第6章 機(jī)車車輛牽引理論

第二篇?jiǎng)榆嚱M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(dòng)力性能分析第8章軌道交通車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)第9章軌道交通車輛總體設(shè)計(jì)第六章軌道交通車輛牽引理論第1節(jié)機(jī)車牽引力的產(chǎn)生第2節(jié)列車制動(dòng)力的產(chǎn)生第3節(jié)列車運(yùn)動(dòng)阻力第1節(jié)機(jī)車牽引力的產(chǎn)生一、機(jī)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(jī)車牽引力的產(chǎn)生原理

設(shè)牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩通過齒輪傳動(dòng)，最后使輪對獲得扭矩M。如果機(jī)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不能使機(jī)車進(jìn)行前進(jìn)或后退的平移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)車置于鋼軌上，輪對與鋼軌成為有壓力的接觸時(shí)，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(jī)車發(fā)生平移運(yùn)動(dòng)的外力。

將所有各動(dòng)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(jī)車運(yùn)行方向加于動(dòng)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(dòng)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(dòng)的現(xiàn)象稱為“粘著”。蠕滑：

在動(dòng)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(dòng)輪在鋼軌上滾動(dòng)時(shí)，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(dòng)，即所謂“蠕滑”?！叭浠省保河捎谌浠拇嬖?，動(dòng)輪的滾動(dòng)圓周速度將比其前進(jìn)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(jī)車本身(包括結(jié)構(gòu)因素、運(yùn)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(dāng)輪軌間出現(xiàn)最大粘著力后，若繼續(xù)加大驅(qū)動(dòng)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(dòng)，粘著狀態(tài)被破壞。輪軌間出現(xiàn)相對滑動(dòng)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(shí)，牽引力急劇下降，容易造成坡停和運(yùn)緩；（2）空轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，輪軌劇烈摩擦，甚至造成輪箍松弛；（3）牽引電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，造成電機(jī)損壞甚至電機(jī)“掃膛”。C、防車輪空轉(zhuǎn)的措施（1）在機(jī)車設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，撤砂可大大提高粘著系數(shù)。（3）采用增粘閘瓦，可提高制動(dòng)時(shí)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(tái)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架前后四角處設(shè)置了4個(gè)砂箱，每個(gè)砂箱容積為0.1m3，每臺(tái)機(jī)車總砂箱容積為0.8m3。四、軸重轉(zhuǎn)移1、定義2、評價(jià)指標(biāo)3、計(jì)算實(shí)例-DF型內(nèi)燃機(jī)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(jī)車軸重轉(zhuǎn)移（locomotiveaxleloadtransfer）：機(jī)車在牽引工況時(shí)機(jī)車產(chǎn)生牽引力時(shí)，各軸的軸重會(huì)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(dá)到原軸重的20％或更高。在機(jī)車運(yùn)用中產(chǎn)生牽引力時(shí)，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(gè)力偶，使前轉(zhuǎn)向架減載，后轉(zhuǎn)向架增載。2、評價(jià)指標(biāo)3、計(jì)算實(shí)例-DF型內(nèi)燃機(jī)車軸重轉(zhuǎn)移分析A.牽引電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力B.牽引電機(jī)工作引起的軸重轉(zhuǎn)移C.粘著重量利用率a.牽引電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的力

東風(fēng)型內(nèi)燃機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)系采用軸懸式一端經(jīng)兩個(gè)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(jī)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(jī)車前進(jìn)時(shí)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(fēng)型機(jī)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(jī)車黏著重量的利用，限制機(jī)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(dāng)機(jī)車牽引列車起動(dòng)或爬坡時(shí)，發(fā)揮的牽引力最大，此時(shí)軸重轉(zhuǎn)移也最嚴(yán)重。隨著機(jī)車功率的不斷增大，機(jī)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(gè)別驅(qū)動(dòng)的機(jī)車軸重減少最大的輪對，將首先發(fā)生空轉(zhuǎn)。這樣，機(jī)車粘著牽引力的最大值，必然受到達(dá)個(gè)輪對空轉(zhuǎn)的限制?？辙D(zhuǎn)發(fā)生后，牽引力立即下降，機(jī)車走行部、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常工作受到影響；牽引電機(jī)也可能損壞；輪對和鋼軌增加了額外的非正常磨耗。另外，個(gè)別輪對的軸重增加，使機(jī)車遠(yuǎn)行中的動(dòng)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(dòng)機(jī)的順置，即一個(gè)轉(zhuǎn)向架各軸的牽引電動(dòng)機(jī)布置方向相同。

轉(zhuǎn)向架布置4個(gè)剛度較大的旁承，對于速度較低的機(jī)車，每個(gè)轉(zhuǎn)向架布置4個(gè)剛度較大的旁承，此時(shí)，轉(zhuǎn)向架內(nèi)的力矩變化會(huì)通過4個(gè)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(yùn)機(jī)車彈性旁承的剛度較大，就是這個(gè)原理。低位牽引：降低轉(zhuǎn)向架牽引力向車體傳遞點(diǎn)距軌面的高度。在制造和維修方面，要注意保持動(dòng)輪等直徑、各牽引電動(dòng)機(jī)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(jī)車采用前、后轉(zhuǎn)向架電動(dòng)機(jī)分別供電，使軸重減載的前轉(zhuǎn)向架電動(dòng)機(jī)減小電流，而增載的后轉(zhuǎn)向架電動(dòng)機(jī)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(dòng)力的產(chǎn)生一、列車制動(dòng)力的形成二、制動(dòng)力的限制三、抱死滑行一、列車制動(dòng)力的形成二、制動(dòng)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(dòng)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(dòng)，車輪的制動(dòng)力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，數(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(shí)制動(dòng)力大為降低，車輪與鋼軌的接觸面會(huì)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(dòng)機(jī)上設(shè)置有空、重車調(diào)整裝置。2、在盤形制動(dòng)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(jī)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(dòng)器配套使用。其突出優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)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(jī)車、動(dòng)車和低速重載牽引機(jī)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(dòng)調(diào)整裝置可取代手動(dòng)空重車轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，根據(jù)車輛載重在一定范圍、無級的調(diào)整制動(dòng)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(dòng)率的變化，從而有效的改善車輛的制動(dòng)性能?？蓽p少混編列車在列車制動(dòng)時(shí)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(jī)、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(dòng)速度可以在車速從2Km/h至400Km/h的范圍內(nèi)測出并進(jìn)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(jì)算出的速度判據(jù)進(jìn)行比較判斷出輪對是否進(jìn)入滑行狀態(tài)。

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

安全：放風(fēng)閥內(nèi)部采用24V電壓，雙極驅(qū)動(dòng)電路。每個(gè)正負(fù)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(dòng)時(shí)能有效地防止輪對因滑行而造成的踏面擦傷；制動(dòng)時(shí)能根據(jù)輪軌間粘著的變化調(diào)節(jié)制動(dòng)力，以充分利用輪軌間的粘著，得到較短的制動(dòng)距離。第3節(jié)列車運(yùn)動(dòng)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(yùn)行時(shí)，受到的與列車運(yùn)行方向相反，而且是司機(jī)不能控制的阻止列車運(yùn)行的外力，稱為列車阻力，簡稱阻力，用W表示。由于列車由機(jī)車和車輛組成，為了便于計(jì)算，將作用在列車上的阻力分為機(jī)車和車輛兩部分，分別稱為機(jī)車阻力和車輛阻力。制動(dòng)力的作用方向雖然也與機(jī)車、車輛的運(yùn)行方向相反.但它是根據(jù)需要由司機(jī)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(jī)車和車輛在運(yùn)行中任何情況下都存在的阻力。附加阻力只發(fā)生在個(gè)別情況下。例如，在坡道上運(yùn)行時(shí)的坡道附加阻力，在曲線上運(yùn)行時(shí)有曲線附加阻力，在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)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(jī)車車輛部件和機(jī)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(yùn)行時(shí)，機(jī)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(dòng)。

2.車輪與軌面間的滾動(dòng)摩擦當(dāng)車輪滾動(dòng)時(shí)，軌面因擠壓而變形.引起附加阻力，即為滾動(dòng)摩捺阻力。3.車輪與鋼軌間的滑動(dòng)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(dòng)的同時(shí)存在縱向和橫向的滑動(dòng)，產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦阻力。

4.沖擊和振動(dòng)列車運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行時(shí)，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(dòng)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(shí)，軸頸與軸承間的摩擦起主要作用，速度提高后，輪軌間滑動(dòng)摩擦、沖擊和振動(dòng)以及空氣阻力的影響逐漸增大。高速時(shí).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(yùn)行時(shí)，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(jī)車、車輛在曲線上的運(yùn)行阻力大于同樣條件下直線上的運(yùn)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(dòng).輪軌間產(chǎn)生額外橫向滑動(dòng)。③由于同抽兩車輪沿著不同直徑的滾動(dòng)圓濃動(dòng)，增加了車輪與鋼軌間的縱向滑動(dòng)。④轉(zhuǎn)向架圍繞心盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(jìn)人隧道時(shí)，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(jìn)人遂道后，列車驅(qū)使空氣移動(dòng)，造成列車頭部的正壓與尾端負(fù)壓的壓力差，產(chǎn)生壓差阻力。同時(shí).列車的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)促進(jìn)隧道內(nèi)的空氣沿著列車流動(dòng).由于機(jī)車和車輛外形結(jié)構(gòu)的原因，空氣形成紊流，造成空