【文章內容簡介】 阻力 坡道阻力是列車在坡道上運行時 ， 由于列車重力沿坡道傾斜方向的分力而引起的阻力 。 很明顯 ， 只是沿坡道上行時此分力才成為阻力 ， 而沿坡道下行時 ， 此外力則變成列車運行的主動力了 。 設 β為坡道的傾角 ， 則坡道阻力為 (45) 在計算時，如列車為上坡運行，上式右端取“ +”號，如為下坡，則取“－”號。 一般情況下，電機車運行軌道的傾角都很小，因此， 而 式中 i —— 軌道坡度 ， ‰ 。 將上面兩式代入 (45)式 ， 即得 (46) ? ? ?si ngQPW i ??? ?? tansin ?i?tan ? ?giQPWi ??? 列車運行的靜阻力應為基本阻力和坡道阻力之和，即 或 (47) 將式 (43)和式 (46)代入式 (41)， 便得到牽引電動機所必須產(chǎn)生的牽引力為 (48) 上式就是列車在 牽引狀態(tài)的運行基本方程式 。 利用這個方程式可求出在一定條件下電機車所必須給出的 牽引力 ，或者根據(jù)電機車的牽引力求出列車中的 礦車數(shù) 。 iWWW ?? 0 ? ? ? ?? ?agiQPF ???? ?? ?? ?giQPW ??? ? 其次 ， 研究列車慣性狀態(tài)的運行方程式 。 在慣性狀態(tài)下 ， 電機車牽引電動機斷電 ， 牽引力等于零 ， 列車依靠斷電前所具有的動能或慣性繼續(xù)運行 。 在一般條件下 ， 列車將產(chǎn)生一定的減速度：在這種情況下 ， 列車除了受有靜阻力 W以外 ， 還受到由于減速度所產(chǎn)生的慣性阻力 Wa。 Wa與列車運行方向相同 ， 正是它使列車繼續(xù)運行 。 慣性狀態(tài)時列車力的平衡方程式為 (49) 或 (410) 即減速度 b為 (411) 公式 (411)中 ， 上坡滑行時 i取 “ +”號 ， 下坡時取 “ － ” 號 。 0aWW? ? ?? ? 75 0i g b? ? ? ?? ? 5igb ? ?? 當列車運行阻力系數(shù)為一定時 ， 慣性狀態(tài)的減速度取決于軌道坡度的大小和上下坡 。 上坡時減速度 b始終保持正值 ， 直至停車為止 。 下坡時 ， 如 i＜ ω， 則 b為正值即仍為減速運行 ， 直至停車； 如 i＞ ω， 則 b變?yōu)樨撝?， 此時不再是減速而是加速運行了 。 可見 ， 慣性狀態(tài)是很不可靠的 ， 操作時應予以特別注意 。 ? ? 2, 5igb m s? ?? 最后 ， 討論制動狀態(tài)的運行方程式 。 在制動狀態(tài)下 ， 牽引電動機斷電 ， 牽引力等于零 ， 并利用機械或電氣制動裝置施加 — 個制動力 B。 這個制動力與列車運行方向相反 ， 在力的平衡方程式中應為負值 ， 與基本阻力的性質和方向一致 。 在制動力和靜阻力作用下 ， 列車必定產(chǎn)生減速度 。 因而 ， 此時慣性阻力 Wa卻與運行方向一致 ， 即為正值 。 制動狀態(tài)的力平衡方程式應為 (412) 所以 (413) 式中 Wa應代以減速時的慣性阻力 。 0aB W W? ? ? ?aB W W?? 設 b表示制動時的減速度 ， 則 (414) 將 (47)及 (414)式代入 (413)式 ， 即可得到制動狀態(tài)列車運行方程式 ， 即 (415) 式中 i之符號；當上坡制動時取正號 ， 下坡制動時取負號 。 利用公式 (415)可以求出在一定條件下制動裝置必須產(chǎn)生的制動力；或者給定制動力 ， 求出減速度及制動距離 。 ? ? 75aW P Q b??? ? ? ? 5B P Q b i g?? ? ? ????? 二、電機車的牽引力 如圖 414所示 ， 主動輪對受到牽引電動機傳來的轉矩 M。 轉矩 M對整個電機車來說屬于內力 ，它不能使電機車運動 。 可以設想將電機車放在接觸面絕對光滑的面上 ， 那么主動輪對將如一個飛輪一樣 ， 按順時針方向旋轉起來 。 3) 由于 M的作用 ， 輪對將有繞中心 c作順時針方向旋轉的趨勢；而輪緣上的同軌面接觸的那一點 o， 相對于軌面來說 ， 有向左滑動的趨勢 ， 因此在輪緣上的 o點受到軌面所給與的切向摩擦反力 F0， 其方向是向右的； 4) 由于摩擦反力 F0的作用 ， 使輪緣上的同鋼軌接觸的那一點 o不會在軌面上向左滑動 。 在理想情況下 ， 整個輪對將以 o點為瞬時中心向前滾動 ， 即輪對作純滾動運動 。 而輪對中心 c點則作向前的平移運動 。 此時 ， 列車的一部分運行阻力將通過電機車的聯(lián)接器 、 車架及軸箱作用在輪對的中心 c點 ， 這就是圖中的 Wc， 它包括靜阻力和慣性阻力 。 主動輪對還受到下面幾個力的作用： 1) 電機車分配在一個主動輪對上的那部分重力 P0g ， 它是通過中心 c作用在輪對上的； 2) 軌面對輪對的法向反力 N0， 它是作用在 o點 ， 與 P0g 在 一條直線上； 根據(jù)平衡條件得到 式中 R —— 主動輪對輪緣半徑 。 解上面的方程組 ， 得到 (416) (417) 由上述分析可以看出 ， 主動輪對得到一個轉矩 M以后 ， 軌面對接觸點產(chǎn)生了一個摩擦反力 F0， 它的方向與列車運行方向相同 。 正是這個摩擦反力 F0克服了列車的運行阻力 Wc而使列車向前作平移運動 。 對于電機車來說 ， F0是牽引列車向前運動的外力 ， 稱為 牽引力或輪緣牽引力 。 0000000cN P gFWM F R??????00N P g?0 cMFWR?? F0與 Wc大小相等 、 方向相反 ， 但作用在兩條平行線上 ， 形成一對力偶 。 該力偶矩與轉矩 M大小相等而方向相反 ， 使轉矩 M得以平衡 ， 而輪緣上的 O點不致于沿軌面滑動 。 這樣 ， 就使輪與軌面互相接觸的那一點好象粘著在一起一樣 ， 所以 F0又稱為 粘著力 。 由式 (417)可知 ， 當列車運行阻力 Wc增加時 ， 必然引起轉矩 M的增加 ， 也就是說牽引電動機必須給出更大的轉矩 。 同時 ， 輪緣牽引力 F0也必須同時增大 ， 以平衡列車運行阻力使列車向前運動 。 但是 ， 無論是電動機的輸出轉矩 ， 還是粘著力都不能無限制地增大 。 電動機輸出的牽引力 （ 由轉矩轉換成的輪緣牽引力 ） 受到電動機的溫升條件限制 。 0 cMFWR?? 至于粘著力 ， 它本質上是摩擦力 ， 受到摩擦條件或者叫做粘著條件的限制 。 單個輪對能夠產(chǎn)生的最大輪緣牽引力為 (418) ? 式中 P0 —— 粘著質量 ， 即電機車分配在該主動輪對上的一部分質量 ， t； g —— 重力加速度 ， 取 ； ψ —— 粘著系數(shù) 。 為了使主動輪對的輪緣上同軌面的接觸點在軌面不發(fā)生相對滑動 ，該主動輪對產(chǎn)生的輪緣牽引力 F0， 應滿足 (419) 這就是單個輪對的粘著條件。 0 m a x 0F P g ??00F P g ?? 以上是就一個主動輪對而言 。 對于整臺電機車 ， 能夠產(chǎn)生的最大輪緣牽引 (420) ? 式中 Pn —— 電機車的粘著質量 ， t， 如電機車的全部輪對均為主動的 ，則其粘著質量等于電機車的總質量 ， 即； Pn＝ 2P0＝ P。 整臺電機車的粘著條件是 (421) ? 式中 F — 電機車為克服列車運行阻力所必須提供的牽引力 ， 由式 （ 48）根據(jù)不同運行狀態(tài)求出 。 m a x nF P g ??nF P g ?? 為了使列車能按預定的狀態(tài)運行 ， 必須遵守式 （ 421） 所表示的電機車粘著條件 。 這個公式中關鍵的參數(shù)是粘著系數(shù) ψ 。 粘著力實際上是摩擦力 ， 在理想狀態(tài) ， 也就是在車輪沿軌道作純滾動的情況下 ， 粘著系數(shù)應為靜摩擦系數(shù) 。 因為電機車的每個主動車輪不可能同時都作純滾動運動 。 通常是有的是純滾動 ， 有的則有某種程度的相對滑動 。 因此 ， 就整臺電機車而言 ， 粘著系數(shù)值介于靜摩擦系數(shù)值與滑動摩擦系數(shù)值之間 。 此外 ， 電機車的粘著系數(shù)值還取決于其它許多因素 ， 如輪緣的材料 、 鋼軌是否 、 軌面狀況 、 運行速度等 。 對于煤礦井下運輸 ， 電機車的粘著系數(shù)按表 46選取 。 三、制動力 在列車中只是在電機車上裝備有制動裝置 ， 礦車上沒有制動裝置 。 因此 ， 列車制動時所需的制動力全部由電機車給出 。 下面分析手動機械閘制動時電機車產(chǎn)生的制動力 。 用一個制動輪對來說明制動力的產(chǎn)生 。 P0g 為制動輪對所分配的電機車重力；為軌面對輪對的法向反力 ， 顯然 ， P0g = N0。 當閘瓦施以正壓力 N1（ 作用在輪緣上的均布力 ， 以集中力代之 ） 時 ， 輪緣即產(chǎn)生切向滑動摩擦力 T0， 其方向 與車輪 旋轉方向相反 ， 其大小為 (422) ?式中 φ — 制動閘瓦與輪緣間的滑動摩擦系數(shù) ， 它的數(shù)值取決于閘瓦襯墊的材料 、 運行速度及閘瓦的比壓 (閘瓦單位面積上所受的正壓力 )；對于生鐵閘瓦 ， 一般可取為 ~。 01TN?? 在 T0的作用下 ， 車輪受到一個逆時針方向的轉矩 。 在這一轉矩作用下 ， 車輪輪緣上同軌面的接觸點 o有沿軌面向前滑動的趨勢 。 因而軌面對輪緣產(chǎn)生一個切向靜摩擦力 B0， 它的方向與車輪旋轉方向相同 ， 根據(jù)轉矩平衡條件 ， 得出 (423) 由此可見 ， B0就是電機車一個制動輪對所產(chǎn)生的制動力 。 在 B0和靜阻力 W1的作用下 。 輪對即列車減速運行 ， 減速度為 b， 因而產(chǎn)生制動的慣性力 Wal。 B0及 W1一起與 Wal正好平衡 。 當 T0增大時 B0相應地增大 ， 因而減速度也增加 ， 使列車能較快地制動住 。 00 0B R T R??00BT? 制動力 B0受粘著條件的限制 。 一個制動輪對能夠產(chǎn)生的最大制動力為