机车牵引力：黏着与起动牵引力的关系

由动力传动装置引起、用以牵引列车前进的外力，称为机车牵引力，其大小可以由司机控制。

（一）轮周牵引力

对于轮轨制的轨道交通，机车牵引力只能来自钢轨和轮周的接触点，故称为轮周牵引力。轮周牵引力形成的必要条件有两个：①机车动轮上有动力传送装置传来的旋转力矩；②动轮与钢轨接触并且存在摩擦作用。

轮周牵引力的形成过程是：由原动机产生原动力，经能量传递机构传递至机车动轮，形成旋转力矩M，并且在轮轨接触点C产生动轮对钢轨的作用力F′和钢轨对动轮的反作用力F，如图5-1（a）所示；将F简化到动轮中心O点，可得力F1 和力偶（F2，F），如图5-1（b）所示；当力偶（F2，F）与旋转力矩M平衡时，F1 使动轮发生以轮轨接触点C为瞬间转动中心的滚动，再通过动轮作用于钢轨上，在轮轨间的摩擦作用下，钢轨反作用力使机车作平移（前进）运动。

在列车运行计算中，通常用轮周牵引力F作为机车牵引力的计算标准。因此，凡未特别说明者，机车牵引力均指轮周牵引力。列车单位牵引力是指列车中的机车牵引力与列车总质量之比，计算单位为N/kN（规定取至两位小数）。

图5-1　轮周牵引力的产生原理图

（二）黏着牵引力

1.“黏着”的概念

在列车运行中，轮轨之间的接触摩擦关系非常复杂。因此，列车运行计算在分析轮轨间纵向力的问题时，引入“黏着”的概念来代替物理意义上的“摩擦”。黏着力指在黏着状态下轮轨间纵向水平作用力的最大值（物理意义上的“摩擦力”）。黏着力与轮轨间垂直荷载之比称为黏着系数（物理意义上的“摩擦系数”）。从而黏着力与运动状态的关系就可简化成黏着系数与运动状态的关系。黏着力的大小等于假定不变的垂直荷载与黏着系数的乘积。

2.黏着牵引力Fμ

机车牵引力产生于钢轨对车轮的反作用力，其大小受到轮轨黏着条件限制。按黏着条件计算的牵引力称为黏着牵引力，其计算公式为

式中　Pμ——机车黏着质量，t，由于内燃机车和电力机车的全部车轮均为动轮，故即为机车计算质量；

　　　g——重力加速度，取9.81 m/s2；(www.xing528.com)

　　　μj——计算黏着系数。

黏着牵引力是机车可实现的最大牵引力，即机车牵引力F ≤Fμ。因为当F ＞Fμ 时，轮轨间“黏着”状态就会被破坏，机车动轮会打滑，发生空转，牵引力反而下降。此时，钢轨和车轮都将遭受剧烈磨耗，甚至酿成严重事故。

3.计算黏着系数

计算黏着系数受机车构造、环境气候、运行速度、线路质量和轮轨表面状态等多种因素影响，而且是一个不断变化的值，在实际应用中通过试验确定。我国目前采用的经验公式如下：

式中　v——机车运行速度，km/h。

机车在小曲线上运行时，由于走行状态变差，黏着系数会降低（简称“黏降”）。电力机车和内燃机车试验得到计算黏着系数修正经验公式μr=f（μj，R）如下：

（三）起动牵引力

列车起动是指第一辆车起动开始，到最末一辆车起动的全过程。列车起动过程中，当最后一辆车起动时，机车所发挥的牵引力称为起动牵引力Fq。试验表明，此时机车速度约为2.5 km/h。Fq 是按起动条件验算货物列车起动条件的依据。

（四）计算牵引力

对应于列车计算速度的牵引力称为计算牵引力Fj。计算速度是机车牵引车列在限制上坡道上作等速运行时的（最低）速度，所以Fj 常用于计算列车牵引质量。

（五）车钩牵引力

机车轮周牵引力传递到机车后钩上，牵引客货车辆的牵引力称为车钩牵引力，其值等于轮周牵引力减去机车全部运行阻力。车钩牵引力多用于机车牵引试验或按车钩强度检算列车牵引质量。