城軌道交通列車(chē)制動(dòng)力計(jì)算

城市軌道交通列車(chē)制動(dòng)力計(jì)算以閘瓦制動(dòng)為例，如圖所示，制動(dòng)時(shí)，設(shè)每個(gè)輪對(duì)的閘瓦壓力為K,車(chē)輪與閘瓦的摩擦系數(shù)為小。制動(dòng)前，列車(chē)以速度v運(yùn)行，輪對(duì)以角速度⑴在軌面上滾動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，閘瓦作用于車(chē)輪踏面的壓力I起閘瓦作用于輪對(duì)的摩擦力K4,這個(gè)摩擦力對(duì)輪對(duì)中心形成一個(gè)力矩K4R,它的方向與輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。V上述摩擦力矩起著兩方面的作用：一方面，阻止輪對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使輪對(duì)獲得角減加速度B,輪對(duì)轉(zhuǎn)速因而迅速減慢以至停止轉(zhuǎn)動(dòng)；另一方面，由于輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)被阻止，勢(shì)必引起輪軌間的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，從而使輪軌之間產(chǎn)生相互作用力，即由于閘瓦摩擦力矩的存在而在輪軌接觸點(diǎn)引起了車(chē)輪對(duì)鋼軌的縱向水平作用力和鋼軌對(duì)車(chē)輪的反作用力B。反作用力B對(duì)于輪對(duì)及本列車(chē)來(lái)說(shuō)都是與列車(chē)運(yùn)行方向相反的外力，起著阻礙列車(chē)運(yùn)行的作用，使列車(chē)獲得減加速度a,這就是制動(dòng)力。根據(jù)上圖，將輪對(duì)作為分離體，建立力矩平衡方程可以得到制動(dòng)力大小，即KpHiR=/式中，R為車(chē)輪半徑；l為輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在式中，她所占的比例很小，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，通常忽略不計(jì)（假定1=0）,留到計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)距離時(shí)再加考慮。這樣，轉(zhuǎn)動(dòng)力在數(shù)值上等于閘瓦摩擦力，即BAK中全列車(chē)的制動(dòng)力為：3m=2（Kg）從上式（可以看到，制動(dòng)力颯著車(chē)輪和閘瓦間摩擦力的增大而增大。但也不是無(wú)限制的增大，制動(dòng)力要受到黏著力的限制，即L—K="j或甲式中，F(xiàn)m為輪軌間白黏著力；n為鋼軌對(duì)輪對(duì)軸重的反作用力；山為輪對(duì)問(wèn)的黏著常數(shù)。令60=KN稱為軸制動(dòng)率。因此，黏著條件可表示為：由于制動(dòng)方式不同，制動(dòng)力的計(jì)算方式也有所不同。這里僅就空氣制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)的制動(dòng)力計(jì)算做簡(jiǎn)單介紹。一、空氣制動(dòng)的制動(dòng)力計(jì)算閘瓦制動(dòng)時(shí)，當(dāng)各節(jié)車(chē)的車(chē)輪閘瓦間摩擦系數(shù)相同時(shí)，制動(dòng)力計(jì)算公式為：=2（Rp）區(qū)車(chē)輪與閘瓦的摩擦系數(shù)小主要由閘瓦的材料決定，式（2-33）—式（2-39）僅供參考。中磷鑄鐵閘瓦:_K+1%.36u+10/riin_\。/70,64x5K+1x14a+1+o高磷鑄鐵閘瓦：片。⑻9X肄瑞X黑靜+。.。。12（12。/。）低摩合成'七W=0.25XX^^^""+0.06（1-uo）就十ItPv十15(I>0.41XK+2046K+(I>0.41X高摩合成閘瓦：式中，K為閘瓦壓力；v為列車(chē)運(yùn)行瞬時(shí)速度；v0為制動(dòng)初速度。閘瓦壓力的大小與基礎(chǔ)制動(dòng)形式和制動(dòng)缸壓力大小有關(guān)。當(dāng)采用單元制動(dòng)時(shí),每個(gè)輪對(duì)的閘瓦壓力為：K=I五?仇一&J叮m式中，d為制動(dòng)缸直徑；pz為制動(dòng)缸壓力；F防制動(dòng)缸復(fù)原簧反力；n為單元制動(dòng)缸倍率；”為單元制動(dòng)傳動(dòng)效率；n的每個(gè)輪對(duì)上單元制動(dòng)數(shù)量。_a/1丫K+27u+150H=KH=K］、一A10）代入式,得閘瓦制動(dòng)時(shí)每個(gè)輪對(duì)的制動(dòng)力為：=41x46K+2OOx2a+150”—1。。0（半小戶工一Fg'h邛n中由于盤(pán)形制動(dòng)閘片的摩擦半徑r小于車(chē)輪半徑R,所以每個(gè)輪對(duì)產(chǎn)生的制動(dòng)力為：B=l°°°（屋仇一E；式中，r為制動(dòng)盤(pán)摩擦半徑；R為車(chē)輪半徑。二、動(dòng)力制動(dòng)的制動(dòng)力計(jì)算動(dòng)力制動(dòng)是利用牽引電動(dòng)機(jī)的可逆原理，將牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，由輪對(duì)驅(qū)動(dòng)，把車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能。然后，或者將電能反饋給電網(wǎng)，或者將電能通過(guò)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⒁莸酱髿庵?。在制?dòng)工況時(shí)，牽引電動(dòng)機(jī)中的電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，而電磁轉(zhuǎn)矩與電樞的旋轉(zhuǎn)方向相反。這個(gè)反向轉(zhuǎn)矩通過(guò)傳動(dòng)齒輪傳到動(dòng)車(chē)的動(dòng)軸上，與閘瓦制動(dòng)一樣，在動(dòng)軸的輪軌間產(chǎn)生了鋼軌對(duì)車(chē)輪的縱向水平作用力一一制動(dòng)力。設(shè)動(dòng)車(chē)每臺(tái)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為M,則該動(dòng)車(chē)產(chǎn)生的動(dòng)力制動(dòng)力為：d式中，mM每輛車(chē)上牽引電機(jī)臺(tái)數(shù)；k為傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)比；R為車(chē)輪半徑；7]d為傳動(dòng)效率；M為電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩。三、制動(dòng)距離的認(rèn)知從司機(jī)將制動(dòng)控制器手柄置于制動(dòng)位的瞬間至停車(chē)為止，列車(chē)所走過(guò)的距離稱為制動(dòng)距離。制動(dòng)距離是反映制動(dòng)系統(tǒng)綜合性能的重要指標(biāo)。由于在施行制動(dòng)時(shí)，各車(chē)輛的制動(dòng)力產(chǎn)生的起始時(shí)間并非完全同步，尤其是制動(dòng)力的上升不可能同步。因此，從開(kāi)始制動(dòng)到制動(dòng)力上升到最大值是一個(gè)過(guò)程，如圖中實(shí)線所示。為了便于計(jì)算，通常假定各車(chē)輛的制動(dòng)力在制動(dòng)開(kāi)始后某一瞬問(wèn)tk同時(shí)產(chǎn)生并立即達(dá)到最大值，如圖中虛線所示。這樣，列車(chē)的制動(dòng)分成兩段：第一段為從施行制動(dòng)到tk,稱為空走過(guò)程，tk稱為空走時(shí)間，列車(chē)在空走時(shí)間內(nèi)惰行的距離稱為空走距離sk；第二段從這假設(shè)的瞬間開(kāi)始到列車(chē)停車(chē)，稱為實(shí)制動(dòng)過(guò)程，其經(jīng)歷的時(shí)間稱為實(shí)制動(dòng)時(shí)間te,該過(guò)程中列車(chē)所運(yùn)行的距離稱為實(shí)制動(dòng)距