地铁动车粘着系数的计算

地铁动车粘着系数的计算 2006年第4崩机'电抟动 ELECrRlCRIVEFORLOCOMOT1VES ?42006 v10.20o6 摘要:为了较好地发挥车辆的牵引,翩动性能,需要系数取值,从 而使车辆处于软有利的粘着利用状况.从地锭列车的运行特点出发,提出电传动地 铁动车计算牯着系 减速度的影响.并提出了具体的计.算: 数的计算要考虑大加, 关键词:地铁;动车;粘着系数;轴重转移;牵引力;旋转质量 中图分类号:U2662:U23l文献标识码:A文章编号:1000一 门作者简介:陈威(1974一). 男.师.长期从事机 车,地技车辆的研发工 作,现任株洲电力机车有 限心司技术中?城轨开发 郜经理 CalculationOfAdhesionFactorf0rMetroMotorVehicle ? CHENCheng fR&DCenter.CSRZhuzhouElectricLocomotiveCo,Ltd,Zhuzhou,Hunan4I2001,Ch ina) Abstract:Forbettereofthetractionandbrakingcharacteristicsofmetrovck,thevalueofthead hesionfactorbetweenthewheel andrailshouldbesdectedreasonably,gothatthevehideisunderafavorableutilizationofadhe sionStartingfromtherunningcharactefistlcs oftbemetrovehicle.itisproposedthatinfluenceofaccelerationanddecelerationshouldbeco nsideredforthecalculationofadhesionfactor ofmetromotorvehicleThecalculationformulaisalsogJve~. Keywords:metro;motorvehicle;adhesionfactor;weighttransfor;tractionforce;rotarymlls s 0引言 地铁车辆的牵引性能一直是运用部门关心的主要 问题之一.而使地铁发挥优良的牵引性能也是研制部 门关心的重要课题地铁列车的牵引性能取决于牵引 设备的容量,轮轨间的粘着关系,车辆的重量及机构, 同时变流器的粘着控制方式也会对其牵引性能的发挥 造成很大的影响.合理地选取轮轨问牯着系数有利于 地铁车辆牵引性能的发挥,而牯着系数利用的计算与 车辆的结构,工况息息相关.本文主要以B.-B.地铁动 车为例.对地铁动车的粘着利用系数的计算分析方法 进行深入研究.给地铁设计,运用时选取合适的利用 系数提供参考. 1地铁列车的工况特点 我们知道.地铁列车一般采用动力分散的动力配 收稿日期:2006-04—04 置方式,其运行的特点是站距短,启,制动加,减速度 大,在启,制动区要求发挥较大的加,减速度;与铁路 机车牵引客车,货车相比.地铁列车通过车钩传递的 牵引,制动力较小.以动拖比2:1或1:1的地铁列车为 例,不考虑一般动车比拖车重的因素.通过车钩传递 的牵引力不超过动轮产生牵引力的50%左右,因此考 虑地铁车辆粘着利用时,主要要考虑动车大加速度牵 引,大减速度制动的运行特点,而不是传统机车的发 挥恒定牵引力(启动或匀速)运行时的粘着利用 2轮轨牵引力 地铁动车牵引力均由牵引电机产生.牵引电机的 输出转矩由机械传动及变速装置传递到轮对.通过轮 轨间的牯着关系产生牵引力F牵引力可由下式示: F:一2M(1) D 式中:D——动轮直径; —— 传动比. 城市轨道车辆 第4期陈成:地铁动车粘着系数的计算 牵引力受轮轨间的粘着条件限制,在有效粘着的 条件下,它等于车轮对钢轨的正压力?.与此时车轮踏 面与钢轨间的粘着系数的乘积: F.=NI(2) 图1描述了牵引力 的产生过程.此时轮轨 间的粘着系数可简单 地表述为: 2M. IZ=(3) 图1轮轨牵引力产生 3轮对电机模型 轮轨粘着力的原动力来自牵引电机的电磁转矩, 牵引电机输出机械转矩一方面通过电机以及联轴节, 齿轮等传动设备驱动轮对作圆周运动,另一方面通过 踏面与轮轨间的粘着关系驱动车辆沿轨道作平移运 动,而动车的轮对作圆周运动所需的动力由电机的电 磁转矩产生,不需要轮轨间的粘着力发生作用.因此 对于单个电机轮对单元而言,在不考虑其本身质量的 前提下,得到了式(1)o但对于实际系统而言,动车的 电机轮对本身的归算质量由于已经占到了整个系统 的5%一15%,因此,需要对式(1)进行修正.设电机 轮对装置总的转动惯量(折算到轮对上)为.,,牵引电 机的输出转矩为.,可以得到 .一百2Ja=百F,O(4) 这里口是列车的加速度.由式(4)得到轮轴牵引力 与电机输出机械转矩之间的关系为 = 2i , M.一警)(5) 4Bo-B.地铁动车模型 本文讨论的Bo-Bo地铁动车由1个车体,2个动力转 向架组成,通过车钩传递牵引力.转向架采用中心销 传递牵引力.动车车钩高度为日,转向架牵引点高度为 h,转向架中心距为2Z,转向架 轴距为2b,车钩传递的牵引力 为F,车辆各轮对对钢轨的正 压力分别为?l,,,?4,2个 转向架,车体的质量分别为., m2,m,,车体对转向架的压力分 别为,,转向架通过牵引销 对车体施加的牵引力分别为 ,,各车轮产生的牵引力分 别为Fl,F,,,F4,动车运动加 速度为a,见图2. 关于此模型,有几点说明: ?由于采用B转向架,牵引电机对称布置,因此, 牵引电机的布置方式不会对模型受力情况造成影响. ?由于地铁列车一般采用空气弹簧,并设有高度 阀,因此一般不考虑二系悬挂对模型的影响. ?地铁车辆转向架一系悬挂受载荷变化以及轴重 转移的影响在工程计算上可以忽略(一般小于1%). 5地铁动车粘着系数的计算 地铁列车在牵引,制动工况时,用户一般提出对 列车的启动加速度口的要求,例如一般对于动拖比为 1:1的列车,要求不小于0.83,对于动拖比为2:1的 列车,要求不小于1.0.根据以上车辆模型,我们知 道,不管是动拖比为1:1的地铁列车,还是动拖比为 2:1的列车,动车都需通过车钩发挥一定的牵引力来 促使拖车获得加速能力.由于需要通过车钩发挥牵 引力,根据轴重转移理论,必然会导致前后转向架及 各轮对间发生轴重转移现象.首先分析在动车的轴 重转移情况. 根据车辆模型(图2),对转向架以及车体进行力 和力矩平衡分析,可以得出以下受力方程式: mI口+=Fi+F2(6) ,+F6=F3+F4(7) ,,l3口+F=+F6,(8) +?2=?5+Ig(9) ?3+?4=?6+,,l2g(1O) ?5+?6=,n3g(11) mIgb+N,b-Fsh=?2.2b(12) mIgb+N,b+Fsh=Ni.2b(13) m.zgb+^6+F6h=?4.2b(14) m2gb+?66-=?3.2b(15) ,,hgl+,(H-h)='2,(16) m3gl-F(H-h)=?6.2f(17) 此处,m.=m,即2个转向架的质量相等,F.= F=F:l=F为各轮对产生的粘着牵引力,即考虑电机功 率相等,代入式(5),可以得到在地铁动车各轴的轴重 分布如下: 图2地铁动车模型 机车电传动2006焦 扣+扣+(+一(+++斟口 扣+扣+警(一(竿一+一斟口 = 扣+扣一警(一(一軎)++一针口 1 g+ 扣一警(+(竿++针口 (18) (19) (20) (21) 此时,4轴轴重最轻,买际粘看状况最恶劣. 通过对各轴在车钩牵引力的作用下的轴重分析,可以看出各轴的轴重分配与列车 的加速度有很大的关系,用 式(5,)除以式(21),可以得出实际的计算粘着系数: 考一] 再商孚2龟制动工况时的轴重转移以及粘着利用计算,分析方法同上,只是注意分 析时轮轨力,车钩力,加速度以及 转向架对车体施加的牵引力分别与图2方向相反.此时,1轴轴重最轻,粘着利用系 数最大. 扣+扣一警(+(竿+++针口? 扣+扣一警(一(一+一口 = 扣+扣+警(一(一+一口c = 扣+扣+警(+(+++针口c 此时,1轴轴重最轻,粘着利用系数最大: 考一] 再商享哥 以上海某地铁为例,供货商提供的牵引计算粘着系数为0.153,该值既没有考虑轴重转移的影响,也没有考虑 加速度的影响,当仅考虑轴重转移时该计算值为0.159,当考虑加速度的影响时,计算粘着系数则为0.157. 6结束语 考虑到地铁列车(含动力分散动车组)运行特点,本文提出地铁动车的粘着系数计算需要考虑加速度的影响, 并提出了具体的计算公式,可以作为工程计算的依据.实际计算粘着系数时,还应对整列车的加速度进行计算, 从而根据实际车辆参数得到准确的地铁动车计算粘着系数. 参考文献: [1]陈康,罗贝.2c抱轴式机车的轴重转移分析[J].机车电传动,2004(2):18-22 [2]任兴权.电力拖动基础[M].北京:冶金工业出版社,I980,