大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析文档格式.docx
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合楼,供电,电子检修间（预留）,材料总库,充电
间,配电房等以及转车盘,移车台等设施.
4结语
维修基地承担客运专线固定设施的管理,检
测及维修任务,保障了客运专线固定设施的良好
状态,是列车高速,高密,安全,平稳运行的重要基
础.维修基地的工艺设计是基地建设的重要工作
内容之一.本文以武汉客运专线基础设施维修基
地为例,从设计原则,主要技术标准,工艺设计等
方面对维修基地的工艺进行了分析研究,并提出
了先进的维修工艺.
参考文献
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铁道学院:
社会科学版,2005
（2）:
197-198.
孔惠惠:
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析2011年第3期
1.2大功率交流机车主要技术参数
根据铁道部"
十一五"
发展计划,从2006年
起,陆续投入使用"
系列大功率机车,以提高
货物列车运行速度至120km/h.目前"
和谐'
'
系
列大功率机车主要型号有HX.1,HX.2,HX.3
和HXD1B,HXD2B,HX.3B等6种型号,各机型
的主要技术参数见表2.
表2交流机车主要技术参数表
序号项目HXD1HXD2HXD3HXDIBHXD2BHXD3B
1计算（粘着）质量P/t
2轴重/t
3轴式
4持续功率/kW
5单位轴功率/w
6最高速度口/（km?
h）
7最低计算速度/（km?
h-1）
8最大计算牵引力…/kN
9计算粘着系数
0计算起动牵引力F/kN
13815O
2325
CO——CoCO——CO
/六轴/六轴
72009600
12001600
12O120
7081.9
370422
0.403～0.O01834V
520/570570
目前我国采用的电力机车轴数均为六轴和八
轴,轴数相同的机车才有可比性,为方便起见本次
研究八轴车采用SS与HX.1比较,六轴车采用
SS与HXD3和HX.1B进行比较.
2交,直流机车加速性能比较
电力机车根据能量转换过程中各部分工作能
力的限制,其牵引力有动力传动装置牵引力和粘着
牵引力之分.根据牵引特性曲线,电力机车是以最
高级位满磁场的牵引特性与粘着牵引力曲线的交
点所对应的速度和牵引力作为计算速度和计算牵
引力.因此,电力机车速度从0到计算速度范围
内,牵引力受粘着牵引力限制;
从计算速度到最高
速度范围内,牵引力受动力传动装置牵引力限制.
2.1起动性能比较
机车速度从0到计算速度范围内,牵引力受
粘着牵引力限制,粘着牵引力计算公式如下:
F一P×
g×
（1）
式中:
P为机车粘着质量,t;
/~i为粘着系数,一
L厂（v）.
由上式可知,粘着牵引力与机车的粘着质量
和粘着系数成正比例关系,机车的粘着质量相同
时,粘着牵引力取决于动轮与钢轨间的粘着系数.
大功率交流机车的粘着系数相比直流机车粘
着系数有所提高,目前国产主型直流电力机车起
动粘着利用率系数为0.36,计算粘着利用率系数
达到0.25,已十分接近我国铁路牵引计算规程中
规定交直传动电力机车粘着利用系数一0.24+
10[1]
—
100+8v;
而国外实验和运用经验表明,交流传
动机车起动粘着利用系数可以达到0.4.
从机车技术参数表中可以看出,八轴交,直流
机车粘着质量相同,由于交流机车比直流机车粘
着系数大,因此交流机车HX.l的起动牵引力
为700kN,传统的直流机车SS4起动牵引力为
649.8kN,八轴交流机车起动牵引力略大于直流
机车的起动牵引力;
对于六轴机车,传统的直流机
车为23t轴重,SS起动牵引力为487.3kN,而
大功率交流机车HX.3为23t轴重,"
B系
列机车为25t轴重,起动牵引力分别为520,570
kN,六轴"
B系列起动牵引力较直流机车有
了明显提高.
通过以上分析可以看出,在起动过程中牵引
力主要受粘着牵引力限制,轴数和轴重均相同的
交直流机车起动性能相差不大,交流机车略大于
直流机车;
轴数相同,轴重不同的交流机车在起动
过程中所获牵引力较大,从而其起动加速度也较
大,起动性能优于直流机车.
2.2加速性能比较
列车运行速度超过计算速度后,机车牵引力
受电传动装置决定的牵引力作用,该牵引力计算
公式如下:
F6×
×
7
（2）
P机为机车功率,kW;
刀为机车功率因素;
为列车运行速度,km/h.
由上式可以看出,列车所受牵引力与机车功
率成正比,与列车运行速度成反比.目前我国主
型直流机车持续总功率为4800～6400kW,最
低计算速度为48～51.5km/h,最高速度100
m黧啪加
mm龇
弱
㈣娜从叭7
B.甚00船㈣枷从曲
7
2011年第3期孔惠惠:
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析143
km/h."
型机车采用交直交传动,持续功率速度,满足我国对货物列车提速的要求.
在72OO～10000kW,是传统机车功率的1.5～2本次对交,直流机车加速性能进行了模拟,为
倍,最低计算速度为7O～82km/h,提高45～方便比较,在模拟过程中分别以直流机车最低计算
59,最高速度达到120km/h,提高20.交流速度48km/h,交流机车计算速度70km/h为分界
机车功率的大幅提高,使得列车在加速过程中牵点,将列车运行速度划分为三段进行模拟,以下为
引力得到较大提高,提高了列车在运行过程中的平坡牵引4000t时加速性能模拟结果见表3.
表3交,直流机车加速性能模拟表
….0～48km/h48～70km/h70～90km/h90～120km/hO～90km/h0～120km/h
…时问/s距离/m时间/s距离/m时间/s距离/m时间/s距离/m时间/s距离/m时问s距离m
SS71721196128214019644244967760
HXD110169061965691552154440023132073857607
HXD313693985139710323012497270324463757311907
HXD1B120969661086701569150439525636244068019
由表3可以看出:
当列车从0加速到48km/
h时,交流机车HX.3所需时间和距离比SS缩
短了21左右,HX.1B则缩短了3O%左右;
交流
机车HXol较SS所需时间和距离缩短2O左
右.可见在起动过程中,交流机车比直流机车加
速度大,达到相同速度时交流机车所需时间和运
行距离都比较短,也就是说交流机车可以减小列
车的起动时间,增加通过能力.
当机车牵引力受动力传动装置功率和性能限
制时,速度由70km/h加速到90km/h,直流机车
SS需要时间3.3min,运行距离为4.4km;
而同
行距离为2.3km,运行时间和运行距离均比SS
缩短了一半.
通过以上分析可以看出,在这一加速过程中,
交流机车所需时间比直流机车缩短了5O9/6以上,
交流机车的这一特点将会很大程度上缩短列车区
间运行时分.
3交直流机车均衡速度比较
列车在区间运行时,随着速度的增加牵引力
不断减小,最终以适应线路条件的均衡速度运行,
列车均衡速度越高其运行时间越短,表4为交直
轴数的交流机车HX.3所需时间为1.7min,运流机车在不同坡度的均衡速度.
表4交直流机车均衡速度比较
从表4中可以看出,相同牵引质量条件下,相
同坡道上交流机车的均衡速度比直流机车高
2O以上.牵引质量为3500～4000t时,交流
机车在3‰的坡度上均衡速度均高于100km/h,
即使在6‰的坡度上,HXD1,HXD1B牵引5000t
时,其均衡速度也在8Okm/h以上;
而直流机车
牵引4000t时,在4‰坡度上均衡速度不足8O
km/h,比交流机车低近2O左右.因此,当区间
内有长大上坡道时交流机车仍能以较高速度运
行,随着坡度和牵引质量的增加,直流机车均衡速
度越来越接近其计算速度,当区间遇到长大坡道
时直流机车只能以较低的速度运行,严重影响了
区间的通过能力.因此,当牵引质量相同时,采用
交流机车可以提高列车的运行速度,这对列车提
速是非常有利的.
4交直流机车牵引质量及坡度适应性分析
4.1起动牵引质量
如章节2中所述,起动牵引力主要由机车粘
着系数和粘着质量决定,起动牵引力的大小同时
决定了货物列车起动牵引质量的大小,其计算公
式如下:
c一=
c.o
器鬯g0Lg十2口Xl（3）
79727
4.6353
67122
53868
09031
75O80
11
31O50
88202
i
O7OO0
09222
O2O90
99212
}
O90O0
;
l
03806
4.6352
86465
42688
76O8O
Il
28O50
872O2
l11
54OO0
9922Z
O80O0
O92Z2
叫吣
{牙鼢瞰姒
F.为起动牵引力;
为机车牵引力使用系
数;
P为机车质量;
为机车起动单位基本阻力;
为车辆起动单位基本阻力;
i为起动坡度.
各类型机车由起动牵引力决定的起动牵引质
量见表5.
表5交,直流机车不同坡度起动牵引质量表
由表5可见,相同轴重的六轴,八轴交流机车
较直流机车起动牵引质量提高79/6～8,起动牵
引质量提高不明显;
25t轴重的"
B系列大
功率机车较六轴直流机车起动牵引质量提高
l7左右.由此可见,大功率机车虽然粘着性能
较好,但对于提高起动牵引质量不明显,只有提高
轴重才能明显提高起动牵引质量.
4.2计算牵引质量
列车在限制坡道上以机车计算速度等速运行
时,列车可以牵引的牵引质量为计算牵引质量[2],
其大小主要由机车最大计算牵引力决定,其计算
G一
Leo簧口十2zglU（4）
FJ为计算牵引力;
为机车单位基本阻力;
为车辆单位基本阻力;
i为限制坡度.
各类型机车不同限制坡道上计算牵引质量见
表6.
表6交,直流机车不同坡度计算牵引质量表
限制坡度计算牵引质量/t
由表6可以看出,八轴机车中在相同坡道上
HX.l计算牵引质量较直流机车提高109/5左右;
而六轴机车中HX.3计算牵引质量反而小于SS
直流机车,HXo1B相同坡道上计算牵引质量略高
于SS直流机车.这主要是因为大功率机车计算
速度较高,而与之对应的计算牵引力比直流机车
提高不大,从而使得计算牵引质量提高不大.由
此可见,采用大功率机车并不能大幅度提高线路
的计算牵引质量.
4.3交直流机车牵引质量及坡度适应性分析
由以上分析可以看出,大功率交流机车由于
粘着系数提高不大,在起动过程中相同轴重的大
功率交流机车与直流机车起动牵引质量相差不
大,只有通过提高轴重才能提高起动牵引质量.
对于计算牵引力,在相同坡道上由于大功率机车
计算速度较高,电机的大功率主要用于提高列车
的运行速度,而对提高牵引质量贡献不大.
5结语
通过对交,直流机车加速性能的比较可以看
出,在起动过程中牵引力主要受粘着牵引力限制,
相同轴数的交流机车由于其粘着性能的提高,起
动牵引力比直流机车略大,使得交流机车牵引的
列车起动快,在短时间内达到较高速度,缩短了列
车的起动附加时分.在加速过程中,交流机车凭
借较大的功率,具有较高的加速度,相同坡道和相
同牵引质量条件下大功率机车能够达到较高速
度,对列车提速非常有利.
但由于大功率交流机车计算速度较高,电机
的大功率主要用于提高列车的运行速度,而对提
高牵引质量贡献不大.而对于因平纵断面条件
差,线路速度达不到120km/h的线路,停站次数
较多的铁路,交流机车功率不能得到完全发挥,直
流机车的经济恒速最大值为80km/h左右,相比
交流机车功率和速度效能发挥更好.因此,对速
度要求不高,地形条件较差,停站次数较多的线路
宜选择直流机车,而对速度要求较高,站间距较
长,停站少的线路则易选择大功率交流机车.
[1J韩建.120km/h交流传动货运电力机车研制构想
[J].电力机车与城轨车辆,2003（3）:
9-12.
[2]中华人民共和国铁道部.列车牵引计算规程EM].北
京:
中华人民共和国铁道部,1998.
000
653
000∞∞
643
OO0∞
864
OOO加∞
753
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