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貴州湘潭電機車改造氣制動時輪軌的粘著分析

時間: 2019-07-25 16:44:42 來源: 湖南宇翔牽引電氣設備有限公司

地面制動力不是隨著制動器輸出的制動力增大而一直增大的，其要受限于輪軌間粘著作用，一旦制動器輸出的制動力大于輪軌間的粘著極限力，輪軌間的粘著就被破壞，車輪被抱死而打滑，此時電機車制動力急劇下降，因此有必要了解輪軌的粘著特性以及影響粘著特性的因素。

1）粘著機理

在軸重載荷的作用下，車輪與鋼軌的接觸部分緊緊壓在一起。輪軌間切向力使車輪與鋼軌的接觸點有向左的運動趨勢，車輪作用于鋼軌的力與切向力相同，此時接觸點向左的運動趨勢必然會引起鋼軌與車輪向右的摩擦力，即鋼軌對車輪的反作用力，其大小與車輪作用于鋼軌的力相等，方向相反。因此，輪軌接觸點相對保持靜止不會產生滑動，車輪在切向力的作用下只作純滾動。這種車輪與鋼軌接觸處相對靜止的現象就稱為“粘著”。我們將粘著狀態下的輪軌縱向水平切向力的更大值稱為極限粘著力，粘著系數可以表示成輪軌接觸的極限粘著力與軸重的比值。機車制動時，制動器的制動力開始時隨著凸輪驅動力變大而變大，此時地面制動力等于制動器的制動力；而當凸輪驅動力達到一定值時地面制動力恰好等于粘著極限力；當凸輪驅動力繼續增加時，車輪被完全抱死，電機車產生滑行，粘著被破壞，此時地面制動力等于輪軌間的滑動摩擦力，電機車的制動力下降，易引起制動距離增加。實踐證明，電機車完全抱死滑行時制動力下降為粘著狀態下更大制動力的0.5%。另外，電機車滑行不僅會增大制動距離，而且長時間滑行會加劇車輪踏面的磨損，縮短車輪的壽命，影響煤碳運輸的效率。因此，合理地控制制動器的制動力對縮短制動距離至關重要，制動力過小，制動效果達不到，制動距離變大；而當制動力過大，車輪被抱死滑行，制動距離超限。盡量保證制動力在更大粘著力附近，制動效果更好。

2）影響粘著系數的因素

從上面分析可知，要想獲得更大的制動力，就要提高輪軌之間的極限粘著力，而極限粘著力又由粘著系數決定，故有必要探討影響輪軌粘著系數的因素，對提高制動力有重大意義。目前對粘著系數研究主要是依靠實驗，經專家分析輪軌表面條件、線路曲線、車輛速度以及軸重等對制動粘著系數的影響比較大

（1）輪軌的表面條件

輪軌表面的干濕和污染程度對粘著系數影響很大，如當輪軌表面附有煤泥等潮濕的污染物時，減少了輪軌間實際接觸面積，相當于在接觸點處發生微觀變形減少，導致粘著系數會變低，經實驗驗證當輪軌間帶有水和煤泥狀態時，粘著系數降低很多。相反，輪軌表面干燥清潔時，粘著系數較大。另外，在軌面上適當地撒以干燥清潔的沙子可以提高粘著系數，電機車一般通過撒沙的方式來提高輪軌粘著系數來減少車輪“空轉”和“打滑”。

（2）速度

根據相關實驗證明，制動粘著系數在軌面條件不變的情況下隨著速度提高而降低尤其是在輪軌表面被煤泥等污染時，粘著系數會隨著速度的增加而急劇下降，這是因為車輪高速旋轉使得輪軌間形成薄膜，即輪軌實際接觸面積減少，導致粘著系數下降。

（3）線路曲線

在軌道的彎曲區段，電機車在曲線軌道上行駛時，輪軌間存在縱向和橫向蠕滑現象。當電機車轉彎時，其運行方向與軌道的切線方向形成沖角，導致車輪產生橫向蠕滑，使得粘著系數變小。

（4）軸重和輪徑

在軸載荷和軌面半徑相同的條件下，輪徑越大粘著系數越大，因為輪徑越大，輪軌間接觸面積越大，能夠傳遞的切向力越大。

綜上所述，輪軌間的粘著系數容易受到許多因素的影響，對環境因素比較敏感。礦用電機車的運行速度一般很小，且軸重和半徑都不是很大，同時井下環境惡劣，因此井下輪軌間的粘著主要受到輪軌表面的影響。電機車制動時，良好的粘著條件對于其縮短制動距離至關重要。