鐵道機車專業教學資源庫武漢鐵路職業技術學院主講：黃秀川《高速動車組技術》課程武漢鐵路職業技術學院黃秀川動車組牽引特性目錄CONTENTS01牽引特性計算目標02牽引特性分析03牽引特性計算04高速列車牽引特性的特點牽引特性計算目標

牽引特性（含動力制動特性）是列車最重要的特性，用列車輪周牽引力/制動力與輪周線速度的關系曲線表示，是計算列車牽引與制動性能最重要的原始數據。列車要求恒定牽引力起動、恒功率運行，牽引特性如所示。列車的牽引/制動功率決定列車的牽引特性、列車的牽引力與功率的關系如式（4--1-1）所示。式中：F——牽引力，kN；圖4-1-3P——列車牽引功率，kW；v——列車運行速度，km/h?！稓W洲高速鐵路聯網高速列車技術條件》對剩余加速度、啟動加速度等有如下規定：（1）平直道最高速度運行時，應有剩余加速度0.05m/s2；（2）啟動過程平均加速度：0～40km/h0.48m/s20～120km/h0.32m/s20～160km/h0.17m/s2（3）考慮15km/h的逆風。由于高速動車組的運營速度一般大于200km/h，為了滿足預留大于最高運營速度10%的試驗速度的工況，在動車組速度設計時，一般要求動車組滿足在最高運營速度時的剩余加速度大于0.05m/s2。同時，在列車采購技術條件中也會對列車的啟動加速性能做出規定，為保障列車安全運行必須滿足上述技術條件的要求，在確定牽引功率時還必須考慮傳動效率、最大坡道上的最低運行速度、故障運行及救援運行時的要求等多種因素的綜合影響，在確定牽引功率時一般要略高于上述技術條件的規定。牽引特性計算目標牽引特性分析（1）黏著牽引力黏著牽引力是受輪軌間黏著能力限制的輪周牽引力，當輪周上的切線力大于黏著力時就要發生空轉或滑行，在不發生空轉的前提下所能實現的最大輪周牽引力就是黏著牽引力，這是動車組牽引運行一個非常重要的參數。黏著牽引力等于計算黏著系數與車重的乘積。影響計算黏著系數的因素比較復雜，不可能用理論方法計算，只能用專門試驗得出的試驗公式表達。試驗公式表示在正常黏著條件下計算黏著系數和列車運行速度的關系。黏著條件不好時可以用撒砂來改善；采用交流傳動以及改進列車走行部結構可以提高黏著系數；采用徑向轉向架可以提高曲線上的黏著系數；采用防空轉裝置可以提高列車黏著利用程度。一般來說，軌道的清潔狀態（污跡、生銹、水、油、雪等）是影響黏著性能的主要方面，另一方面，黏著性能隨著列車速度增高而呈下降趨勢，干燥和濕滑軌面的黏著系數是不相同的，但二者都隨速度增加而減小。由于高速動車組運行速度大，因此在高速條件下的黏著利用對動車組尤為重要。由于高速動車組牽引系統一-般采用交流傳動的分散動力形式，同時其牽引系統具有較完善的防空轉措施，因此，高速動車組能充分利用黏著牽引力。（2）運行基本阻力動車組運行基本阻力決定于許多因素，它與零部件之間、車表面與空氣之間以及車輪與鋼軌之間的摩擦和沖擊密切相關，而且還與動車和拖車車輛的結構、技術狀態、線路情況、氣候條件、列車運行速度等都有關系。歸納起來，列車的基本阻力由機械阻力和氣動阻力組成，具體可分為以下五部分：①車軸軸承摩擦阻力；用滾動軸承代替滑動軸承，可以降低這一部分阻力。②輪軌間滾動摩擦阻力；③輪軌間滑動摩擦阻力；車輪的圓錐形踏面、輪對組裝不正，同一輪對的車輪直徑不等以及車輛的蛇行運動都導致輪軌間的縱向滑動和橫向滑動而形成滑動摩擦阻力。④沖擊阻力；由于軌道接縫、鋼軌不平，車輪擦傷引起的沖擊以及車輛多維振動都消耗能量，其所相當的阻力稱為沖擊阻力。⑤氣動阻力又稱空氣阻力；包括列車頭部正壓和尾部負壓所構成的壓差阻力、表皮摩擦和渦流損失?？諝庾枇εc阻力系數、空氣密度、相對速度的平方及列車最大截面積成正比。列車頭部和列車尾部的形狀對空氣阻力的影響很大。因此，對高速列車來說，采用流線型車體以降低空氣阻力系數，對減小列車運行阻力具有重大意義。上述因素極為復雜，甚至相互影響，實際運用中很難用理論公式進行精確計算，常常使用大量試驗得出的經驗公式來計算列車運行單位基本阻力。試驗時只對阻力影響較大的因素作必要的控制（車輛類型和列車運行速度），其他因素則由公式中的系數予以考慮。動車組運行過程的單位基本阻力公式一般為運行速度的三項式，即：牽引特性計算牽引特性的計算是設計列車牽引/制動性能的基礎，是進行列車設計必須進行的基礎性工作，是進行列車運輸組織、確定列車運輸時間間隔和運輸時刻表的重要基礎數據，也是列車運用部門和列車乘務員操縱列車的指導依據。計算牽引特性一般分為以下幾個步驟：（1）確定最高速度時的列車功率列車牽引功率主要與列車運行最高速度、列車質量、最高速度時的列車運行阻力和剩余加速度、齒輪傳動效率、牽引電機效率有關，其計算公式如（4-1-3）所示。式中：M——列車質量，t；——單位阻力。kN/t；——剩余加速度.m/n'；——逆風速度，km/h；——列車運行最大速度，km/h；——齒輪傳動效率；——牽引電機效率。牽引電機的功率為總功率除以列車電機的總臺數N，即PN=Pk/N。（2）確定最高速度時的列車牽引力將確定后的列車牽引功率、最大運行速度代人式（4-1-1）即可求出最高速度時牽引力。（3）確定列車啟動牽引力根據列車啟動最大加速度和起動平均加速度的要求確定啟動牽引力。牽引特性計算（4）確定恒牽引力、恒功率運行的轉折點根據啟動牽引力與恒功率曲線，求出其相交點即為恒牽引力、恒功率運行的轉折點。（5）牽引特性仿真計算根據初步計算出的牽引特性，針對相應的線路根據列車運行方程式進行列車運行模擬仿真，得到運行區段的列車速度——距離曲線、運行時分、加速度/減速度、運行時分曲線、能耗曲線、牽引力曲線、坡道最低運行速度、不同線路坡度的加速距離和制動距離、故障模擬運行結果等牽引計算要求的所有參數與曲線。（6）牽引特性校驗將其計算結果與列車牽引運行的技術要求進行對比分析，并進行必要的修正直至完全滿足牽引需求，最終設計出列車的牽引/制動特性曲線。需要驗證的主要技術參數包括：①滿功率平直軌道最大速度運行時的剩余加速度驗算；②啟動時的加速度和平均加速驗算；③不同坡道上的爬坡能力驗算；④故障運行時的牽引能力驗算；⑤最大坡度滿功率運行時的最低速度驗算；⑥加速距離和制動距離的驗算。列車動力制動特性的計算與牽引同理。高速列車牽引特性的特點（1）低速區牽引力恒定或隨速度升高而略有下降，要與高速列車的黏著特性隨速度的變化趨勢相適應，（2）由于高速列車大都采用輕量化技術，牽引力比大功率機車的牽引力明顯減小。（3）高速區為恒功率曲線，牽引力隨速度升高而呈雙曲線關系下降；這一點與普通內燃、電力機車的恒功牽引特性曲線是相似的；但恒功范圍略大，且向高速區移動；對于最高運行速度300km/h的動車組，恒功范圍起始點多在100km/h以上。（4）因采用動力分散牽引模式，在正常軌面狀態下，起動時及低速范圍的牽引力低于黏著限制曲線較多，因此，在動車組的牽引特性曲線圖中黏著特性曲線通常是不畫出來的。（5）在