电机车牵引能力计算

一、10吨架线电机车牵引能力计算

1、 按重列车上坡起动条件

1≤

p n g ψq

-p

1.075α+(ωq +i ) g

式中 －重车组质量，t

p n —电机车粘着质量，p n

=p＝10

P —电机车质量 g －重力加速度， m/s2

ψq —电机车撒沙起动的粘着系数，取ψq ＝0.24

22

α—列车起动加速度，m/s，α＝0.04 m/s，

ωq —重列车起动阻力系数，取0.012

i —运输线路平均坡度‰，一般取i ＝3‰

1≤

10⨯9.8⨯0.24

-10

1.075⨯0.04+(0.012+0.003)9.8

＝113.79t

2、 按牵引电动机允许温升计算。

2≤

d

-p

F d —电机车等值牵引力，式中：可取电机车长时牵引力，F d ＝4.32 KN

α—电机车调车时电能消耗系数，取大于2公里为1.10

ωy —重列车运行阻力系数，取0.0075

i d —等阻坡度，‰，对于滚动轴承的矿车，i d 一般为＝2‰

τ—相对运行时间。

τ=

T 1T ＝20

＝0.4 1+θ20+30

式中θ—调车及停车时间，min ，一般取20～30 min T1-列车往返一次运行时间，min T 1=

2L ⨯600.75ν＝2⨯2⨯60

0.75⨯16

＝20 L —加权平均运输距离，km 。

ν—机车平均速度，km/h,取机车长时速度16 km/h。

2≤

-10

＝105.2t

3、 按重列车下坡制动条件，

列车制动时速度按列车长时运行速度，则制动减速度为

2

b =0.03858v

l

＝0.2469

式中：b —列车制动减速度，m/s2

v —电机车长时运行速度，取16km/h合4.44m/s l - 允许的制动距离，取40m 按列车下坡制动条件，求重车组质量，

3≤

p z g ψZ

1.075b -(ωy -i ) g

-p

式中：p z

－电机车的制动质量，为电机车的全部质量p ， ψZ

—制动时的粘着系数，按撒沙时取0.17

b —制动减速度0.2469

ωy —重列车运行阻力系数，取0.0075

10t

3≤

10⨯9.8⨯0.17

-10

1.075⨯0.2469-(0.0075-0.003)9.8

＝65.28

综上制动距离条件限制牵引重量为 =65.28吨

J

二、8吨蓄电池机车计算

1、按重列车上坡起动条件

1≤

p n g ψq

-p

1.075α+(ωq +i ) g

式中 －重车组质量，t

p n —电机车粘着质量，p n

=p＝8

P —电机车质量 g －重力加速度， m/s2

ψq —电机车撒沙起动的粘着系数，取ψq ＝0.24

22

α—列车起动加速度，m/s，α＝0.04 m/s，

ωq —重列车起动阻力系数，取0.012

i —运输线路平均坡度‰，一般取i ＝3‰

1≤

8⨯9.8⨯0.24

-8

1.075⨯0.04+(0.012+0.003)9.8

＝91t

2、 按牵引电动机允许温升计算。

2≤

d

-p

F d —电机车等值牵引力，F d ＝2.94 KN 式中：可取电机车长时牵引力，

α—电机车调车时电能消耗系数，取大于2公里为1.10

ωy —重列车运行阻力系数，取0.0075

i d —等阻坡度，‰，对于滚动轴承的矿车，i d 一般为＝2‰

τ—相对运行时间。

τ=

T 130.5

T +θ＝30.5+30

＝0.5 1式中θ—调车及停车时间，min ，一般取20～30 min T1-列车往返一次运行时间，min T 1=

2L ⨯602⨯2⨯60

0.75ν＝0.75⨯10.5

＝30.5 L —加权平均运输距离，km 。

ν—机车平均速度，km/h,取机车长时速度10.5 km/h。

2≤

8

＝62.17t

3、 按重列车下坡制动条件，

列车制动时速度按列车长时运行速度，则制动减速度为

2

b =0.03858v

l

＝0.106336

式中：b —列车制动减速度，m/s2

v —电机车长时运行速度，取10.5km/h合2.9m/s l - 允许的制动距离，取40m 按列车下坡制动条件，求重车组质量，

z 3≤

p g ψZ

1.075b -(ωy -i ) g

-p

式中：p z

－电机车的制动质量，为电机车的全部质量p ， ψZ

—制动时的粘着系数，按撒沙时取0.17

8t

b —制动减速度0.106336

ωy —重列车运行阻力系数，取0.0075

3≤

8⨯9.8⨯0.17

-8

1.075⨯0.106336-(0.0075-0.003)9.8

＝181.8t

4、蓄电池机车还应按蓄电池组的容量来确定牵引重量 1) 电机车在最大运距，一个往返周期内所做的功

A =(F z +F k ) L m

式中：A —往返周期内所作的功，MJ

F z —重列车牵引力，KN

F k —空列车牵引力，KN

L m －最大运输距离，Km

2) 蓄电池组在一个往返周期内输出的能量，KWh

A `=

α(F Z +F K ) Lm

3.6η

A `－蓄电池组在一个往返周期内输出的能量，KWh

α―调车电能消耗系数，

η－从牵引电动机到蓄电池组的总效率，取0.7

列车在等阻坡度条件下运行时，空列车和重列车牵引力相等，即

F z ＝F k

F Z +F K =2F Z =2(p +Q Z )(ωy -i d ) g

式中p －电机车质量 Q Z －重车组质量

ωy －重车运行阻力系数 i d －等阻坡度，2‰

g －重力加速度，9.8m/s

2

3) 一台机车在一个班内的电能消耗，

得A `b =

αL m gm ⨯2

(p +Q Z )(ωy -i d ) 3.6η

式中：m －一台机车在班内的往返次数 A `b －一台机车在一个班内的电能消耗 4) 蓄电池的放电容量 A b =

WU

1000

式中：W －蓄电池的放电容量，Ah U --蓄电池组平均放电电压,V 5) 、重车组总质量

按在一个班内一台机车的电能消耗A `b 必须与蓄电池组放电容量A `相等则

Q 2=

3.6WU η⨯-p 2g αL m m (ωy -i d ) ⨯1000

=

3.6400⨯110⨯0.7

⨯-8 2⨯9.81.1⨯3⨯5(0.0075-0.002) ⨯1000

=54.3t

则8吨蓄电池机车牵引能力为Q =54.3t

X

三、效率对比：

则：按机车长时速度计算10吨架线机车与8吨蓄电池机车效率对比, 则替换4台10吨架线机车需用8吨蓄电池机车

n X =

Q J V J n J

Q X V X

65.28⨯16⨯4

=7.3台

54.3⨯10.5

或：4台蓄电池机车可替换2.2台架线机车

四、费用计算

1、按满符合吨公里计算：

综合各矿提供材料费消耗和电费计算，每4台架线机车年费用如下表1总费用为136.709万元，每4台蓄电池机车年费用如表2，总费用为165.339万元（吨公里按每年350天，每天15小时，机车长时速度计算）

则：架线机车折合成吨公里成本

A J =

1367090

350⨯15⨯16⨯4⨯65.28

＝0.062元/吨. 公里

蓄电池机车折合成吨公里成本

A X =

1642190

350⨯15⨯10.5⨯4⨯54.3

＝0.137元/吨. 公里

2、如按晓南矿提供的实际平均日运行吨. 公里计算 则：架线机车折合成吨公里成本

A J =

1367090

350⨯4⨯23.75⨯2.25⨯4.84

＝3.78元/吨. 公里

蓄电池机车折合成吨公里成本

A X =

1642190

350⨯4⨯2.25⨯23.75⨯4.84

＝4.54元/吨. 公里

3、按每台机车成本对比。 每台架线机车每年费用：

136.7090

4

=34.177万元 每台蓄电池机车每年费用：

164.219

4

=41.05万元

12吨蓄电池机车牵引能力计算

1、按重列车上坡起动条件

1≤

p n g ψq

-p

1.075α+(ωq +i ) g

式中 －重车组质量，t

p n —电机车粘着质量，p n

=p＝12

P —电机车质量

g －重力加速度， 9.8m/s2

ψq —电机车撒沙起动的粘着系数，取ψq ＝0.24

22

α—列车起动加速度，m/s，α＝0.04 m/s，

ωq —重列车起动阻力系数，取0.012

i —运输线路平均坡度‰，一般取i ＝3‰

1≤

12⨯9.8⨯0.24

-12

1.075⨯0.04+(0.012+0.003)9.8

＝148.5t

4、 按牵引电动机允许温升计算。

2≤

d

-p

式中：F d —电机车等值牵引力，可取电机车长时牵引力，F d ＝4.7 KN

α—电机车调车时电能消耗系数，取大于2公里为1.10

ωy —重列车运行阻力系数，取0.0075

i d —等阻坡度，‰，对于滚动轴承的矿车，i d 一般为＝2‰

τ—相对运行时间。

τ=

T 1T θ＝28.07

28.07+30

＝0.483 1+式中θ—调车及停车时间，min ，一般取20～30 min T1-列车往返一次运行时间，min T 1=

2L ⨯602⨯20.75ν＝⨯60

0.75⨯11.4

＝28.07 L —加权平均运输距离，km 。

ν—机车平均速度，km/h,取机车长时速度11.4 km/h。

2≤

-12

＝102t

5、 按重列车下坡制动条件，

列车制动时速度按列车长时运行速度，则制动减速度为

2

b =0.03858

v

l

＝0.12535 式中：b —列车制动减速度，m/s2

v —电机车长时运行速度，取11.4km/h合3.17m/s l - 允许的制动距离，取40m 按列车下坡制动条件，求重车组质量，

3≤

p z g ψZ

1.075b -(ωy -i ) g

-p

式中：p z

－电机车的制动质量，为电机车的全部质量p ， ψZ

—制动时的粘着系数，按撒沙时取0.17

b —制动减速度0.12535

12t

ωy —重列车运行阻力系数，取0.0075

3≤12⨯9.8⨯0.17-12 1.075⨯0.12535-(0.0075-0.003)9.8

＝208t

4、蓄电池机车还应按蓄电池组的容量来确定牵引重量

5) 电机车在最大运距，一个往返周期内所做的功

A =(F z +F k ) L m

式中：A —往返周期内所作的功，MJ

F z —重列车牵引力，KN

F k —空列车牵引力，KN

L m －最大运输距离，Km

6) 蓄电池组在一个往返周期内输出的能量，KWh

A `=α(F Z +F K ) Lm 3.6η

A `－蓄电池组在一个往返周期内输出的能量，KWh

α―调车电能消耗系数，

η－从牵引电动机到蓄电池组的总效率，取0.7

列车在等阻坡度条件下运行时，空列车和重列车牵引力相等，即 F z ＝F k

F Z +F K =2F Z =2(p +Q Z )(ωy -i d ) g

式中p －电机车质量

Q Z －重车组质量

ωy －重车运行阻力系数

i d －等阻坡度，2‰

g －重力加速度，9.8m/s2

7) 一台机车在一个班内的电能消耗， 得A `b =αL m gm ⨯2(p +Q Z )(ωy -i d ) 3.6η

式中：m －一台机车在班内的往返次数

A `b －一台机车在一个班内的电能消耗

8) 蓄电池的放电容量

A b =WU 1000

式中：W －蓄电池的放电容量，560Ah

U --蓄电池组平均放电电压,192V

5) 、重车组总质量

按在一个班内一台机车的电能消耗A `b 必须与蓄电池组放电容量A `相等则

Q 2=3.6WU η⨯-p 2g αL m m (ωy -i d ) ⨯1000

=3.6560⨯192⨯0.7⨯-12 2⨯9.81.1⨯3⨯5(0.0075-0.002) ⨯1000

=140t

则12吨蓄电池机车牵引能力为Q =102t X

12吨蓄电池机车与架线机车效率对比：

则：按机车长时速度计算10吨架线机车与12吨蓄电池机车效率对比, 则替换4台10吨架线机车需用12吨蓄电池机车

n X =Q J V J n J Q X V X

65.28⨯16⨯4=3.6台 102⨯11.4

或：4台蓄电池机车可替换4.45台架线机车

费用计算：

1、按吨公里计算：

综合各矿提供材料费消耗和电费计算，（因12吨机车只有小康矿使用一台，且使用时间不长所以费用参照8吨机车按1.2比例增加）每4台蓄电池机车总费用为165.339×1.2＝198.4068万元（吨公里按每年350天，每天15小时，机车长时速度计算）

蓄电池机车折合成吨公里成本

A X =1984068 350⨯15⨯11.4⨯4⨯102

＝0.08元/吨. 公里

2、按每台机车成本对比。

每台蓄电池机车每年费用：

198.4068=49.60万元 4

如按晓南矿提供的实际平均日吨. 公里计算

A X =1984068 350⨯4⨯23.75⨯2.25⨯4.84

=5.48元/吨. 公里