《城轨车辆牵引传动及其控制系统》第1次作业.docx

三、主观题 （共 39 道小题 ） 36. 交流调速传动发展的过程大致分为哪几个方向？ 答： 1）取代直流调速实现少维修、省力化为目标的高

性能交流调速； 2）以节能为目的的，改恒速为调速，适用于通用机械的交流调速；

3）直流调速难以实现的特大容量、高电压、极高转速领域的交流调速。

37. 变频器分为哪些类型？

答： 1）交交变频器，又分电流型和电压型 2）交直交变频器，也分电流型和电压型

38. 什么是粘着？什么是粘着力？什么是粘着系数？什么是可用粘着、 可用粘着系数及计算 粘着系数？什么

是粘着利用率？ 答：由于正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止的现象或轮轨接触的这种状态称为“粘 着”。粘着是一种现象、状态，粘着状态下的静摩擦力又称为粘着力。 粘着系数——轮轨间传递 （产生） 的切向力与动轮对的正压力成正比， 其比例常数称为粘着 系数。 可用粘着系数——轮轨间实际存在的粘着， 亦即可能达到的最大粘着， 称为可用粘着。 最大 可能的粘着力则对应轮周牵引力的峰值，与动轮对的正压力之比值称为可用粘着系数。 计算粘着系数——根据我国最近修订的新 《牵规》 规定， 在大量试验的基础上，结合运用经 验根据平均值整理得到的各种车型的粘着系数公式。 粘着利用率——在机车实际运用中， 由于种种原因， 能利用 （ 能实现 ）的粘着总小于可用粘着， 能利用的粘着系数总小于可用粘着系数。两者的比值定义为粘着利用率。

39. 车钩牵引力与轮周牵引力之间有什么关系？ 答：由动轮轮周上作用力而产生的切向外力，称为轮周牵引

力； 车钩牵引力 （或称挽钩牵引力） 是指机车用来牵引列车的牵引力， 等于轮周牵引力减去机车 全部运行阻力。

40. 轮周牵引力的产生必备的条件是什么？

答： 1）机车动轮上有动力传动装置传来的旋转力矩； 2）动轮与钢轨接触并存在摩擦作用。

41. 什么是蠕滑？什么是蠕滑率？ 答：在动轮正压力的作用下， 轮轨接触处产生弹性变形， 形成椭圆形的

接触面。 从微观上看， 两接触面是粗糙不平的。由于切向力 F 的作用，动轮在钢轨上滚动时，车轮和钢轨的粗糙 接触面产生新弹性变形， 接触面间出现微量滑动， 即“蠕滑”。蠕滑率——由于蠕滑的存在， 牵引时动轮的滚动圆周速度将比其前进速度高。 这两种速度的差称为蠕滑速度， 蠕滑大小的 程度用无量纲的蠕滑率来表示。 42. 简述产生蠕滑的原因。

答：蠕滑的产生是由于在车轮接触面的前部产生压缩， 后部产生拉伸； 而在钢轨接触面的前 部产生拉伸， 后部产生压缩。 车轮上被压缩的金属， 在接触表面的前部与钢轨被拉伸的金属 相接触。随着动轮的滚动，车轮上原来被压缩的金属陆续放松，并被拉伸， 而钢轨上原来被 拉伸的金属陆续被压缩，因而在接触面的后部出现滑动。

43. 简述粘着控制的必要性以及粘着控制的实质。

答：必要性：（ 1）没有粘着控制系统的轨道车辆动车只能靠其自然特性运行， 难以运用到粘 着极限，即使短时达到高的牵引力， 也难以维持， 因为轮对空转随时可能发生，因此只能远 离粘着极限使用。 （2）在车辆制动时，若无防滑行保护，一旦制动力大于轮轨粘着极限，就会出现滑行，将 导致轮对擦伤，制动距离增加。 （3）直流传动系统大多采用串励直流牵引电动机，机械特性为很软的双曲线，所以不利于 空转的自恢复， 一旦空转发生， 要依靠粘着控制系统造成短时的硬特性，适时恢复粘着，以 提高动车的粘着利用。 （4）从机械特性上讲，采用交流传动的轨道交通车辆并非自然具有高粘着性能。所有的交 流动车都是依靠粘着控制系统来保证粘着特性的 因此，在车辆的控制系统中一般都设置粘着控制系统 防空转与防滑行保护系统，使轮轨 粘着运用到接近最大值而不超过， 或稍有超过立即拉回来， 从而使车辆的平均粘着利用率提 高，也就是提高了平均牵引力。 粘着控制的实质是蠕滑率控制。 即使机车在接近牵引力的峰值工作时， 使机车能利用的粘着 系数接近可用粘着系数。 44. 分析产生“抱死”和“滑行”的原因？ 答：车辆在制动时， 当制动力过大， 以至于破坏了粘着， 使轮对

“抱死”，结果造成 “滑行”。

45. 简述影响可用粘着的因素 答：（1）动轮踏面与钢轨表面状态

（2）车轮直径 （3）轴重 （4）机车速度 （5）线路质量

46. 简述提高粘着性能的措施 答： 1）提高可用粘着系数 （1）撒砂及喷射陶瓷粒子 （2）踏面清扫闸瓦，保持踏面干净 2）提高粘着利用率

（1）机车轴重转移小 （2）速度增加时，机车的垂向振动及蛇形振动尽可能小，即运行平稳。 （3）机车各车轮直径差尽可能小 （4）车轴驱动系统具有足够大的扭转刚度。 （5）采用交流传动。 （6）机车采用径向转向架，使曲线粘降得到大幅度的改善。 （7）粘着控制，使机车在接近可用粘着的情况下工作。

47. 简述空转趋势识别的具体步骤

答：步骤： 1）求轮周加速度和轮周速度二次微分；

2）如果加速度大于零，则有空转可能；

3）如果轮周速度二次微分值大于零，则有空转趋势。

48. 简述目前常见几种的现代粘着控制方法 答：现代粘着控制方法可分为蠕滑速度法和粘着斜率法。

蠕滑速度法又分为直接法和间接法。 为了解决无法获得粘着斜率的问题，又出现相位移法和粘着系数导数法。

49. 粘着与静力学中的静摩擦的区别是什么？

答： 1）实际上车轮和钢轨在很大的压力作用下都有变形，轮轨间实际是椭圆面接触而非点 接触，不存在理想的瞬时转动中心； 2）机车运行中不可避免地要发生冲击和各种振动，车轮踏面又是圆锥形，所以车轮在钢轨 上滚动的同时必然

伴随微量的纵向和横向滑动。 即实际不是纯粹的 “静摩擦状态” ，而是“静 中有微动”或“滚中有微滑” ； 3）在运行过程中，由于牵引力和惯性力不是作用在同一水平面内，造成机车前后车轮作用 于钢轨的垂直载荷

不均匀分配。 所以，轮轨间纵向水平作用力的最大值实际上与运动状态有 关系，而且比物理上的“最大静摩 擦力”要小得多。 50. 什么是空转？空转的危害是什么？ 答：因驱动转矩过大，破坏粘着关系，使轮轨间出现相对滑动的现

象，称为“空转” 。 动轮出现空转时， 轮轨间只能依靠滑动摩擦力传递切向力， 传递切向力的能力大大削弱， 同 时造成动轮踏面和轨面的擦伤。因此，牵引运行应尽量防止出现动轮的空转。

51. 空转的判据有哪些？

答： 1）蠕滑率判据：当轮对实际蠕滑率小于极限蠕滑率，认为车轮工况正常；当轮对实际 蠕滑率等于极限蠕滑率， 则达到最优； 而当轮对实际蠕滑率大于极限蠕滑率， 就认为此轮对 将发生空转。 2）速度差判据：通过比较各个轴的转速且测定空转轴的线速度与机车参考速度的差值，当 差值大于一个空转

阈值时，就可以判定该轮对是否发生空转。 3）加速度判据：如果当加速度大于某个阈值时便可以判定为空转。

4）加速度的微分判据：加速度的微分为零的时刻即是粘着系数最佳值；若轮周速度二次微 分值大于零，则有

空转趋势。 5）电流差判据：当定子实际电流和基准电流的差大于某个阈值时，就可以判断此电机驱动 下的轮对发生了空

转。 52. 空转的防止措施有哪些？ 答： 1）主电路防空转设计

（1）牵引电动机全并联结构 （2）采用机械特性硬的牵引电动机 2）传动系统防空转设计

（1）采用单电机转向架传动系统 （2）机械走行部分采用低位牵引，以及采用合适的悬挂系统等措施

53. 简述城市轨道交通车辆的运行特点

答： 1） 与干线列车不同，城市轨道交通车辆的运行特点是站距短而旅行速度较高。 2） 城市轨道交通线中， 地铁和高架线路站距约为 0.8〜1.8 km ,市郊线路站距约为1〜3 km。 3） 由于站距短，需要频繁地启动和停靠，每站又需要 30 s 左右的停站时间，但其运行一般 要求在最节约

资源的条件下实现 35〜 40 km/h 的旅行速度。 54. 影响闸瓦制动的因素

答： 1） 闸瓦压力 2） 闸瓦和车轮踏面的摩擦系数

3） 闸瓦材质是影响闸瓦摩擦系数的最重要的因素。

55. 分析机车轮周牵引力的产生过程。

答：由于轮轨间存在粘着， 静止的动轮受驱动转矩的作用后， 动轮上的O'受到切向力和粘 着力的作用。O点保持相对静止，作用在轮轴中心 O点的力将使动轮绕 0'点转动，引起 轴承对轮轴的水平反作用力。 只要驱动转矩足够大， 动轮即绕瞬时转动中心转动， 瞬时转动 中心沿钢轨不断前移，车辆产生平移运动。

56. 在粘着控制的最初阶段，粘着控制的主要方法是在空转和滑行发生后，通过削减电机转

矩来实现粘着利用，分析其一般过程。 答：1）根据轮对间速度差，轮对的加速度及加速度的变化率，检测空转或滑行的发生； 2） 在检测到空转或滑行后，根据空转或滑行的程度，削减电动机转矩值并维持一定时间，

以消除空转或滑行； 3） 在空转或滑行结束后，按一定时间常数的指数规律，逐渐的增加电动机转矩，直至空转

或滑行时电动机转矩值的 80% ； 4） 在一定的时间内，保持电动机转矩不变；

5） 如果在电动机转矩不变的时间内没有发生空转或滑行，则在保持时间结束以后，按照一

定时间常数的指数规律继续增加电动机转矩，直至达到司机手柄给出的电动机转矩给定值。 如果再次发生空转或滑行，则按照 2）处理。

57. 说明电阻制动的过程：。

答：电路中的电流与电机感应电势方向相同， 但转矩方向与电机旋转方向相反， 因此反方向