大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析.docx
《大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析
总第246期
2011年第3期
交通科技
TransportationScience&Technology
Seria1No.246
No.jJune.20l1
大功率交流机车与直流机车牵引性能比较分析
孔惠惠
（中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063）
摘要对新型大功率交流机车和传统直流机车的起动性能,加速性能,旅行速度及各种坡道上
的牵引质量进行分析比较,得出大功率机车较直流机车起动快,区间运行速度快,适合于对列车运
行速度要求较高的线路,为铁路设计工作中线路机车类型的选择提供理论依据.
关键词大功率交流机车直流机车计算速度牵引质量
随着我国铁路大面积提速,功率大,速度快的
机车成为我国铁路货运提速急需的车型.目前,
我国引进了"和谐"系列大功率机车,采用交流传动
方式,持续功率在7200lO000kW,主要为六轴
和八轴车,轴功率为l200l600kw.与普通直
流传动机车相比具有起动快,持续牵引力大,粘着
性能好,功率因数高等特点.笔者对新型大功率机
件进行了分析,为线路选择合适机型提供依据.
1交,直流机车主要技术参数
1.1直流机车主要技术参数
目前我国铁路系统运用的货运直流电力机车
主要为韶山型直流电力机车,其中典型的八轴车
是SS4,六轴车则以SS3,SS6B,SS7为主,4种典
车与普通直流机车的主要差异和其所适应线路条型机车的主要技术参数见表1.
表1直流机车主要技术参数表
作业1台位）.
（7）标定棚.捣固机维修后必须进行标定,
标定棚按一线1201TI设置.
（8）其他有关设施.维修基地还设置办公综
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
[1]邱建武.实施大型养路机械状态修探索[J].铁道标
准设计,2001,21（9）:
40-41.
[2]郑中立,许建明.大型养路机械综合管理工作指南
[M].北京:
中国铁道出版社,2002.
[3]耿明.浅谈大型养路机械段的工艺设计[J].长沙
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"和谐"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,"和谐"B系
列机车为25t轴重,起动牵引力分别为520,570
kN,六轴"和谐"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）
式中:
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."和谐"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
09222
;l
03806
4.6352
86465
53868
42688
76O8O
Il
28O50
872O2
l11
54OO0
9922Z
l
O80O0
O92Z2
;l
叫吣
{牙鼢瞰姒
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
式中:
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"和谐"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
公式如下:
G一
Leo簧口十2zglU（4）
式中:
FJ为计算牵引力;为机车牵引力使用系
数;P为机车质量;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.
参考文献
[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
000
643
OO0∞
864
OOO加∞
753
469
升级会员 