双节列车进站问题.docx

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双节列车进站问题

自动控制原理实验研究报告（2010-2011学年第一学期）

双节列车进站控制

--列车制动问题

姓名：

刘宇超班号：

02020802学号：

2008300585

摘要：

随着我国经济建设的步伐，轨道交通事业也在突飞猛进的发展，从各大城市紧锣密鼓的地铁建设到全国热火朝天的高铁建设，昭示着我国综合国力的节节攀升。

在轨道交通大力发展的同时，列车的控制问题就显得尤为重要。

本文简要分析列车制动开始时的速度与完全停止时经过的距离关系。

关键字：

列车制动距离

列车制动（trainbraking）--人为地制止列车的运动,包括使它减速、不加速或停止运行，对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”。

为施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为列车“制动装置”。

“制动”和“制动装置”均可俗称为“闸”。

施行制动常简称为“上闸”或“下闸”，施行缓解则简称为“松闸”。

“列车制动装置”包括机车（或动车）制动装置和车辆（或拖车）制动装置。

即，在铁路列车中，不管是具有牵引动力装置的机车（或动车），还是被牵引的客货车辆（或拖车），都各自具有自己的制动装置。

不同的是，机车（或动车中的车头）除了具有像车辆（或拖车）一样使它制动和缓解设备外，还具有操纵全列车（包括机车或头车自身及其他各车）制动作用的设备。

   由制动装置产生的与列车运行方向相反的外力，称为“制动力”。

这是人为的阻力。

由于行车安全的需要，制动力比在列车运行中由自然原因产生的阻力一般要大得多。

列车制动在操纵上按用途可分为“常用制动”和“紧急制动”两种。

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，称为“常用制动”。

它的特点是作用比较缓和而且制动力可以调节，通常只用列车制动能力的20%~80%，多数情况下只用50%左右，在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动，称为“紧急制动”。

它的特点是作用比较迅猛而且要把列车制动能力全部用上。

从施行制动的瞬间起，至列车速度降为零的瞬间止，列车驶过的距离，称为制动距离。

闸瓦制动（踏面制动）它是自有铁路以来使用最广泛的制动方式，用铸铁或其他摩擦材料制成的瓦状制动块（闸瓦）紧压滚动着的车轮踏面，通过闸瓦与车轮踏面的机械摩擦，将列车动能转化为热消散于大气并产生制动力。

参看下图。

     闸瓦制动

   在车轮转动中，闸瓦作用于车轮的法向压力K引起闸瓦作用于车轮的切向滑动摩擦力K·φK（φK为闸瓦与车轮间的滑动摩擦系数）。

由于车轮紧压在钢轨上，故闸瓦摩擦力对轮心的逆时针方向的力矩K·φK·R在轮轨接触点又引起钢轨反作用于车轮的切向静摩擦力B（R为车轮滚动圆的半径）。

此力即由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力—制动力。

在轮轨间保持静摩擦和忽略车轮回转惯性的条件下，制动力在数值上可认为就等于闸瓦摩擦力，即：

B＝∑K·φK

   显然，只要轮轨间静摩擦不被破坏，制动力将随闸瓦压力的增大而增大。

   按物理学的分析，轮轨间的切向作用力（静摩擦力）等于轮轨间法向力N与静摩擦系数μ的乘积。

在铁路牵引和制动理论中“粘”着代替“静”摩擦。

把粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值称为“粘着系数”。

当轮轨间切向作用力超过粘着力，轮轨间的粘着状态就要被破坏，轮轨接触点将发生相对滑动，切向作用力将变成滑动摩擦力。

由于滑动摩擦系数比粘着系数小得多，故切向作用力将突然迅速减小。

在强大的闸瓦摩擦力矩作用下，轮对转速将显著减慢，直至停止转动，但列车速度并未同时显著降低，已停转的车轮被拖着在钢轨上滑行，车轮踏面将被局部擦伤。

各国对粘着系数的限制：

地铁车辆一般采用的设计范围为：

0.14-0.16

所以在正常情况下，制动力不应大于粘着力，即制动力应受轮轨粘着的限制。

K·φK≤N·μ

制动力控制：

速度粘着控制：

   机车、车辆或列车具有的闸瓦压力总和与其所受重力之比，称为“制动率”。

它表示该车或该列车单位重力所具有的制动能力。

制动率太大要发生滑行擦伤，太小则制动力不足，制动距离要增长。

在司机施行制动时，列车中各车辆的闸瓦并非立即、同时压上车轮的，闸瓦压上车轮之后，闸瓦压力也不是瞬间达到最大值的，制动缸压强有一个上升过程。

制动初期制动缸压强变化：

各车辆制动动作不一致；每辆车压力不是瞬间达到最大；闸瓦压力随制动过程变化。

假设：

全列车的闸瓦都在某一瞬间同时压上车轮，而且闸瓦压力就在这一瞬间从零突增到预定值。

列车运行过程分为两段：

空走过程；有效制动过程。

空走时间tk：

从实施制动到这一瞬间的空走过程经历的时间。

空走距离Sk：

在空走时间内靠惯性惰行的距离。

有效制动时间te：

从突增的瞬间至列车停止（制动结束）的有效制动过程所经历的时间。

有效制动距离Se：

列车在有效制动时间内、在全部制动力和阻力的作用下急剧减速所运行的距离。

制动距离Sb：

Sb＝Sk+Se

为计算方便而做的假定：

列车在空走时间内假定是在惰行。

列车在空走时间内速度不变，始终等于制动初速，坡度对于列车速度和空走距离的影响采取修正空走时间的办法来解决。

空走距离按下式计算：

制动空走时间的计算公式

旅客列车

紧急制动tk＝3.5-0.08ij（s）

常用制动tk＝（4.1+0.002rn）（1-0.03ij）（s）

货物列车

紧急制动tk＝（1.6+0.065n）（1-0.028ij）（s）

常用制动tk＝（3.6+0.00176rn）（1-0.032ij）（s）

（当ij>0按ij=0计算，r列车管减压量，n牵引辆数。

）

有效制动距离的计算

作用于列车的单位合力

c＝-（b+w0+ij）=-（1000θh·φh·βc+w0+ij）（N/kN）

分析法（累加法）将有效制动过程分成若干个速度间隔，分别求出各速度间隔的运行距离⊿S，其总和即有效制动距离Se。

制动距离是综合反映列车制动装置性能和效果主要技术指标。

有的国家不用制动距离而用制动（平均）减速度作为其主要技术指标。

两者实质上是一样的。

它们之间的关系可用下式表示：

或

   式中，υ为施行制动时的列车初速度，简称制动初速（单位：

km/h）；S为制动距离（单位：

m）；a为列车在制动距离内的平均减速度（单位：

m/s2）。

   为了确保行车安全，世界各国都要根据列车速度、牵引重量、信号和制动技术等制定出制动距离标准（或减速标准）—紧急制动距离最大允许值，又称计算制动距离，一般在700～1200m之间（高速列车为3000m或更长）。

   根据中国现行的《铁路技术管理规程》，“列车在任何铁路坡道上的紧急制动距离，规定为800m。

”这就是说，对现有铁路，常速列车在任何坡道遇到紧急情况，都要保证在施行紧急制动后800m内能停车。

   列车制动方式从能量的观点看，“制动”的实质就是将列车动能转变为别的能量或转移走。

从作用力的观点看，“制动”就是让制动装置产生与列车运行方向相反的外力，使列车速度控制在允许范围内。