列车牵引计算.docx
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列车牵引计算
广州铁路职业技术学院
课程设计说明书
课 程：
《列车牵引计算》
专 业：
电力机车
班 级：
函授大专班
学 号：
13号
姓 名：
王书民
指导教师：
曾青中
2004年12月1日
目 录
第一节 任务书
第二节 牵引重量的计算
第三节 线路纵断面化简
第四节 编制合力计算表和绘制合力曲线图
第五节 绘制列车运行速度曲线
第六节 绘制运行时间曲线
第七节 耗电量的计算
第八节 设计总结
《列车牵引计算》课程设计
任 务 书
广州铁路职业技术学院
2004年11月
第一节 任务书
《牵引计算》课程设计任务书
一、设计题目：
列车牵引计算
二、设计时间：
2004年11月～12月
三、设计班级：
电力机车函授大专班
四、指导教师：
曾老师
五、设计任务：
根据给定的条件计算和确定列车牵引质量、运行速度、运行时间。
1、已知条件
（1）机型：
SS1型机车
（2）线路纵断面（附图一）
A～C区段为复线，全长18km，区段海拔高度均未超过500m，环境温度不高于20℃，无大风。
（3）速度限制
线路允许速度：
100km/h
正线道岔限速：
60km/h
侧线道岔限速：
45km/h
（4）车辆组成
C60型车占80％，自重19吨、载重50吨、换长1.2，GK型制动机。
N12型车占20％，自重20.5吨、载重60吨、换长1.3，K2型制动机。
S10型车1辆，自重18吨，K1型制动机，换长0.8。
（5）车站最短到发线有效长度：
750m
2、求解
（1）计算牵引质量，校验并确定区段牵引质量；计算列车换算制动率和增速时间。
（2）编制合力表，绘制合力曲线。
（3）化简线路纵断面，列车计算表。
（4）绘制列车运行速度线（与合力线共图）。
（5）绘制列车运行时间线（单列图），查被定区间的运行时分，求出平均技术速度。
3、编写计算说明书要求：
说明书全文力争简单明了，整洁清晰、层次分明、词语通畅，计算部分先列公式后代入参数，各参数要说明代表意义和出处。
说明书及图纸发送E－mail：
paulzeng2004@
4、图纸部份
图面整治、字体工整、曲线圆滑，符号及绘图标记应符合铁道部《列车牵引计算规程（TB/T1407－1998）》的规定。
第二节牵引质量的计算
一、求机车以计算速度等速运行的牵引质量G
（一）分析图A～C区段线路纵断面特点，从A～C的下行方向断面看，10‰的坡道最大，并有Ls＝2000m的隧道，在这坡道之前的坡度相对小些，离A站较近，故视为限制坡道。
（二）计算A～C区段重载货物列车的牵引质量G
1、求出计算坡道的坡度ix（其中包括隧道），参照《列车牵引计算规程》公式12－2、12－5、12－6：
ix＝ih＋is＝10＋
＝10＋
＝10.2‰
其中，v=43km/h，参照《列车牵引计算规程》表5
2、计算牵引质量G
G＝
其中，G为牵引质量，t；
Fj＝301.2KN，为SS1型机车计算牵引力，参照《列车牵引计算规程》表5；
P＝138t，为机车计算重量，参照《列车牵引计算规程》表7；
λy＝0.9，为牵引力使用系数，参照《列车牵引计算规程》6.2规定；
w0′＝3.66N/KN，为计算速度下的机车单位基本阻力，根据《列车牵引计算规程》公式2－1，w0′＝2.25+0.019v+0.00032v2＝2.25+0.019×43+0.00032×432≈3.66N/KN；
w
＝1.36N/KN，为计算速度下的滚动轴承车辆单位基本阻力，根据《列车牵引计算规程》公式2－19，w
＝0.92+0.0048v+0.000125v2=0.92+0.0048×43+0.000125×432≈1.36N/KN
G＝
＝2226t
根据《列车牵引计算规程》表1的规定，牵引质量取10的整倍数，即G＝2230t
（三）核实列车编组情况
据设计任务书中的车列编组情况，确定各型车辆车辆数。
C60型敞车：
nC50＝
≈25辆
N12型平车：
nN12＝
≈5辆
S10型守车：
nS10＝1辆
共计：
31辆
二、牵引质量的校验
1、按A～C区段停车地点最困难起动条件校验牵引质量
C站起动时Iq＝0，检查能否起动，根据《列车牵引计算规程》公式11－3：
G≤
其中：
Fq＝487.3KN，是机车计算起动牵引力，参照《列车牵引计算规程》表6规定；
λy＝0.9，为牵引力使用系数，参照《列车牵引计算规程》6.2规定；
P＝138t，为机车计算重量，参照《列车牵引计算规程》表7规定；
wq′＝5N/KN，为机车起动单位基本阻力，参照《列车牵引计算规程》2.4.1规定；
iq＝ix＝10.2‰，是牵引区段内的最大计算坡度。
wq〞＝3.5N/KN，为滚动轴承货车起动单位基本阻力，参照《列车牵引计算规程》2.4.2规定；
由此计算：
G＝
＝3135t
根据《列车牵引计算规程》表1的规定，牵引质量取10的整倍数，即G＝3130t，大于计算坡度等速运行的牵引质量2230t，符合最困难起动的条件。
2、长大下坡道制动机及空走时间的校验
列车在长大下坡道的容许速度为83km/h，进行周期制动时控制的速度不得超过该值，为保证列车的制动力，全列车各车辆副风缸的空气压力都必须恢复到规定压力，因此，缓解充风时间tc与制动空走时间tk之和必须小于列车从缓解到上升至最大容许速度的时间tz，即：
tz ≥ tc＋tk
为提高运行速度，缓解速度不宜过低，试取Vmin＝43，将速度从容许速度至最低缓解速度划分为四个速度间隔，列表如下：
栏序
速度间隔（km/h）
83～73
73～63
63～53
53～43
平均速度（km/h）
78
68
58
48
1
车辆（重货车）单位基本阻力（N/KN）
w0〞＝0.92+0.0048v+0.000125v2
2.05
1.83
1.62
1.44
2
车辆总基本阻力（N/KN）
W0l＝9.81Gw0〞
44953.61
39911.12
35415.54
31466.87
3
机车惰行单位基本阻力（N）
W0d＝2.25+0.0019v+0.00032v2
4.35
3.86
3.44
3.08
4
机车惰行总基本阻力（N）
W0d′=9.81P.W0d
5882.28
5224.07
4652.51
4167.58
5
列车惰行单位合力
W0＝
2.19
1.94
1.72
1.53
6
30（v2－v1）
-300
-300
-300
-300
7
ij＋w0d
-5.85
-6.34
-6.76
-7.12
8
增速时间tz＝
51.24
47.31
44.36
42.13
tz＝51.24＋47.31＋44.36＋42.13＝185.04（s）
该列车n＝31辆，制动机为K2型、GK型混编，由于GK型制动机充风时间长，为安全起见，列车充风时间按GK型制动机充风时间考虑，βb＝0.5，减压量r＝80kpa，用缓解位充风，tc＝60s
根据《列车牵引计算规程》公式4－7，计算货物列车常用制动的空走时间tk：
tk＝（3.6＋0.00176r.n）（1－0.032ij）
＝（3.6＋0.00176×80×31）×（1－0.0032×10.2）
≈7.7（s）
其中，r为列车管减压量（kpa），n为牵引辆数，ij为加算坡度（‰）。
tc＋tk＝60＋7.7=67.7（s）
tz＞tc＋tk
因此，在长大下坡道上，列车增速时间大于制动机充风时间与制动空走时间之和，牵引31辆处于安全范围。
3、校验列车长度受区段内车站到发线有效长度的限制。
列车编组情况：
SS1型电力机车1台，长度20.4m，参照《列车牵引计算规程》表7规定；
C60型敞车25辆，换长＝25×1.2＝30；
N12型平车5辆，换长＝5×1.3＝6.5；
S10型车1辆，换长＝1×0.8＝0.8；
列车长度＝20.4＋（30＋6.5＋0.8）×11
＝430.7m
A～B区段的车站最短到发线有效长为750m，按《技规》规定附加制动距离为30m，实际使用长度为720m，因此，本区段车站能容纳SS1型电力机车牵引2230吨列车的长度。
第三节线路纵断面化简
一、进行化简分组
A～C区段共有12个单元，根据化简分组原则，化简后尽量保持原来特点，因而：
1、2、3、4、7、8、9、12作为独立单元，5、6合并为一个单元，10、11合并为一个单元。
二、计算化简坡度ih
5～6号化简坡段：
H1＝350.5，H2＝366
Lh＝500＋1500＝2000m
ih＝
×1000＝
×1000＝7.75‰
由于合并单元有两段曲线：
ir＝
＝
≈0.24‰
ihj＝ih＋ir＝7.75‰＋0.24‰＝7.99‰
10～11号化简坡段：
H1＝333.4，H2＝329.0
Lh＝750＋1000＝1750m
ih＝
×1000＝
×1000＝－2.5‰
由于合并单元有两段曲线：
ir＝
＝
＝0.24‰
ihj＝ih＋ir＝－2.5‰＋0.24‰＝－2.26‰
三、进行化简检查
没有进行化简的坡道不需要化简检查。
5～6、10～11坡道化简检查如下：
∣7.99－7∣×500＝495＜2000
∣7.99－8∣×1500＝15＜2000
∣－2.26－（－3.6）∣×750＝1005＜2000
∣－2.26－（－1.7）∣×1000＝560＜2000
检查结果，所有实测均符合化简要求。
四、计算各坡道内附加阻力的折算坡度
4号坡道：
is＝
＝
≈0.20
9号坡道：
ir＝
．
＝
×
≈0.05
五、求化简坡段的化简加算坡度
1号坡道：
ir＝0，is＝0，ij＝ih＝0
4号坡道：
ir＝0，is＝0.20‰，ih＝10‰
ihj＝ir＋is＋ih＝0＋0.2‰＋10‰＝10.2‰
5号坡道：
ir＝0.24‰，is＝0，ih＝7.75‰
ihj＝ir＋is＋ih＝0.24‰＋0＋7.75‰＝7.99‰
同法，计算其它化简坡道的加算坡度，将计算结果填入下表：
线路纵断面化简计算表
站名
实测线路纵断面
变坡点
标高
（米）
坡道编号
坡道
长度
Li
（米）
坡道
坡度i（‰）
曲 线
隧道
长度
Ls（米）
R
（米）
α
（°）
Lr
（米）
1
750
0
312.1
2
800
-2
310.5
3
1000
3
313.5
4
3700
10
2000
350.5
5
500
7
700
15°
354.5
6
1500
8
30°
400
366
7
1500
0
366
8
1250
2
368.5
9
4500
-7.8
1000
400
333.4
10
750
-3.6
700
20°
330.7
11
1000
-1.7
800
20°
450
329
12
750
0
变坡点
标高
（米）
化简线路纵断面
附加阻力
折算坡度
i，is（‰）
化简加算坡度
坡道
编号
坡长
Lh
（米）
坡度
ih（‰）
化简检查
△i.li≤2000
下行
ihj
（‰）
上行
ihj
（‰）
1
750
0
0
0
0
312.1
2
800
-2
0
-2
2
310.5
3
1000
3
0
3
-3
313.5
4
3700
10
is=0.2
10.2
-9.8
350.5
5
2000
7.75
∣7.99－7∣×500
＝495＜2000
ir=0.24
7.99
-7.51
354.5
∣7.99－8∣×1500
＝15＜2000
366
6
1500
0
0
0
0
366
7
1250
2
0
2
-2
368.5
8
4500
7.78
ir=0.05
-7.75
7.85
333.4
9
1750
-2.5
∣－2.26－（－3.6）∣×750＝1005＜2000
ir=0.24
-2.26
2.74
330.7
∣－2.26－（－1.7）∣×1000＝560＜2000
329
10
750
0
0
0
0
线路纵断面示意图
A站 B站 C站
≯ ≮≯ ≮
K00＋500 K8+500 K9+500 K17+500
化简纵断面编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
化简纵断面
0
2
800
3
1000
10.2
3700
7.99
2000
0
2
1250
7.75
4500
2.25
1750
0
750
1500
750
轨面标高
实际纵断面编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
实际纵断面
0
2
800
3
1000
10
3700
7
500
8
1500
0
2
1250
7.8
4500
3.6
750
1.7
1000
0
750
1500
750
曲线隧道
a＝15°
Lr＝400
R＝700
a＝30°
R＝1000
Lr＝400
Ls＝2000
R＝700
a＝20°
R＝800
Lr＝400
公里标
1
2
3
4、5、6
7
8
9
10
11
12～15
16
17
18
第四节编制合力计算表和绘制合力曲线图
一、根据SS1型电力机车牵引G＝2230t重载货物列车，计算出制动率
h
∑Kh＝∑Kh′+∑Kh〞＝7000×1＋250×25＋160×5＋90＝7840KN
h＝
＝
＝0.34
常用制动系数βb：
取βb＝0.5
计算列车不同工况合速度的单位合力，填入下表中。
合力计算表各栏数值取法如下：
速度V：
由0开始，每隔10km/h取一速度列入计算表，直到机车最大速度（或其他允许速度，此处取货车的最高速度80km/h）。
在机车牵引特性曲线上各转折点所对应的速度也应列入计算，例如表中41.2、43、57.4分别列为最高级位满磁场与粘着限制线，持续电流限制牵引力曲线，电阻制动力曲线Ⅰ、Ⅱ级的峰值速度为37.7，这些点均应列入表中以计算有关各项。
牵引力：
按照表中各速度，依据机车的牵引特性，由限制条件的牵引力曲线查取，速度低于10km/h的牵引力，按10km/h取值，填表如下。
二、绘制合力曲线图
以合力比例尺k＝6㎜为1N/KN，速度比例尺1㎜代表1km/h，把合力表中不同工况速度的合力点，在直角坐标中分别标出来，连成圆滑的曲线，即成附图。
图中，上面的曲线根据表4－1中的第8栏各速度数值绘制的主手柄的牵引运动力合力曲线C＝F－W0＝F（v），中间的曲线根据第12栏各速度数值绘制的列车惰力运行合力曲线C＝－W0d＝F（v），下面的曲线是根据第16栏各速度合力绘制的常用制动合力曲线C＝0.56＋W0＝F（v）。
第五节绘制列车运行速度曲线
一、计算列车通过最大下坡道ihj＝－7.75的坡道限制速度
1．根据列车组成和风管压力500Kpa，由《牵算》表3－10查出机车车辆的换算闸瓦压力如下：
SS1型机车Kh＝700KN
C50型车（GK型）Kh＝250KNNn（K2）Kh＝160守车Kh＝90KN
2．计算列车闸瓦总压力∑Km
∑Km＝∑Km′+∑Km″＝700×1+250×25+160×5+90×1＝7840KN
二、求坡道限制速度Vx
设此车每百吨重量闸瓦压力为X：
则：
（138+2230）﹕7840＝100﹕X
得X＝331.08KN
查《牵算》P104，知：
Vx＝83Km/h
三、长大下坡道调速制动最高允许速度的计算
Vhmax＝Vx－atx
式中：
Vx —— 制动限制速度Km/h
a —— 列车加速度Km/h
a＝
C＝
×（－wod′－ij）
－wod′—— 列车在V=83Km/h时的惰行单位阻力N/KN，计算得：
wod′＝6.03N/KNwod〞＝2.18N/KNWod′＝8103NWod〞＝46407N
C＝
＝
≈2.40N/KN
内插法知：
V＝83Km/hwod＝2.40N/KNtz＝204.8s
Vmax＝83－
×〔－2.4－（－7.75）〕×204.8=83－37≈46·5Km/h
本计算取 Vmax＝45Km/H，偏于安全。
第六节绘制运行时间曲线
采用第一套比例尺：
距离y=20mm代表1公里；固定长度△＝30mm；时间比例尺X＝10mm代表1分钟。
在时间座标t－s的左侧放置辅助座标，纵座标为速度Vmax，横座标取固定长度△＝OM＝30mm，使OM与S轴位于同一水平线上。
绘制时间曲线t=f（s）的速度间隔与速度线相同，时间线的起点与速度线一致……A站到发线中心O，时间线的终点必须落在C站到发线中心位置上，即与速度线同一位置。
时间线t＝f（s）具有增长特性，在画至图界时（一般为8cm）可断开，从相同位置的零点接续画下去。
计算列车技术速度
查t＝f（s）图，运行时间t＝8+6.3+4.9＝19.2（分）
根据《牵规》规定，作为列车运行图的区间运行时分，货物列车一般取分的整数，故取A－C区间运行的时间t＝19分。
A～C区间的距离为18公里，因而列车的技术速度为：
V技＝s/t×60＝56.84（Km/h）
第七节耗电量的计算
机车从车站到A站用去5分钟，SS1型出入段每小时100KW。
Qt＝300×100/3.6＝8333.3（W.S）
一、牵引运行耗电量
电力机车牵引运行耗电量Qy，分为最高负荷牵引运行耗电量Qy1和部分负荷牵引运行耗电量Qy2，即
Qy＝Qy1+Qy2
1、机车最高负荷牵引运行耗电量Qy1
Qy1＝
（KW.h）
式中Vw —— 受电弓处网压，KV（2.5Kv）
Ip1 —— 时间间隔内机车最高负荷的平均有功电流，A
Ipo —— 自用有功电流，A（4轴和6轴机车取6）
t —— 相应工况时间，min
λy —— 牵引使用系数，λy＝0.9
2、机车部分负荷牵引运行耗电量Qy2，按下式计算：
Qy2＝
（Kw/h）
式中，Ip2 —— 时间间隔内机车部分负荷的平均有功电流，A。
Ip1和Ip2可按电力机车有功电流曲线图或电力机车牵引计算主要数据表查用。
SS1型机车牵引G＝2230T A～C区间下行耗电消耗表
化简
坡道
序号
运行
工况
运行速度（Km/h）
牵引运行耗电量Kw.h
惰行制动耗电量
V1
V2
Vp
△t
Ip1
Ip2
Qy
△t
Ipo
Qo
1
起动
0
10
5
0.5
55
55
24.3
牵引33－Ш
10
20
15
0.2
100
100
16.8
牵引33－Ш
20
30
25
0.5
150
150
61.8
牵引33－Ш
30
40
35
0.5
205
205
83.7
牵引33－Ш
40
44.5
42.25
0.3
220
220
53.8
2
牵引33－Ш
44.5
67
55.75
0.8
200
200
130.7
3
牵引33－Ш
67
73
70
1
145
145
117.3
4
牵引33－Ш
73
59
66
4.2
130
130
453.3
5
牵引33－Ш
59
67
63
2
165
165
171.3
6
惰行
67
61
64
1.5
10
6.3
7
牵引33－Ш
61
74
67.5
1.1
135
135
123
8
惰行
74
83
78.5
0.9
10
3.8
制动
83
43
63
0.4
10
1.7
惰行
43
73
58
0.8
10
3.3
9
制动
73
43
58
0.6
10
2.5
惰行
43
46
44.5
1.6
10
6.7
10
制动
46
0
23
1.9
10
7.9
A～C站区间合计 1218
32.2
二、
三、
四、
二、惰行、制动及停车自用电量Qo
Qo＝
（Kw.h）
式中 Vw——受电弓处网压，KV
Ipo——自用电有功电流，A
t——相应工况时间，min
惰行、空气制动及停站时，自用电有功电流Ipo取2A，电阻制动时，4轴和6轴车取10A。
本设计取10A。
三、根据公式并计算，填表7－1
得出Q＝Qy+Qo+Qt＝1218+3.22+8.3＝1229.52Kw.h
四、单位耗电量
电力机车每重万吨公里耗电量q按下式计算
q＝
＝
＝306.31[Kw.h/（104t.km）]
式中， L——牵引区段
G——牵引质量
Q——区段耗电量
第八节设计总结
本次《列车牵引计算》课程设计，需要通过不断查阅资料，反复对照
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