电力机车总体与走行部(1-5).doc

绪论 铁路诞生以来，轨道运输技术不断发展与之相适应的牵引动力,出现了蒸汽机车、内燃机车、电力机车、动车组及城市轨道用车，它们广泛用于干线铁路运输、城市交通及工矿运输。它们都依赖于车轮与钢轨的互相作用，钢轨依然限制了机车车辆的运动范围，自由度小，但其运量大、速度快、能耗省、运费低、占地少、污染小的特点，因而成为世界各国主要的运输手段。 第一章 列车牵引理论 第一节 动轮与钢轨间粘着 电传动的机车由牵引电动机通过传动机构（齿轮）将电机的转矩传递给轮对，这种传递能量的车轮称为轮对。 机车以速度V在平直线路上运行时一个动轮的受力情况（忽略内部各种摩擦阻力）如图1-1： 图1-1 动轮对受力(与钢轨分离)分析图 ——作用在钢轨上正压力（轴重） ——牵引电机作用在动轮上驱动转矩（可用一对力形成的力偶代替） ——作用于O点（轮轴心）的力 ——动轮半径 在的作用下，车轮和钢轨的接触部分压紧在一起。切向力使车轮上具有向左运动的趋势，因及接触处摩擦的作用，车轮与钢轨间产生静摩擦力。钢轨作用于车轮的力，其反作用力为车轮作用于钢轨的力，显然=，将称轮周牵引力。 当车轮与钢轨未产生滑动时，车轮上点受到两个相反方向的力、，且 =，此时点保持相对静止，轮轨之间无相对滑动，在力的作用下，动轮对绕点作纯滚动运动。 动轮与钢轨接触处由于正压力而出现的保持轮轨接触处相对静止而不相对滑动的现象称之为“粘着”。粘着状态下的静止摩擦力又称为粘着力。 当驱动转矩增大时，产生的切向力也增大，粘着力亦随之增大，并保持与相等。当切向力增大到某一数值时，粘着力达到最大值。若使切向力继续增大，反而迅速减小。因此粘着力的最大值与动轮对的正压力成正比。 即=μ μ=称为粘着系数。因此在轴重一定的条件下，轮轨间的最大粘着力由轮轨间粘着系数μ的大小决定。 当轮轨间出现最大粘着力后，若继续增大驱动转矩，切向力将大于粘着力（即＞点将向左移动，轮轨间出现相对滑动，粘着状态被破坏，动轮由纯滚动变为既有滚动又有滑动，此时对动轮的反作用力由静摩擦力变为滑动摩擦力，其值迅速减小，与此同时动轮转速上升。这种因驱动力矩过大，轮轨间的粘着关系被破坏，使轮轨间出现相对滑动的现象就称为“空转”。动轮出现空转时，轮轨将依靠滑动摩擦力传递切向力，这就既大大削弱了轮轨传递切向力的能力，又造成了动轮踏面的擦伤，故在机车牵引运行中，应尽量防止动轮“空转”的出现。 要提高每轴牵引力，只有增大轴重，但轴重的增加，又受轮轨间允许作用力的限制，特别是高速机车更是如此。因此要增加一台机车牵引力，往往通过增加机车动轴数来实现。 为了更进一步深化对“粘着”的认识，我们利用图1-2来说明。 在动轮正压力作用下轮轨接触处产生弹性变形, 形成椭圆形接触面。从微观上看，接触面是粗糙不平的。由于切向力的作用，动轮在钢轨上滚动时，车轮与钢轨的粗糙接触面产生新弹性变形，接触面出现微量滑动，这就是“蠕滑”。 蠕滑的产生是动轮接触面处前部产生压缩，后部产生拉伸；而钢轨接触面处前部产生拉伸，后部产生压缩。车轮上被压缩的金属层在接触面前部与钢轨上被拉伸的金属层接触，随着动轮滚动，车轮上被压缩的金属陆续被放松而伸长，而钢轨上的金属则由拉伸变为压缩，因而在接触面后部出现蠕滑。轮轨接触面存在两种不同状态： 接触面前部：轮轨间没有相对滑动，称滚动区。(图中阴影线表示) 接触面后部：轮轨间有相对滑动，称滑动区。(图中非阴影线表示) 这两区域的大小将随切向力的变化而变化。当切向力增大时，滑动区面积不断增大，滚动区面积越来越小，直到为零。当滚动区面积为零时，整个接触面出现相对滑动，轮轨间粘着被破坏，即出现空转。 图1-2 粘着微观图 蠕滑是滚动体的正常滑动。动轮在滚动过程中必然会产生蠕滑现象。伴随着蠕滑产生静摩擦力，轮轨之间才能传递切向力。由于蠕滑的存在，动轮的滚动圆周速度将比其前进速度高，这两种速度差称蠕滑速度。用蠕滑率表示蠕滑的大小，则 =100﹪——动轮角速度 ——动轮半径 轮轨间由于干摩擦产生的切向力（蠕滑力）反过来作用于驱动机构。随着切向力增大，驱动机构弹性应力也增大。当切向力达到极限摩擦时，由于蠕滑的积累而累及整个接触面，使之发展成为真滑动，能量