机车车辆基础知识
车体的重量通过由橡胶和钢板复合而成的二系缓冲装置作用在转向架上,转向架再通过与轮对轴之间的一系缓冲装置(弹簧),将重量传递到钢轨上。一根轴的两个车轮压在钢轨上的重量称为轴重。


转向架上的两个电机在变流器的控制下,以转速n旋转, 并产生电磁转矩T。电机与轮对之间通过齿轮实现力的传递,轮对轴上的大齿轮与电机轴上的小齿轮的直径的比值是一个固定值,称为传动比。
大齿轮与轮对轴是紧配合的,因此它得到的转矩会传递到轮轨的作用点上,并在该点处形成对钢轨的推力。钢轨对轮对产生大小相等、方向相反的力f,称为轮周牵引力。
•动轮与钢轨接触处,由于正压力而出现的保持轮轨接触处相对静止、而不相对滑动的现象称为“黏着”。
•f本质上是由轮轨之间的“黏着” 机制产生的,叫做黏着牵引力,黏着力与车轮与钢轨之间的垂直载荷值比,称为黏着系数。
•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,即所谓“蠕滑”。

• 由于蠕滑的存在,动轮的滚动圆周速度将比其前进速度高,用蠕滑率表示蠕滑的大小。

•牵引时,如果电机的转矩过大,有可能大于轮轨接触条件所能提供的最大黏着力fmax,此时轮轨之间将发生相对滑动的现象,称为空转;
•在制动时,我们把黏着失去的现象称为滑行 ;
空转及滑行的危害:
•空转发生时,牵引力急剧下降,容易造成坡停和运缓;
•空转发生时,轮轨剧烈摩擦发热,甚至造成轮箍松弛;
•牵引电机高速旋转,造成电机及齿轮箱损坏。
•空转和滑行将造成动轮和钢轨的擦伤。
严重空转的后果

影响黏着系数的设计因素:
轴重的影响
轮对和钢轨材值的影响
轮轨间的摩擦系数
机车走行部的动力学性能

列车运行中主要影响黏着系数的被动因素:
• 环境因素
主要指气候和钢轨表面污染的影响;
• 运用因素
驾驶人员的操作方法、
速度、加速度、线路的特性等
黏着系数µ并不是轮轨间传力关系的表述,只是客观上轮轨间所能传递的牵引力大小的表征,任何引起牵引力变化的现象都可以表示为黏着系数µ的变化,所以黏着系数µ是电力牵引控制系统的一个重要参量 。
电牵引系统的根本目的是通过牵引电动机产生使列车前进的动力,即牵引力,而牵引力的产生则取决于轮轨间的接触传力机制 ;
•电牵引系统与提高车辆的粘着系数µmax无关,但与实际应用黏着系数µp有关。电牵引系统通过控制手段可以提高应用黏着系数,提高列车的牵引力。
•使动轮对在各种不同的条件下都能充分发挥牵引力,即充分利用黏着 ;
能在工作点失去之后尽可能快地重新确定新的稳定运行工作点 ;
• 轮周牵引力f首先传递到固定轮对的框架——转向架上, 再由转向架与车体之间的中央支承及牵引杆,将牵引力传递到车体上,最后通过车体上的车钩装置将牵引力传递到车辆上。

•上述从电机轴开始,直到轮轨作用点为止,力的传递途径上的部件都是刚性的,如果忽略传递过程中的损耗,可知:
① 轮周牵引力f与电机的转矩T成正比;
② 列车的运行速度v与电机的转速n成正比;
③ 列车的功率与所有电机的功率之和相等,即P= Fv=∑niTi。
•牵引力F与速度v之间的关系,即 F=f(v),称为机车车辆的牵引特性。牵引力F随速度v变化的规律通常用F-v平面上的曲线表示,称为牵引特性曲线。
•电制动力B与速度v之间的关系,即 B=f(v),称为机
车车辆的制动特性。制动力B随速度v变化的规律通常用B-v平面上的曲线表示,称为制动特性曲线。


纵坐标FB
•理想的牵引制动特性曲线通常由恒牵引力控制区和恒功率控制区两部分构成。
恒功率控制区:当列车功率上升到额定功率,或某一功率给定值时,不再希望它进一步上升,以免传动系统过热, 此时一般希望列车以恒定的功率运行,以充分利用设备容量并提高列车的运行效率。
•恒牵引力控制区:在列车的起动阶段,一般希望列车有较大的牵引力,尽快加速以减小起动过程的时间,同时为了保证起动过程的平稳,此阶段通常采取恒牵引力的控制策略。由于牵引力恒定,所以列车的功率P会随速度线性上升。
•机车车辆的牵引制动特性曲线由四条限制线确定,从左到右依次为电机最大电流限制、轮轨粘着限制、最大功率限制、最高构造速度限制。在这四段线组成区域内的任意一点,列车的牵引特性原则上都是可以通过的,但列车的牵引特性一般按特定的规律设计,例如恒牵引力、恒功率、恒速控制。


牵引特性控制方式:恒牵引力、准恒速特性控制
• 恒功率区:在高速区,列车以恒功率实施电制动,所以列车的功率P保持不变,速度降低。
• 恒制动力区: 进入恒制动力区后,列车以恒制动力实施电制动,所以列车的功率P线性下降,速度降低。
进入低速区后,由于电机在低速时励磁不足,故电制动力无法使列车致停,电制动力迅速减弱为零,此时用空气制动补足列车制动力,直至列车停车