術(shù)條件中也會對列車的啟動加速性能做出規(guī)定，為保障列車安全運(yùn)行必須滿足上述技術(shù)條件的要求，在確定牽引功率時還必須考慮傳動效率、最大坡道上的最低運(yùn)行速度、故障運(yùn)行及救援運(yùn)行時的要求等多種因素的綜合影響，在確定牽引功率時一般要略高于上述技術(shù)條件的規(guī)定。牽引特性計(jì)算目標(biāo)牽引特性分析（1）黏著牽引力黏著牽引力是受輪軌間黏著能力限制的輪周牽引力，當(dāng)輪周上的切線力大于黏著力時就要發(fā)生空轉(zhuǎn)或滑行，在不發(fā)生空轉(zhuǎn)的前提下所能實(shí)現(xiàn)的最大輪周牽引力就是黏著牽引力，這是動車組牽引運(yùn)行一個非常重要的參數(shù)。黏著牽引力等于計(jì)算黏著系數(shù)與車重的乘積。影響計(jì)算黏著系數(shù)的因素比較復(fù)雜，不可能用理論方法計(jì)算，只能用專門試驗(yàn)得出的試驗(yàn)公式表達(dá)。試驗(yàn)公式表示在正常黏著條件下計(jì)算黏著系數(shù)和列車運(yùn)行速度的關(guān)系。黏著條件不好時可以用撒砂來改善；采用交流傳動以及改進(jìn)列車走行部結(jié)構(gòu)可以提高黏著系數(shù)；采用徑向轉(zhuǎn)向架可以提高曲線上的黏著系數(shù)；采用防空轉(zhuǎn)裝置可以提高列車黏著利用程度。一般來說，軌道的清潔狀態(tài)（污跡、生銹、水、油、雪等）是影響?zhàn)ぶ阅艿闹饕矫妫硪环矫?，黏著性能隨著列車速度增高而呈下降趨勢，干燥和濕滑軌面的黏著系數(shù)是不相同的，但二者都隨速度增加而減小。由于高速動車組運(yùn)行速度大，因此在高速條件下的黏著利用對動車組尤為重要。由于高速動車組牽引系統(tǒng)一-般采用交流傳動的分散動力形式，同時其牽引系統(tǒng)具有較完善的防空轉(zhuǎn)措施，因此，高速動車組能充分利用黏著牽引力。（2）運(yùn)行基本阻力動車組運(yùn)行基本阻力決定于許多因素，它與零部件之間、車表面與空氣之間以及車輪與鋼軌之間的摩擦和沖擊密切相關(guān)，而且還與動車和拖車車輛的結(jié)構(gòu)、技術(shù)狀態(tài)、線路情況、氣候條件、列車運(yùn)行速度等都有關(guān)系。歸納起來，列車的基本阻力由機(jī)械阻力和氣動阻力組成，具體可分為以下五部分：①車軸軸承摩擦阻力；用滾動軸承代替滑動軸承，可以降低這一部分阻力。②輪軌間滾動摩擦阻力；③輪軌間滑動摩擦阻力；車輪的圓錐形踏面、輪對組裝不正，同一輪對的車輪直徑不等以及車輛的蛇行運(yùn)動都導(dǎo)致輪軌間的縱向滑動和橫向滑動而形成滑動摩擦阻力。④沖擊阻力；由于軌道接縫、鋼軌不平，車輪擦傷引起的沖擊以及車輛多維振動都消耗能量，其所相當(dāng)?shù)淖枇ΨQ為沖擊阻力。⑤氣動阻力又稱空氣阻力；包括列車頭部正壓和尾部負(fù)壓所構(gòu)成的壓差阻力、表皮摩擦和渦流損失。空氣阻力與阻力系數(shù)、空氣密度、相對速度的平方及列車最大截面積成正比。列車頭部和列車尾部的形狀對空氣阻力的影響很大。因此，對高速列車來說，采用流線型車體以降低空氣阻力系數(shù)，對減小列車運(yùn)行阻力具有重大意義。上述因素極為復(fù)雜，甚至相互影響，實(shí)際運(yùn)用中很難用理論公式進(jìn)行精確計(jì)算，常常使用大量試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算列車運(yùn)行單位基本阻力。試驗(yàn)時只對阻力影響較大的因素作必要的控制（車輛類型和列車運(yùn)行速度），其他因素則由公式中的系數(shù)予以考慮。動車組運(yùn)行過程的單位基本阻力公式一般為運(yùn)行速度的三項(xiàng)式，即：牽引特性計(jì)算牽引特性的計(jì)算是設(shè)計(jì)列車牽引/制動性能的基礎(chǔ)，是進(jìn)行列車設(shè)計(jì)必須進(jìn)行的基礎(chǔ)性工作，是進(jìn)行列車運(yùn)輸組織、確定列車運(yùn)輸時間間隔和運(yùn)輸時刻表的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是列車運(yùn)用部門和列車乘務(wù)員操縱列車的指導(dǎo)依據(jù)。計(jì)算牽引特性一般分為以下幾個步驟：（1）確定最高速度時的列車功率列車牽引功率主要與列車運(yùn)行最高速度、列車質(zhì)量、最高速度時的列車運(yùn)行阻力和剩余加速度、齒輪傳動效率、牽引電機(jī)效率有關(guān)，其計(jì)算公式如（4-1-3）所示。式中：M——列車質(zhì)量，t；——單位阻力。kN/t；——剩余加速度.m/n'；——逆風(fēng)速度，km/h；——列車運(yùn)行最大速度，km/h；——齒輪傳動效率；——牽引電機(jī)效率。牽引電機(jī)的功率為總功率除以列車電機(jī)的總臺數(shù)N，即PN=Pk/N。（2）確定最高速度時的列車牽引力將確定后的列車牽引功率、最大運(yùn)行速度代人式（4-1-1）即可求出最高速度時牽引力。（3）確定列車啟動牽引力根據(jù)列車啟動最大加速度和起動平均加速度的要求確定啟動牽引力。牽引特性計(jì)算（4）確定恒牽引力、恒功率運(yùn)行的轉(zhuǎn)折點(diǎn)根據(jù)啟動牽引力與恒功率曲線，求出其相交點(diǎn)即為恒牽引力、恒功率運(yùn)行的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。（5）牽引特性仿真計(jì)算根據(jù)初步計(jì)算出的牽引特性，針對相應(yīng)的線路根據(jù)列車運(yùn)行方程式進(jìn)行列車運(yùn)行模擬仿真，得到運(yùn)行區(qū)段的列車速度——距離曲線、運(yùn)行時分、加速度/減速度、運(yùn)行時分曲線、能耗曲線、牽引力曲線、坡道最低運(yùn)行速度、不同線路坡度的加速距離和制動距離、故障模擬運(yùn)行結(jié)果等牽引計(jì)算要求的所有參數(shù)與曲線。（6）牽引特性校驗(yàn)將其計(jì)算結(jié)果與列車牽引運(yùn)行的技術(shù)要求進(jìn)行對比分析，并進(jìn)行必要的修正直至完全滿足牽引需求，最終設(shè)計(jì)出列車的牽引/制動特性曲線。需要驗(yàn)證的主要技術(shù)參數(shù)包括：①滿功率平直軌道最大速度運(yùn)行時的剩余加速度驗(yàn)算；②啟動時的加速度和平均加速驗(yàn)算；③不同坡道上的爬坡能力驗(yàn)算；④故障運(yùn)行時的牽引能力驗(yàn)算；⑤最大坡度滿功率運(yùn)行時的最低速度驗(yàn)算；⑥加速距離和制動距離的驗(yàn)算。列車動力制動特性的計(jì)算與牽引同理。高速列車牽引特性的特點(diǎn)（1）低速區(qū)牽引力恒定或隨速度升高而略有下降，要與高速列車的黏著特性隨速度的變化趨勢相適應(yīng)，（2）由于高速列車大都采用輕量化技術(shù)，牽引力比大功率機(jī)車的牽引力明顯減小。（3）高速區(qū)為恒功率曲線，牽引力隨速度升高而呈雙曲線關(guān)系下降；這一點(diǎn)與普通內(nèi)燃、電力機(jī)車的恒功牽引特性曲線是相似的；但恒功范圍略大，且向高速區(qū)移動；對于最高運(yùn)行速度300km/h的動車組，恒功范圍起始點(diǎn)多在100km/h以上。（4）因采用動力分散牽引模式，在正常軌面狀態(tài)下，起動時及低速范圍的牽引力低于黏著限制曲線較多，因此，在動車組的牽引特性曲線圖中黏著特性曲線通常是不畫出來的。（5）在