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火车拉那么多铁皮货物在光滑的铁轨上如何保证牵引车强大的牵引力

发布时间:2022-09-25 07:17:07 来源:爱游戏登录网页 作者:爱游戏app官网入口

  这个是印度司机干出来的活儿,启动不能还加载动力放任车轮空转,在钢轨上狠狠地刨了12个坑,唯一运气好的是车轮没有热熔焊死在钢轨上。(涉事机车:鬼知道

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  这个是印度司机干出来的活儿,启动不能还加载动力放任车轮空转,在钢轨上狠狠地刨了12个坑,唯一运气好的是车轮没有热熔焊死在钢轨上。(涉事机车:鬼知道我经历了什么)

  靠轴重,以及精巧的动力控制实现启动,动起来了就好办,再用精巧的动力控制加速到合适的速度,此时车辆本身也是有巨大的惯性,不会立即就停止不动。

  轴重即车重分散到每根轴的重量,一般就是车重/轴数。平均来看,机车部分轴重最大,有23到25吨,依照整备情况略有不同。其他车厢的轴重一般不会超过这个重量,主要是为下面的铁路考虑。

  目前的铁路机车一般是单节6轴或者双节8轴,山区铁路因为坡道较大较多可能会使用多节机车,使得整体的动力及牵引力储备能够对抗坡道产生的额外阻力。关于坡道阻力,请自行回忆高中物理经典题型:斜坡上的小车/球/滑块,以及受力分析。

  我国平原铁路一般由一台138吨左右的6轴机车牵引满载总重5000至6000吨的货车,山区铁路则可能是多台6轴机车,或者重量为184吨的双节8轴电力机车牵引满载总重4000吨左右的货车。至于客车则更轻,18节编组的客车一般在1000吨至1100吨左右。

  精巧的动力控制是指机车设计研发时就考虑启动时如何控制,所以有了启动及雨天撒砂增大轨道面摩擦力这种常用手段。不过落实到司机那里,则有不少操纵技巧。常规启动操纵就是动力手柄稍微往上抬一点,以当前状况(天气情况、轨道污损情况)决定是否需要撒沙,莽一下把车辆顶动。在我国标准为自动钩的前提下,有一种启动方法是这样,机车启动前往后顶一下,把所有车钩顶紧,再往前拉。由于自动车钩本身就有缝隙,从顶紧到拉紧的间隙一般是一个手指头那么大,所以启动时变成逐节加载列车阻力,而不是加载全部列车阻力。当然,某种情况下光是卸载制动就能实现类似的效果,所以直接启动,挨个拉动车厢,只要能动起来就是好事。当然为了防止列车启动时冲动,司机可以卸载制动至制动力快要消失时即加载动力,车辆启动就很平稳了。这个就有点像手动挡汽车的坡道启动,手刹拉紧后立即松开,马上松离合踩油门,慢慢地就走起来了。

  再稍微补充下,目前车辆轴承基本都是滚动轴承,轴承里面有润滑油,但是因为密封得好基本不用补油,油漏完了就换新的。未启动时润滑油没有完全覆盖轴承接触面,以及温度较低导致润滑油粘度上升等原因,故而此时的启动阻力较大。等到车辆启动,润滑油随着轴承运动逐渐覆盖到接触面,这时的车辆阻力就会相对降低,机车就不需要启动时那么大的牵引力对抗运行阻力。

  第一,要有能量。人们常用功率来表示机车在单位时间内具有能量的大小。电力机车的能量来自外界的电网;内燃机车的能量由自带的柴油机(燃油在气缸内燃烧,故称内燃机)产生,蒸汽机车的能量则来自锅炉内煤火燃烧(因在汽缸外燃烧,故称外燃机)产生的蒸汽力。

  第二,要有着力点,即机车轮子与钢轨的接触点。在那里作用力与反作用力大小相等、方向相反。轮子开始转动时,向后推动钢轨,钢轨当然“岿然不动”,但钢轨对车轮的反作用力却能推动车轮向前滚动。就好比你做俯卧撑时,你用双手向下推动地板,地板没被推动,而你自己却被地板的反作用力撑起来了。

  机车下部的走行部分,有若干轮对(左轮和右轮固定在一根轴上,成为一对儿,称作轮对),内燃和电力机车的轮对上面装有电动机,它的能源来自内部的柴油机(内燃机车)或外部输入的电能(电力机车),因而内燃和电力机车的轮子都是动轮。蒸汽机车的动轮往往个头很大,由活塞带动的摇杆和连杆推动,但除动轮外,它还有导轮、从轮等非动轮。

  我们且以单个动轮来作一分析。机车静止时,动轮以所承受的重量Q垂直压在钢轨上,钢轨对动轮有一向上的反作用力Q来支承它。机车起动时,除垂直方向的力外,动轮上还有一个转动力矩M,使动轮顺时针转动。这样轮轨之间就有了相对运动的趋势,引起彼此之间的静摩擦,即在接触点C上,动轮对钢轨有一水平作用力F,钢轨对动轮在C点切线方向有一个反作用力F。当轮轨之间接触良好无滑动时,此力使动轮以C点为转动中心向右滚动,从而使架在动轮上的机车向右平行移动。

  这个钢轨对动轮的反作用力F,是使动轮前进的唯一外力,称为轮周牵引力,也就是作用在车轮周边上的力。一台机车的总牵引力(机车牵引力),就是其若干个轮对上所有动轮的牵引力之总和。有了这个牵引力,机车就能拉动后面的车辆往前跑。

  轮周牵引力的大小随动轮转动力矩M的大小而变化,转动力矩可以由司机改变主控制手柄来改变。也就是说,司机可以控制机车牵引力的大小。不过,此力有自己的极限,它受物理规律所左右,这里要讲一个物理学的概念。

  动轮和钢轨是两个金属物体,它们的表面都不是绝对平整的。当两个表面有粗糙度的物体,在一定的压力之下,它们相互接触传递作用力时,一开始是处于没有相对运动(滑动)的一种物理状态,彼此似乎不愿分开,称为“黏着”。当动轮开始传递力后,动轮边缘的踏面和钢轨这两个粗糙表面就是进入了黏着状态,这时,钢轨对动轮的反作用力只能使动轮在钢轨上滚动,而没有滑动。在此状态下所传递的力,称为黏着力,即静摩擦力。既然是静摩擦力,它必然就有一个最大值,超过此最大值,相互摩擦的两个物体之间就会打滑了,黏着状态就被破坏了。在轮轨黏着状态被破坏之前,最大可能的轮周牵引力,称为机车黏着牵引力。黏着牵引力就是机车动轮不打滑时的最大可能牵引力。

  例如,有一台机车是126吨的重量,6根车轴,每轴(两个轮子)上的重量为21吨。在全功率4000千瓦时,每轴上的功率将近660千瓦,这个功率产生的转动力矩很大,从而产生的机车牵引力也很大。然而,随着牵引力逐步增大,黏着力也逐步增大,当它达到最大值时,轮轨表面的黏着状态突然被破坏,它们开始互相打滑,瞬间会发生车轮的空转(原地打转)。一旦发生空转,则钢轨对车轮的静摩擦力变为了动摩擦力而急剧下降。更可怕的是,车轮空转,可能造成传动装置和走行部的损坏,并使钢轨与车轮的接触面擦伤。所以,机车运行中必须避免空转。因而机车牵引力在任何时候都不得超过黏着牵引力。

  那么机车黏着牵引力是多少呢?一个动轮的黏着牵引力与该动轮所负荷的重量成正比。将各个动轮的黏着力加起来,就可以知道,一台机车的黏着牵引力与机车黏着重量(即各个动轮所负荷重量的总和)成正比。这个比值,称为黏着系数。换句话说,黏着系数就是机车黏着牵引力与机车黏着重量之比值。一台机车的重量是已知的,只要再知道了黏着系数,我们就可以知道机车的黏着牵引力,也就是机车牵引力不能超过的那个限值:

  怎么知道黏着系数呢?这个问题比较复杂。黏着系数是一个变数,受多种因素的影响,它不仅与车轮的荷重有关,还与钢轨的刚度、机车传动装置和走行部分的结构、车轮和钢轨的材质及其表面状态以及车速等因素有关。当车轮在钢轨上滚动时,它接近于静摩擦系数。一般值在0.3~0.5之间。当在干的钢轨上撒上一层细石英砂时,它的值可达到0.6;雨雪天轨面潮湿时,它的值会下降;当轨面上有一层薄油膜时,该系数值减小到0.15以下。在曲线上运行时,黏着系数也会有所下降。鉴于黏着系数随时随地在变化,而且变化范围很大,影响因素也很多,所以它很难准确计算,一般都是经过大量试验,将试验结果整理成经验公式作为依据。

  机车能拉动列车,说到底取决于轮轨之间的摩擦情况,也就是说轮轨接触表面的状态,它影响着机车牵引力的发挥;而黏着系数的大小,就是这个状态的反映。黏着系数大时,机车的牵引力就可以大些;黏着系数小机车的牵引力就要小些。

  机车在起动和低速时,它的牵引力受到黏着条件的限制。一旦机车速度增到一定值时,决定机车牵引力的主要因素就是功率了。

  从理论上讲:功率=速度×牵引力。当机车的功率一定时,随着机车速度的增加,牵引力就下降。这就是机车牵引的规律。

  铁轨与同样质地的车轮,两相接触,承载没问题、但怎么能产生摩擦力(使车轮能滚起来)呢?不打滑?

  铁轨看似「光滑」、车轮也同样「光滑」,但是在微观上,它们并不「光滑」,它们都是有粗糙度的物体。有粗糙度,就有摩擦系数,有摩擦系数加之机车、车厢、货物的重量,就有了「摩擦力」:

  一台DF4B机车(轴重23吨、六轴),整台机车重为138吨,最大功率1990千瓦。现用它来牵引18节编组的客车(比如25K型车厢、自重48.8吨),载客计为60吨/节,牵引重量1080吨,g取10,摩擦系数μ取0.5。那么:

  所以牵引客运列车(18节编组、总牵引质量1200吨左右),直接满功率启动就行,初始速度非常慢(这与我们平时在火车站看到的情况一致)。

  以上,就是看似「光滑」的铁轨和轮对,一样存在摩擦力。从而可以使机车的功率转化为全列车向前运动的驱动力。

  轮轨之间黏着状态被打破,静摩擦力变成了动摩擦力,车轮开始空转,列车低速前行甚至不前行。

  这是我2015年在南京冶山窄轨添乘机车时拍的。那天正是春雨绵绵,380型矿用窄轨机车功率并不高却牵引着超过20辆编组的铁矿自卸运输车,阴雨天轮轨摩擦系数很低,造成了打滑现象。视频中的打滑还不算严重,列车勉强「龟行」。

  机车每端第一个轮对踏面前,有一个喷砂管。在机车即将/已经发生打滑时,司机通过向轮轨接触面喷撒细砂粒的方式提高轮轨摩擦系数。

  这有用么?非常有用!甚至于一些处在雨水充沛地区且坡度变化显著的内燃山区铁路(定语很长,我说的就是「滇越铁路」),撒砂是唯一可靠的防滑措施。对于保障行车安全至关重要。

  这里的「凸头」,凸起的这一块正是【砂箱】,这是四方厂为昆河铁路第二批量产内燃机车所做的改进设计。更大容量砂箱,更抗打滑,更多安全保障。要知道,像昆河铁路K36-K39这种区段(七凸坡),如果因打滑造成列车失控,是要出人命的!

  我是@凸峰,喜欢高铁、更喜欢云南米轨,喜欢旅行、更喜欢徒步铁路;关注我,听更多故事~

  首先,车头比车箱要重很多。车头一般150吨左右,每节车箱约60-80吨左右。

  很多人以为火车的起动过程是这样的:车头轮子一转,所有车箱跟着一起被拉着动。

  1、车头先脱离车箱,向前慢跑个约30米(有经验的司机可能会根据后面的车箱数估计出向前奔多少米)。

  2、车头倒车回来撞向车箱,使各连接器松开,并留出一小段缝隙。小时候经常听到“咣咣”的撞击声。

  4、然后以此类推,牵引力逐渐前后传递。最后整个列车都以同样的速度向前走。

  而火车头的重量远大于每一节车箱。火车头能够提供的牵引力也远大于每一节车箱的静摩擦力。

  高铁相当于每节车厢配备一个发动机(实际观察可能两节车厢对应一个动力组)。

  看见很多人回答这个问题,还有列出计算公式的,但这些看似专业的回答其实并不专业。本人48岁,是一名动车司机,从19岁开始跑车,之前在枝柳线年,开过很多不同型号的内燃机车,动车也开了几年,引进四个平台的动车组,还有阿尔斯通的没开过,总工龄29年。我来说说关于火车启动的问题。俗话说“火车跑得快,全靠车头带”,当然了,这只是相对于传统列车来说的,动力分散型动车组列车就不在之列了。中国普速列车采用的是詹氏车钩,这是一种可以伸缩的车钩,它内部的弹簧箱甚至还能储存一定的能量。一般的货物列车都有几十节,我们枝柳线在上电力之前用的是东风8B,牵引吨数4000吨,换长70.0。东风8B算是功率比较大的国产内燃机车了,它有16个气缸,气缸直径为280mm,交直流传动,功率3200千瓦。火车头也是比较复杂的,就不啰嗦说这了。一个火车头要把一列几千吨的车厢拉动起来并非易事,它要克服轮子在轨道上的滚动摩擦阻力和轴承摩擦阻力,这两个阻力其实不算什么,最难克服的是惯性力,要知道牛顿第一运动定律,物体保存静止状态的特性也是惯性,所以这才是列车起动最大的“阻力”,况且列车起动时还有可能处在坡道上,还要克服坡道阻力,坡道阻力也就是重力沿坡道方向的一个分力,又啰嗦了。火车头的力量虽然很大,但相对于几千吨的列车而言,它还是不够的,平均一吨还不到一千瓦的功率,所以火车头是很难一次性把列车拉动起来的,即便火车头的功率很大,但受制于轮轨间的粘着力(铁路术语),也是会空转的,空转就是打滑,你有再大的力也没用,使不上。空转不仅仅是使不上劲那么简单,它危害很大,一是对空转时转速急剧飙升对电机有危害,更要命的是轮子会把钢轨啃坏甚至剧烈摩擦产生的高温仅仅几十秒就能把刚轨熔化。正常情况下,货物列车起动过程不是刚性起动,而是一节节起动的。在列车停车过程中,优秀的司机会有意压缩一下车钩,如果没有压缩也可以停车后后退压缩,目的就是要把刚性起动转化为分散的弹性起动。这时候,只要车头把前面几节车厢拉动起来了,机车的牵引力加上运动起来的车厢的惯性力就一节节把后面的列车拉起来了,不过其实这是一个很短的过程,有兴趣的朋友可以到火车站去观察,列车起动时是像放鞭炮那样劈里啪啦的响的,很震撼,那就是一节节车厢车钩被拉动的声音。在坡道上起动列车是非常考验火车司机的操纵水平的,特别是山区铁路区间非正常停车后,如果起不来就要请求救援了,坡道起动很讲究,要非常有经验才行,有很多种方法,就不一一赘述了。平原的火车司机不论起车还是制动都不要求很高的水平,山区铁路不一样,在长大下坡道制动也是有讲究的,有的是几十公里连续下坡道,操纵要特别小心。旅客列车相比货物列车来要轻很多,旅客列车的操纵重点是平稳,让坐车的旅客舒适,所以起车时不要压缩车钩,运行中也尽量使车钩处于拉伸状态,相对来说旅客列车无操纵技术可言。动车组列车是密接式车钩,是整列同时起动的,动车组功率大,动力分散,本身又很轻,起车稳,加速快,几乎不会空转,单就操纵来说没什么技术可言。