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第三章列车制动力2制动力n定义：由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力。n比列车运行阻力大的多。n在列车制动减速过程中，起主要作用的是列车制动力。3本章内容n制动力的分类、产生及限制n闸瓦摩擦系数n闸瓦压力的计算n列车制动力的计算n实算法n换算法n二次换算法n动力制动4一、制动力分类1）按制动方式：(1)摩擦制动n闸瓦制动n盘形制动(2)动力制动：电阻、再生(3)电磁制动：磁轨、涡流1制动力的分类、产生及限制5摩擦制动闸瓦制动盘形制动1-制动缸;2-拉环;3-水平杠杆;4-缓解;5-制动块;6-制动盘;7-中间拉杆;8-水平杠杆拉杆;9-转臂6盘形制动的特点：优点：①可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。②可按制动要求对制动盘和闸片进行选择，制动盘可以在旋转时具有半强迫通风的作用，以改善散热性能，适用于高速列车。③制动平稳，噪声小。不足：①车轮踏面没有闸瓦的磨刮，将使轮轨粘着恶化；②制动盘使簧下重量及冲击振动增大，运行中消耗牵引功率。7动力制动n电阻制动。在制动时将牵引电动机改变为发电机发电，并将电流通往专门设置的电阻器，采用强迫通风，使电阻器发生的热量消于大气，从而产生制动作用。n再生制动。也是将牵引电动机变为发电机，不同的是，它将电能反馈回电网使用，经济合算，技术复杂，而且它只能用于电网供电的电力机车和电动车组。8电磁制动n磁轨制动(摩擦式轨道电磁制动)优点：制动力不受粘着的限制。不足：①对钢轨磨损太大，②滑动摩擦力小。9电磁制动n涡流制动n(1)轨道涡流制动(又称线性涡流制动或涡流式轨道磁制动）。把电磁铁悬挂在转向架侧架下面同侧的两个车轮之间。制动时利用电磁铁与钢轨相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力，把列车动能转化为热能，消散于大气。n优点：不受粘着限制,没有磨耗问题。缺点：消耗电能多，约为磁轨制动的10倍，电磁铁发热量大，只能作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。n(2)旋转涡流制动(又称涡流式圆盘制动)。在牵引电动机轴上装金属盘，制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力并发热消散于大气，从而起制动作用。n特点：受粘着限制；消耗的电能多。101制动力的分类、产生及限制一、制动力分类2）按用途可分为两种：(1)常用制动：在正常情况下为调节或控制列车速度包括进站停车所施行的制动。制动力：20%~80%(2)紧急制动：在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动。制动力：100%11空气制动原理图1-空气压缩机2-总风缸3-总风缸管4-制动阀5-列车管6-三通阀7-制动缸8-副风缸9-紧急制动阀12二、制动力的产生13n将轮对作为隔离体而建立的力矩平衡方程式∑M＝0求得：∑K·Фk·R=∑BL·R制动力在数值上等于闸瓦摩擦力，即n∑BL＝∑KФk(kN)二、制动力的产生14制动力要受到轮轨间粘着条件的限制，即：Bmax=(Фk∑K)max≤Q·μ(kN)分析几种情况：1当轨面状况不好时，粘着系数下降，易滑行。2紧急制动时，由于闸瓦压力K值大，易滑行。3当速度v低时，粘着系数μ略大，而Фk随v下降而急剧增加，故比值μ/Фk下降易发生滑行，尤其是在将要停车时，更易滑行。三、制动力的限制152闸瓦摩擦系数一、闸瓦摩擦系数的主要影响因素：1)闸瓦的材质：n铸铁闸瓦：磷升高，系数高n合成闸瓦2)列车运行速度：速度高，系数低3)闸瓦压强：压强大，系数低4)制动时的初速度：初速高，系数低161)提高铸铁闸瓦中的含磷量2)采用双侧制动3)采用合成闸瓦：重量小、耐磨、车轮磨耗小二、改善(提高)闸瓦摩擦性能的措施17中磷闸瓦：)110(0007.0100141006.3100510064.00vvvKKk-+++⋅++=j)120(0012.01006010017100710082.00vvvKKk-+++⋅++=j三、闸瓦实算摩擦系数的计算公式高摩合成闸瓦和盘形制动闸片：1502150200420041.0++⋅++=vvKKkj高磷闸瓦：183闸瓦压力的计算基础制动装置示意图制动缸缓解弹簧活塞制动杠杆闸瓦车轮19一、闸瓦压力的计算公式机车、车辆每块闸瓦的实算闸瓦压力K的计算公式为：62104⋅⋅⋅⋅⋅⋅=kzzzzznnpdKghpn说明：基础制动装置的传动效率ηz和制动缸空气压强Pz。20ηz＝Ks/KL：nηz与机车、车辆所处状态(静止、运行)以及基础制动装置复杂程度和保养状态有关。n按规定：n机车、客车闸瓦制动：ηz=0.85；n客车盘形制动及其踏面制动单元、货车闸瓦制动：ηz=0.90。二、基础制动装置的传动效率ηz21n制动缸的空气压强主要与制动机型式和列车管减压量r有关，n制动缸空气压强：1)机车制动缸中空气压强：pz=2.5r(kPa)2)客车及货车制动缸中的空气压强：nL3、GL3、Kl、K2型制动机及GK型制动机的重车位pz=3.25r-100(kPa)nGK型制动机的空车位pz=1.78r-50(kPa)n104型和103型制动机重车位pz=2.6r(kPa)n103型制动机空车位pz=1.36r(kPa)三、常用制动时制动缸的空气压强Pz22n单车试验时rmin≈40kPan列车状态下rmin≈50kPan制动机的副风缸与制动缸压强相等时：n列车管定压力500kPa时rmax=140kPan列车管定压为600kPa时rmax=170kPa说明：列车管有效减压范围23四、紧急制动时制动缸的空气压强450450机车各型分配阀420－L3、GL3型关闭附加风缸、104型230190空车位420360重车位103型190190空车位410350重车位120型190190空车位420360重车位GK型420360K1及K2型600500列车管空气压力p0(kPa)制动机类型24例：闸瓦压力的计算n有一C50型敞车，四轴单侧闸瓦制动，制动机为GK型，有一个制动缸，直径为356mm，制动倍率为8.35，列车的管空气压力为500kPa，求紧急制动时空、重车位的闸瓦压力。254列车制动力的计算n列车中各制动轴产生制动力的总和，称为列车制动力B，(kN)n列车制动力常按单位制动力进行计算，并以b表示n计算列车制动力B或单位制动力b有三种方法：实算法、换算法和二次换算法。gGPKgGPBbk)()(1000)(103∑∑∑+⋅=+×=j∑⋅=)(kKBj26n同理，列车单位制动力一、列车制动力的实算法∑∑∑∑⋅++⋅+⋅=⋅=)()(2211knnkkkKKKKBjjjjLgGPKKKbknnkk⋅+⋅++⋅+⋅=∑∑∑∑)()(10002211jjjL(kN)(N/kN)n列车制动力27例：制动力的实算法nSS7型电力机车牵引一列30辆的C50型敞车和20辆G60A型罐车组成的重货物列车，制动机为GK型，G＝3500t，司机施行紧急制动，列车制动初速V0=60km/h，求当速度降至V=40km/h时的列车制动力B和单位制动力b。（列车管空气压力为500kPa，中磷闸瓦）28紧急制动时制动缸的空气压强450450机车各型分配阀420－L3、GL3型关闭附加风缸、104型230190空车位420360重车位103型190190空车位410350重车位120型190190空车位420360重车位GK型420360K1及K2型600500列车管空气压力p0(kPa)制动机类型29原理：假定闸瓦摩擦系数与闸瓦压强无关，用一个不随闸瓦压强变化的换算摩擦系数φh来代替实算摩擦系数φk，又将实算闸瓦压力K修正成换算闸瓦压力Kh，即因此(kN)二、列车制动力的换算法khhKKjj⋅=⋅∑∑∑⋅=⋅=⋅=hhhhkKKKBjjj)()(301)换算摩擦系数n换算摩擦系数φh是将K固定为某一数值代入实算摩擦系数公式中求得的。货车重车位平均K＝33.5kN；货车空车位平均K＝19.5kN；货车空、重车位平均K＝26.5kN。n考虑到全国客车每块闸瓦的实算闸瓦压力平均为20kN，故换算摩擦系数的K值按25kN计算中磷闸瓦：)110(0007.0100141006.3356.00vvvh-+++=j)110(0007.0100141006.3100510064.00vvvKKk-+++⋅++=j带入K为：31高磷铸铁闸瓦)120(0012.01006010017372.00vvvh-+++=j1502150358.0++=vvhj高摩合成闸瓦1502150322.0++=vvhj盘形制动合成闸片1）换算摩擦系数32-----------0.31710----------0.2400.31020---------0.2060.2330.30330--------0.1850.1990.2260.29640-------0.1700.1780.1920.2190.28950------0.1570.1630.1710.1850.2120.28260-----0.1460.1500.1560.1640.1780.2050.27570----0.1360.1390.1430.1490.1570.1710.1980.26880---0.1260.1290.1320.1360.1420.1500.1640.1910.26190--0.1170.1190.1220.1250.1290.1350.1430.1570.1840.254100-0.1080.1100.1120.1150.1180.1220.1280.1360.1500.1770.2471100.1000.1010.1030.1050.1080.1110.1150.1210.1290.1430.1700.2401201151059585756555453525155中磷铸铁闸瓦换算摩擦系数表v0v33hj0.2250.2280.2320.2360.2420.2470.2540.2620.2710.2820.2950.3121151059585756555453525155v高摩合成闸瓦换算摩擦系数表jhjh0.2370.2400.2430.2460.2500.2540.2580.2631551451351251151059585v0.2690.2750.2820.2910.3010.3140.3280.347756555453525155v高摩合成闸片换算摩擦系数表342)换算闸瓦压力KKKKKhkh⋅++==10051008.1jjKKKKh=++⋅221007100.)110(0007.0100141006.3356.00vvvh-+++=j)110(0007.0100141006.3100510064.00vvvKKk-+++⋅++=jhkhKKjj=简化初速：中磷闸瓦：计算公式：高磷闸瓦：35运用中的机车、车辆每辆换算闸瓦压力(kN)客车货车110——盘形制动装置装有踏面制动单元部分、104型制动机(不分单、双层客车)160——单层客车200——双层客车104型制动机,盘形制动装置、高摩合成闸片(装有踏面制动单元)210——单层客车104型制动机,盘形制动装置、高摩合成闸片(不安装踏面制动单元)330——L3、GL3型制动机关闭附加风缸、104型制动机60502轴110904轴守车140120标记载重30吨，装有K1型制动机。170140标记载重40吨(包括载重25吨及不满40吨的保温车),装有K2型制动机。190160标记载重50吨及其以上装有K2型制动机。160160空车位280250重车位标记载重50吨及其以上(包括载重40吨的保温车)，装有GK型、120型或103型制动机。600500列车管空气压力p0(kPa)机车、车辆类型36注：表中未注明闸瓦型式的均为中磷铸铁闸瓦。600600JS650650QJ蒸汽720720DF7D（低摩闸瓦）700700ND2420420ND5(高摩闸瓦)650650DF4(货、客)、DF4B(货、客)、DF4C(货)、DF8、DF11550550DF、DFH3内燃280280SS8(粉末冶金闸瓦)92092