列车牵引计算教学设计

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列车牵引计算

• 列车牵引计算（calculation of railway train traction）分析计算铁路列车运行参数及相关问题的学科，用以解算列车质量、运行速度、运行时间、制动以及能源消耗等有关问题。它以力学和试验为基础而重在应用。列车牵引计算不仅是运输组织的依据，也是机车运用、动力选择、铁路选线、铁路设计、经济评估以及信号机布置等的基础，是铁路重要的专业基础学科之一。

铁路列车是一个有相当长度的、非均质的、近似弹一粘性接的复合系统、并与轨道及周围空气（电力牵引时还与接触网）形成耦合，所以列车运行是一种复杂的、综合的、多自由度的运动。但在列车牵引计算中一般都简化为质点或近似均质刚体在纵向力的作用下沿着线路纵断面平行运动，再经修正求解。这种工程计算方式可以满足列车稳态运行（指各车轴之间相对移极小的状态）时的精度要求而被广泛采用。

列车在轨道上运行时，存在不同方向和不同大小的外力和内力作用。列车牵引计算主要研究直接影响列车运行的作用力，即与列车运行方向平行的纵向外力与外力的分力，包括可由司机控制的牵引力与制动力以及司机不能控制的阻力。牵引力与列车运行方向相反，是阻止列车运行的外力。列车牵引运行时，作用于列车的合力是牵引力减去阻力，通常称为加速力；列车惰行时，只有阻力构成减速力；而列车制动时，制动力加上阻力产生更大的减速力。

牵引力 由动力与传动装置引起并与列车运行方向相同的外力。牵引动力（机车或动力车）将电能（电力牵引时）或燃料的化学能（热力牵引时）转变为使动轮旋转的内力矩，最终

通过轮轨粘着关系形成轮周牵引力的外机械功（非轮轨接触式的磁悬浮列车、气垫列车等除外），在每一层的转换中都有不同份额的能量损失。总的能量损失越小，机车（或动力车）的效率就越高。轮周牵引力减去机车阻力后就是直接牵引车列的车钩牵引力。中国采用轮周牵引力为列车牵引计算的标准。

电气牵引２０１６年第１期（总第１３１期）　

城轨列车的牵引计算　

刘　柏　（湘潭电机股份有限公司，湖南湘潭，４１１１０１）　

摘要：本文讲述了城轨列车牵引计算的基础知识及计算公式。根据地铁列车牵引系统招标书要求的　

牵引和电制动特Ｉ生计算实例。　关键词：牵引计算；列车运动方程；计算实例　

概述　

城轨列车（地铁、轻轨等，以下简称列车）的牵　

引计算是解决列车在各种外力作用下运行的实际　

问题。如分析列车配置参数，为列车研制及电机、　

逆变器选型提供设计参考。计算列车在不同编组　下起动性能、爬坡及制动能力、速度、时间及电能消　

耗。列车运行工况的实时模拟计算。　

１列车受力分析及运动方程　

列车在运行中受到众多力的作用，主要有列车　

牵引力、基本阻力、坡道、曲线等附加阻力、制动力、　

列车的重力、车钩作用力等。列车牵引计算中，一　

般将列车看成一个单质点的动力学系统，仅考虑与　列车运行速度有关的纵向力，即牵引力、阻力和制　

动力。　

１．１牵引力　牵引力由动车动力装置传给动轮以旋转力矩，　

通过动轮与钢轨的相互粘着作用而产生，用大写字　

母“Ｆ’，表示，单位是Ｎ。　牵引力计算是根据牵引特性曲线（牵引力一速　

度）来给出的，已知速度可通过牵引特性曲线图找　

到与速度对应的牵引力。或根据电机特性曲线的　

牵引力（速度）一电机电流，已知电机电流从电机特　

性曲线图找到与电流对应的牵引力。　

１．２阻力　列车运行时阻止运行且不受人力操纵的外力　

一３８一　为阻力，用大写字母“Ｒ”表示，单位为Ｎ。单位阻力　是单位列车质量所受的阻力，单位为Ｎ／ｋＮ。根据阻　

力性质分以下三类：　

１．２．１基本阻力　列车沿平直轨道运行时，由于机械及空气摩擦　

等因素作用的固有阻力为列车的基本阻力。单位　基本阻力计算：　

ｒ。＝ａ＋ｂＶ＋ｃ　Ｎ／ｋＮ）　（２－１）　式中　为单位基本阻力，　为列车速度，ａ、ｂ、Ｃ为计　

算系数。　推荐的基本阻力计算公式（见参考资料３）：　Ｒ＝（１．６５＋０．０２４７Ｖ）　＋（Ｏ．７８＋０．００２８Ｖ）　（２—２）　

1 列车牵引计算

 列车牵引计算（calculation of railway train traction）分析计算铁路列车运行参数及相关问题的学科，用以解算列车质量、运行速度、运行时间、制动以及能源消耗等有关问题。它以力学和试验为基础而重在应用。列车牵引计算不仅是运输组织的依据，也是机车运用、动力选择、铁路选线、铁路设计、经济评估以及信号机布置等的基础，是铁路重要的专业基础学科之一。

铁路列车是一个有相当长度的、非均质的、近似弹一粘性接的复合系统、并与轨道及周围空气（电力牵引时还与接触网）形成耦合，所以列车运行是一种复杂的、综合的、多自由度的运动。但在列车牵引计算中一般都简化为质点或近似均质刚体在纵向力的作用下沿着线路纵断面平行运动，再经修正求解。这种工程计算方式可以满足列车稳态运行（指各车轴之间相对移极小的状态）时的精度要求而被广泛采用。

列车在轨道上运行时，存在不同方向和不同大小的外力和内力作用。列车牵引计算主要研究直接影响列车运行的作用力，即与列车运行方向平行的纵向外力与外力的分力，包括可由司机控制的牵引力与制动力以及司机不能控制的阻力。牵引力与列车运行方向相反，是阻止列车运行的外力。列车牵引运行时，作用于列车的合力是牵引力减去阻力，通常称为加速力；列车惰行时，只有阻力构成减速力；而列车制动时，制动力加上阻力产生更大的减速力。

牵引力 由动力与传动装置引起并与列车运行方向相同的外力。牵引动力（机车或动力车）将电能（电力牵引时）或燃料的化学能（热力牵引时）转变为使动轮旋转的内力矩，最终

通过轮轨粘着关系形成轮周牵引力的外机械功（非轮轨接触式的磁悬浮列车、气垫列车等除外），在每一层的转换中都有不同份额的能量损失。总的能量损失越小，机车（或动力车）的效率就越高。轮周牵引力减去机车阻力后就是直接牵引车列的车钩牵引力。中国采用轮周牵引力为列车牵引计算的标准。

2 理想牵引特性曲线图

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列车牵引计算课程设计

姓名 许明珠

班级 运输073

学号 200700251

1 前言

本课程设计是有关列车在区间运行时列车运行状态，和区间纵断面的情况的分析。

首先，自己选定了机车类型和相关线路条件，再根据设计的要求，对线路进行化简并列出相关计算表格；然后根据限制坡度求解牵引质量，并进行相关的验证，如：到发线有效长度，动能闯坡的相关问题；再根据牵引质量编组列车，计算列车单位合力曲线表；对合力曲线进行绘制，利用分析法和作图法，分别对上行，下行情况进行绘制；最后计算其运行能耗问题。

参考文献

列车运行计算与设计 主编 毛保华

铁路选线设计 主编 易思蓉

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目录

一．已知自设条件……………………………………………………………………………1

1.机型………………………………………………………………………………………1

2.行车路线…………………………………………………………………………………1

二．坡度化简…………………………………………………………………………………2

1.线路纵断面化简…………………………………………………………………………3

2.化简计算表………………………………………………………………………………4

3.化简后纵断面图…………………………………………………………………………6

三．牵引质量求解……………………………………………………………………………6

1.牵引质量的求解…………………………………………………………………………6

2.牵引质量的验算…………………………………………………………………………7