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1、1,第三章 列车制动力,2,制动力,定义:由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力。 比列车运行阻力大的多。 在列车制动减速过程中,起主要作用的是列车制动力。,3,本章内容,制动力的分类、产生及限制 闸瓦摩擦系数 闸瓦压力的计算 列车制动力的计算 实算法 换算法 二次换算法 动力制动,4,一、制动力分类 1)按制动方式: (1)摩擦制动 闸瓦制动 盘形制动 (2) 动力制动:电阻、再生 (3) 电磁制动:磁轨、涡流,1 制动力的分类、产生及限制,5,摩擦制动,闸瓦制动,盘形制动,1-制动缸;2-拉环;3-水平杠杆;4-缓解;5-制动块; 6-制动盘;7-中间拉杆;8-水平杠杆拉杆;9-转臂,6
2、,盘形制动的特点:,优点: 可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。 可按制动要求对制动盘和闸片进行选择,制动盘可以在旋转时具有半强迫通风的作用,以改善散热性能,适用于高速列车。 制动平稳,噪声小。 不足: 车轮踏面没有闸瓦的磨刮,将使轮轨粘着恶化; 制动盘使簧下重量及冲击振动增大,运行中消耗牵引功率。,7,动力制动,电阻制动。在制动时将牵引电动机改变为发电机发电,并将电流通往专门设置的电阻器,采用强迫通风,使电阻器发生的热量消于大气,从而产生制动作用。 再生制动。也是将牵引电动机变为发电机,不同的是,它将电能反馈回电网使用,经济合算,技术复杂,而且它只能用于电网供电的电力机车和电动车组。,8
3、,电磁制动,磁轨制动 (摩擦式轨道电磁制动),优点:制动力不受粘着的限制。 不足:对钢轨磨损太大,滑动摩擦力小。,9,电磁制动,涡流制动 (1)轨道涡流制动(又称线性涡流制动或涡流式轨道磁制动)。把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。制动时利用电磁铁与钢轨相对运动使钢轨感应出涡流,产生电磁吸力作为制动力,把列车动能转化为热能,消散于大气。 优点:不受粘着限制, 没有磨耗问题。缺点:消耗电能多,约为磁轨制动的10倍,电磁铁发热量大,只能作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。 (2)旋转涡流制动(又称涡流式圆盘制动)。在牵引电动机轴上装金属盘,制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转,盘
4、的表面被感应出涡流,产生电磁吸力并发热消散于大气,从而起制动作用。 特点:受粘着限制;消耗的电能多。,10,1 制动力的分类、产生及限制,一、制动力分类 2) 按用途可分为两种: (1)常用制动:在正常情况下为调节或控制列车速度包括进站停车所施行的制动。 制动力:20%80% (2)紧急制动:在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动。 制动力:100%,11,空气制动原理图,1-空气压缩机 2-总风缸 3-总风缸管 4-制动阀 5-列车管 6-三通阀 7-制动缸 8-副风缸 9-紧急制动阀,12,二、制动力的产生,13,将轮对作为隔离体而建立的力矩平衡方程式M0求得: KkR = BLR 制动
5、力在数值上等于闸瓦摩擦力,即 BL Kk (kN),二、制动力的产生,14,制动力要受到轮轨间粘着条件的限制, 即: Bmax =(k K) max Q (kN) 分析几种情况: 1 当轨面状况不好时,粘着系数下降,易滑行。 2 紧急制动时,由于闸瓦压力K值大,易滑行。 3 当速度v低时,粘着系数略大,而k随v下降而急剧增加,故比值/ k下降易发生滑行,尤其是在将要停车时,更易滑行。,三、制动力的限制,15,2 闸瓦摩擦系数,一、闸瓦摩擦系数的主要影响因素: 1) 闸瓦的材质: 铸铁闸瓦:磷升高,系数高 合成闸瓦 2)列车运行速度:速度高,系数低 3)闸瓦压强:压强大,系数低 4)制动时的初速
6、度:初速高,系数低,16,1)提高铸铁闸瓦中的含磷量 2)采用双侧制动 3)采用合成闸瓦:重量小、耐磨、车轮磨耗小,二、改善(提高)闸瓦摩擦性能的措施,17,中磷闸瓦:,三、闸瓦实算摩擦系数的计算公式,高摩合成闸瓦和盘形制动闸片:,高磷闸瓦:,18,3 闸瓦压力的计算,基础制动装置示意图,制动缸,缓解弹簧,活塞,制动杠杆,闸瓦,车轮,19,一、闸瓦压力的计算公式,机车、车辆每块闸瓦的实算闸瓦压力K的计算公式为:,说明:基础制动装置的传动效率z和制动缸空气压强Pz。,20,zKs/KL: z与机车、车辆所处状态(静止、运行)以及基础制动装置复杂程度和保养状态有关 。 按规定: 机车、客车闸瓦制动
7、:z=0.85; 客车盘形制动及其踏面制动单元、货车闸瓦制动:z=0.90。,二、基础制动装置的传动效率z,21,制动缸的空气压强主要与制动机型式和列车管减压量r有关, 制动缸空气压强: 1)机车制动缸中空气压强: pz = 2.5r (kPa) 2)客车及货车制动缸中的空气压强: L3、GL3、Kl、K2型制动机及GK型制动机的重车位 pz = 3.25r - 100 (kPa) GK型制动机的空车位 pz = 1.78r - 50 (kPa) 104型和103型制动机重车位 pz = 2.6r(kPa) 103型制动机空车位 pz = 1.36r (kPa),三、常用制动时制动缸的空气压强
8、P z,22,单车试验时rmin 40kPa 列车状态下rmin 50kPa 制动机的副风缸与制动缸压强相等时: 列车管定压力500kPa时rmax =140kPa 列车管定压为600kPa时rmax = 170kPa,说明:列车管有效减压范围,23,四、紧急制动时制动缸的空气压强,24,例:闸瓦压力的计算,有一C50型敞车,四轴单侧闸瓦制动,制动机为GK型,有一个制动缸,直径为356mm,制动倍率为8.35,列车的管空气压力为500kPa,求紧急制动时空、重车位的闸瓦压力。,25,4 列车制动力的计算,列车中各制动轴产生制动力的总和,称为列车制动力B ,B(Kk) (kN) 列车制动力常按单
9、位制动力进行计算,并以b表示 计算列车制动力B或单位制动力b有三种方法:实算法、换算法和二次换算法。,26,B(Kk)(K1k1 +K2k2+Knkn) (kN) 同理,列车单位制动力 b1000(K1k1 +K2k2+Knkn) / (P+G) g) (N/ kN),一、列车制动力的实算法,27,例:制动力的实算法,SS7型电力机车牵引一列30辆的C50型敞车和20辆G60A型罐车组成的重货物列车,制动机为GK型,G3500t,司机施行紧急制动,列车制动初速V0=60km/h,求当速度降至V=40km/h时的列车制动力B和单位制动力b。(列车管空气压力为500kPa,中磷闸瓦),28,紧急制
10、动时制动缸的空气压强,29,原理:假定闸瓦摩擦系数与闸瓦压强无关,用一个不随闸瓦压强变化的换算摩擦系数h来代替实算摩擦系数k,又将实算闸瓦压力K修正成换算闸瓦压力Kh, 即 Khh = Kk 因此 B(Kk)KhhhKh (kN),二、列车制动力的换算法,30,1)换算摩擦系数 换算摩擦系数h是将K固定为某一数值代入实算摩擦系数公式中求得的。 货车 重车位平均 K33.5kN; 货车 空车位平均 K19.5kN; 货车 空、重车位平均 K26.5kN。 考虑到全国客车每块闸瓦的实算闸瓦压力平均为20kN,故换算摩擦系数的K值按25kN计算 中磷闸瓦:,带入K为:,31,高磷铸铁闸瓦,高摩合成闸
11、瓦,盘形制动合成闸片,1)换算摩擦系数,32,中磷铸铁闸瓦换算摩擦系数表,33,高摩合成闸瓦换算摩擦系数表,高摩合成闸片换算摩擦系数表,34,2)换算闸瓦压力,简化初速:,中磷闸瓦:,计算公式:,高磷闸瓦:,35,运用中的机车、车辆每辆换算闸瓦压力 (kN),36,运用中的机车、车辆每辆换算闸瓦压力 (kN),37,列车单位制动力为: (NkN) 为列车换算制动率,是列车换算闸瓦压力与列车所受重力之比,是反映列车制动能力的参数。,三、列车单位制动力与列车换算制动率,38,考虑两点:,(1)对于任意列车管减压量的常用制动,其列车换算制动率的计算公式: hc =h c c = 1(常用制动系数),
12、39,常用制动系数表c,40,(2)列车换算制动率的规定,1) 每百吨列车重量的换算闸瓦压力:100h g 2)运营列车换算制动率的通用值: A.货车:500kPa和600kPa分别取0.28和0.30 B.普通旅客列车(闸瓦):h = 0.58 C.快速旅客列车(盘形制动):h = 0.32 3)紧急制动:全值h ;进站制动:0.5h ;信号机距离:0.8h 。,41,例:制动力换算法,DF11型内燃机车牵引15辆客车,牵引重量为800t,车辆制动机为L3型,按中磷闸瓦计算,管定压为600kPa。求: (1)每百吨列车重量的换算闸瓦压力。 (2) V0=110km/h时实施紧急制动,当速度降
13、至 35km/h时的列车制动力和单位制动力。 (3) 常用制动管减压量为120kPa时的列车单位制动力。,42,运用中的机车、车辆每辆换算闸瓦压力 (kN),43,运用中的机车、车辆每辆换算闸瓦压力 (kN),44,常用制动系数表c,45,例:制动力换算法,DF4(货)型内燃机车牵引40辆货车,牵引重量3000t,其中重车30辆,空车10辆,车辆制动机为GK型,列车管定压600KPa ,按中磷闸瓦计算。 求列车在V0=70km/h时紧急制动,速度降为30km/h时的单位制动力。,46,多种摩擦材料并存时列车制动力的计算,公式: Bh1Kh1 +h2Kh2 +h3Kh3 + (hiKhi) (k
14、N) b=1000 (hihi ) ,(N/kN),,47,例:多种摩擦材料并存时列车制动力的计算,SS8型电力机车牵引15辆双层快速客车,牵引重量为900t,客车基础制动装置为盘形制动高摩合成闸片加踏面制动中磷闸瓦,列车管定压600KPa ,分别计算当速度V0=110km/h施行紧急制动和减压量80kPa时的常用制动,速度降到90km/h时的单位制动力。 (其中:SS8型电力机车的换算摩擦系数按高摩合成闸瓦的80取值),48,原理:在假定与K无关的基础上,再次假定与材质无关,即用b来代替h,用Kb代替Kh 因此:Kbb = Khh 即:Kb = Khh/b= Kh x 式中 xh/b:各种闸
15、瓦(或闸片)的等效(二次换算)系数。 列车制动力: BbKbb (Kh x) (kN) 单位制动力: b=1000bb,(N/kN),四、不同材质闸瓦混编的列车制动力计算的等效法 (二次换算法),49,不同基型时各种闸瓦(或闸片)等效二次换算系数表达式,50,不同基型时各种闸瓦(或闸片)等效二次换算系数取值,51,例:制动力二次换算法,SS8型电力机车牵引15辆双层快速客车,牵引重量为900t,客车基础制动装置为盘形制动高摩合成闸片加踏面制动中磷闸瓦,列车管定压600KPa ,分别计算当速度V0=110km/h施行紧急制动和减压量80kPa时的常用制动,速度降到90km/h时的单位制动力。 (
16、其中:SS8型电力机车的换算摩擦系数按高摩合成闸瓦的80取值),52,三种制动力计算方法的比较,53,5 动力制动,动力制动性能: 高速时:制动力随速度的降低而增大,低速时:制动力随速度的降低而减小。 特点: 在长大下坡道上,采用动力制动可使列车安全地以较大速度行驶,提高线路通过能力; 使用动力制动减速,可节省车轮和闸瓦间的磨耗。,54,电阻制动原理,电力机车和内燃机车的电阻制动是利用直流电机的可逆原理,在制动工况时,使牵引电动机变为发电机,由轮对驱动,将列车的动能转换成电能,再通过制动电阻转变成热能后散逸掉。,55,电阻制动的工作范围,1) 最大励磁电流限制 2) 粘着限制 3) 最大制动电
17、流限制 4) 最大整流限制 5) 机车最大速度限制,56,电阻制动的特性曲线,1) DF4型内燃机车电阻制动的调节与特性曲线,57,电阻制动的特性曲线,2) SSl型电力机车电阻制动的调节与特性曲线,58,说明:,1)不能在停车制动时单独利用电阻制动。 2)低速区的大制动力特性。机车上装有1/2 Rz (半制动电阻)电阻制动装置。,59,SS3型电力机车电阻制动特性曲线,60,DF4B型(货)内燃机车电阻制动特性曲线,61,小结,制动力的分类、产生及限制 闸瓦摩擦系数 闸瓦压力的计算 列车制动力的计算 实算法 换算法 二次换算法 动力制动,62,作业,SS1型电力机车一台,车辆编组情况为:标记载重50t的45辆(自重20t,有5辆空车,GK型制动机),标记载重30t的20辆(自重15t,有10辆空车,k1型制动机) ,全部为中磷闸瓦,列车管定压为600kPa,计算列车换算制动率,并求在80km/h时实施紧急制动,当速度降至 40km/h时的单位制动力。,
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