第一章 机车牵引力 第二章 运行阻力

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第一章 机车牵引力
第一节 轮周牵引力
我们知道，内力不能改变物体的运输状态。 列车要克服阻力向前运行，必须依靠外力的作用， 这个外力就是钢轨作用在机车动轮轮周(踏面)上 的机车轮周牵引力。我国以它作为机车牵引力计 算标准。以后我们谈到机车牵引力，如未加说明， 均指轮周牵引力。
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一、轮周牵引力的产生 机车是一种能量转换装置。不论是电力机车的电 机车产生轮周牵引力必须满足以下三个条件：一 是动轮需要在旋转力矩的作用下产生旋转运动，并与 能，还是内燃机车燃料的化学能，都是通过动力传动 钢轨产生相对滑动趋势；二是动轮要有压于钢轨上的 装置的作用，最终转变为机械能，产生作用在机车动 重量（轴重），以产生动轮对钢轨的正压力；三是动 轮与钢轨之间存在摩擦作用（即具有摩擦系数）。 轮上的力矩Ｍ。力矩Ｍ是内力矩，如果动轮不压在钢 机车向前运行时，如不考虑轴承摩擦阻力等因素 轨上，那么动轮只能自身旋转，而不能使机车运动。 的存在，动轮的瞬时受力状态为： 显然，使机车牵引车辆沿轨道运行的外力来自钢轨和 M=△F R 轮周。 即作用于动轮上的静摩擦力△ F对轮心产生的力矩△F R 与动力装置产生的作用于动轮上的力矩Ｍ处于动平 衡状态，为一对平衡力矩，使动轮处于瞬时静止状态， 并由此可得： △F=M/R 由上式可知，轮周牵引力△F的大小决定于力矩M和动 轮半径R。Ｍ决定于机车的功率。当动轮直径一定时， 4 力矩Ｍ大则牵引力△F大。
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第二章 列车运行阻力
列车运行时，作用在列车上阻止列车 运行并且不能被司机控制的外力叫做列车 运行阻力，简称列车阻力，以字母Ｗ表示， 单位为N。列车运行阻力Ｗ由作用在机车 上的机车运行阻力Ｗ′和作用在车辆上的 车辆运行阻力Ｗ″组成，即 W＝W ′＋ W″（N）
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列车运行阻力按其产生的原因，可分为基本阻力 和附加阻力。 基本阻力是列车在任何线路（平直道、坡道或曲 线）上运行都存在的阻力，以字母右下角加注“0”表 示，如 、 分别表示机车基本阻力和车辆基本阻 力，而以W０ 表示列车基本阻力。 附加阻力是列车在某些特殊线路上运行时，除基本 阻力外所增加的阻力。例如列车在坡道运行时有坡道 附加阻力，以字母右下角加注“i ”表示，即Wi ；在 曲线上运行时有曲线附加阻力，以字母右下角加注 “r ”表示，即Wr ；在隧道内运行时有隧道空气附加 阻力，以字母右下角加注“s ”表示，即Ws。列车在 平直线路上运行时只有基本阻力而没有附加阻力。
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试验表明，作用在机车车辆上的阻力都与 其重量成正式，所以在牵引计算中常用单位重 量的阻力来计算，称为单位阻力，以小写字母 w表示，单位为N／kN,即 机车单位阻力 ( N／kN) 车辆单位阻力 ( N／kN)
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显然，若轮轨接触处无相对滑动（即在静摩擦范围 内），随着力矩M的增大，牵引力△Ｆ也随之增 大，直至达到其极限值——最大静摩擦力。这个 最大静摩擦力在牵引计算中称为机车粘着牵引力， 其计算公式为： （kN） 式中 ——一个动轮轮对粘着牵引力； Q ——动轮轴质量，t； μj ——计算粘着系数； ｇ——重力加速度，9.81m/ 。 对于轮轨间的静摩擦系数，在牵引计算中考 虑到种种使其降低的因素，其实用值称为计算粘 着系数。
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根据线路情况和列车的运行要求，机车可以有三种
工况：牵引运行、惰力运行和制动运行。 各种工况下作用于列车上的合力的组合况如下： 1、牵引运行时，作用于列车上的力有机车牵引力Ｆ 和列车运行阻力Ｗ，其合力 Ｃ＝Ｆ－Ｗ ２、制动运行时，作用于车上的力有列车制动力Ｂ 和列车运行阻力Ｗ，其合力 Ｃ＝－Ｗ ３、制动运行时，作用于车上的力有列车制动力Ｂ 和列车运行阻力Ｗ，其合力 Ｃ＝－（Ｗ＋Ｂ） 当合力Ｃ>０时，是加速力，列车将加速运行； 当合力Ｃ<0时，是减速力，列车将减速运行；当合 力Ｃ＝０时，列车将匀速运行。
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整台机车的粘着牵引力的计算公式： (kN) 式中 Pμ——机车粘着质量，即各动轮轴质量之 和 m Q，t。 机车的牵引力可以通过增大动轮力矩Ｍ来提 高，但当牵引力△F大于粘着牵引力△Fμ 时，粘 着条件被破坏，动轮与钢轨产生相对滑动，即动 轮空转。我们知道，滑动摩擦系数要小得多。所 以，空转一旦出现，则牵引力急剧下降，甚至还 会导致轮轨擦伤。所以，粘着牵引力即为轮周牵 引力的极限值，即 Ｆ≤ Pμ g μj （kN）
二、粘着牵引力 对于某一台机车来说，其轮周牵引力 Ｆ＝ｍ · △F 式中 ｍ——机车动轮轴数； △F——一个动轮轮对的轮周牵引力。 虽然轮周牵引力△F的大小可以由司机改 变力矩M来调节，但调节的范围受到一定的限 制。首先，力矩Ｍ受动力装置功率及机车各部 工作能力的限制；第二，受到钢轨与动轮之间 静摩擦系数的限制。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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（四）多机牵引和补机推送时牵引力修正
电力机车多机牵引使用重联线操纵时，每台机 车牵引力均取全值。分别操纵时，第二台及其以后 的每台机车牵引力，均取全值的0.98。补机在列车 尾部推送时，一则由于推送补机与头部机车难以实 现同步操纵；二则由于列车前部车辆的车钩处于拉 伸状态，后部车辆的车钩处于压缩状态，中间一部 分车辆的车钩则时而受拉、时而受压，必然会造成 能量损耗。故推送补机的牵引力取全值的0.95。
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（三）不同速度下的牵引力取值
牵引计算时一般取机车在不同速度时能够 发挥的最大牵引力计算。SS1型电力机车自起动 开始牵引力受粘着限制，应按粘着牵引力取值， 至粘着限制与满磁场33级曲线交点处。
再沿33级曲线取值至最低持续速度（v＝ 43km／h Fj= 301.2 kN），然后沿450Ａ等电 流牵引力变化线过渡到33－Ⅲ曲线，最后按33 －Ⅲ取值。
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第二节 内燃机车牵引力
内燃机车的工作过程为：首先柴油机把燃料 的化学能转变为柴油机的输出功，然后通过传动 装置将柴油机输出的功率传递给机车动轮，最后 依靠轮轨间的粘着作用产生轮周牵引力。上述三 个不同的能量转换过程都会受到一定的限制，受 柴油机功率限制的牵引力，称为柴油机牵引力； 受传动装置限制的牵引力，称为传动装置牵引力； 受机车动轮与钢轨粘着能力限制的牵引力，称为 粘着牵引力。
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二、电力机车主要计算标准 （一）计算速度及计算牵引力 电力机车的计算速度vj 及计算牵引力Fj 按最低 持续速度及相应的牵引力取值。即最高级位满磁场 牵引特性曲线上，由持续电流（450Ａ）所决定的速 度和牵引力。此情况下，牵引电动机的发热量与散 热量平衡，机车可以长时间连续运转。 （二）计算起动牵引力 韶山1型电力机车的起动牵引力受粘着条件的限 制。其计算起动牵引力Fq 为速度等于零时的粘着牵 引力。 根据试验结果，此计算起动牵引力可以保持到 运行速度 2.5 km／h不变。
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复习思考题
1、什么是机车轮周牵引力？产生轮周牵引力的必备 条件是什么？ 2、什么是机车粘着牵引力？为什么说粘着牵引力是 轮周牵引力的极限值？ 3、什么叫内燃机车的持续速度和持续牵引力？受什 么条件限制？ 4、电力机车有哪些主要计算标准？其计算速度和计 算牵引力如何取值？ 5、内燃机车有哪些主要计算标准？ 6、SS1型电力机车不同速度下的牵引力如何取值？ 7、内燃机车和电力机车多机牵引和补机推送时牵引 力如何修正？
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一、内燃机车粘着牵引力
我国目前生产的内燃机车以电传动内燃机车为
主。 国产各型电力传动内燃机车的计算粘着系数μj ， 按下式计算：
式中：v ——机车运行速度，km/h 液动传动内燃机车的计算粘着系数因缺乏充分 的试验资料，所以目前没能制定出通用的计算公式， 可暂用电力传动内燃机车的公式进行计算。
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第四篇 牵引计算
列车运行中发生的对列车运行有直接影响的外力 包括以下三种： 1、机车牵引力Ｆ——由动力传动装置引起的与列 车 运行方面相同的外力。这是可由司机控制的使列 车发生运行或加速的力。 2、列车运行阻力Ｗ——列车运行中由于各种原因 自然发生的与列车运行方面相反的外力。其大小是司 机无法控制的，它的作用是阻止列车发生运行或使运 行中的列车自然减速。 3、列车制动力Ｂ——由制动装置引起的与列车运 行方面相反的外力。它的大小可由司机控制，它的作 用是使列车产生较大的减速度或者在长大下坡道阻止 列车超速运行，或者防止列车在车站停车时由于坡度 或大风而自然溜逸。
式中：s ——DF4B（货、客）型内燃机车，受长度 1000m以上隧道影响的牵引力修正系数，单机或双 机重联牵引的第一台机车取0.88，双机重联牵引的 第二台机车取0.85。
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（五）多机牵引和补机推送时牵引力修正
内燃机车多机牵引，在使用重联线操纵（所 有机车均由第一台机车的司机操纵）时，可使每 台机车的牵引工况处于同步，所以每台机车的牵 引力均取全值；如果由每台机车的司机分别操纵， 则不易实现各机车牵引工况的完全一致，故除第 一台机车的牵引力取全值外，其后每台机车的牵 引力均取全值的0.98；至于列车尾部推送补机的 牵引力均取全值的0.95。
二、内燃机车主要计算标准 （一）计算速度及计算牵引力 内燃机的计算速度vj 及计算牵引力Fj 一般按最低 持续速度及相应的牵引力取值。 内燃机车满负荷（最高档位）时可长时间连续运 行的最低速度即为最低持续速度，相应的牵引力即为 持续牵引力。对电力传动内燃机车而言，此时牵引发 电机和牵引电动机按持续电流工作，因电能损失而产 生的热量等于其散热量，即发热温度始终保持在允许 的范围内。对液力传动内燃机车而言，机车低速运行 时对应于液力变扭器较低的涡轮转速，此时变扭器的 工作效率较低，其损失的能量使工作油温度升高，此 时机车冷却装置的工作能力同样起了限制作用。
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第三节 电力机车牵引力
电力机车上没有原动机，须由外界提供电源。 接触网的单相高压交流电，经机车受电弓进入车内 的主变压器降为低压交流电，再经整流装置整流和 平波电抗器滤波后向牵引电动机提供直流电。牵引 电动机将电能变为机械能，通过齿轮传递给机车动 轮，使动轮得到产生牵引力所必需的旋转力矩，最 后通过轮轨间的粘着作用产生机车牵引力。电力机 车所需电能由国家电网供给，所以对某一台机车来 说，其牵引力不会受到供电能力的限制。电力机车 牵引力主要是受牵引电动机工作能力和轮轨间粘着 能力的限制，即受电动机牵引力和粘着牵引力的限 制。