火车模型机车的关于三轴和二轴转向架的牵引力的简析

LDS

最近，BWC的SS7C上市，大家对于BO-BO-BO的兴趣议论多了起来，还和CO-CO做了一些比较，这里也想简单谈一谈关于火车模型机车（内燃和电力机车）的三轴和二轴（6轴和4轴）牵引的一些概念和区别。 先说说，真实机车和现在大部分模型机车的驱动转向架，垂直受力承重的主要区别。 大家都知道轴重是机车的一个重要技术参数，它是指机车总重量通过转向架，均匀的分布在机车各驱动轴上的重量，这个重量是一个平衡，它既要保证各轴通过轮对加压在轨道上保证有足够的摩擦力拖动列车负载，又要保证轨枕对道床压强不要超过道床所能承受的压强，还要尽可能高效的把动力发挥出来，为达到这个目的，均匀的分配各轴重是很重要的，这主要是通过各转向架的承载避震弹簧做到的，所以这些弹簧的作用并不是简单的只是避震（而液压和气垫、磁悬浮弹簧能更好的做到这一点，不过这是另一个话题了）。 而现在绝大部分模型机车的承载避震弹簧，无论直接注塑的还是绕制的，都是假的，并没有真正承重避震的功能，也就不能起到均匀分布机车重量的作用，模型机车的重量只是通过转向架变速箱的两侧轴瓦，直接压在轮轴上，通过轮对踏面，压在轨道上。 这就是真实机车和现在大部分模型机车的驱动转向架，垂直受力承重的主要区别。 再分析一下模型机车的驱动转向架和轮对的承重受力。 理论上，如果制作精度无误差，一个理想的转向架上的4个或6个轴瓦的上端面绝对处在同一平面，轮对和轴尺寸完全一样，轨道也绝对平整，那么压在转向架上的力是能够平均分配到每个轴上的。一般来说，相对于模型轮对和轴及轴瓦的加工精度，模型轨道铺设本身还有轨缝和轨面污迹的影响，轨道的平整精度相对就很低了，以上述理想情况为前提，看一下轨道铺设时的不平整对转向架及轮对的受力，以下几图分别显示了轨道的凹凸对3轴和2轴转向架的轮对踏面接触情况（图中轨道的凹凸的曲率一样但画的夸张）。 从3轴受力图中可以看到，3轴在理想水平固定下，轨道的凹凸总是只和两个轴的轮对踏面接触，另一轴悬空。而2轴受力图中，因为只有2轴，所以轨道的凹凸始终和两轴的轮对踏面接触。由此看来，模型机车的转向架下的重量分配，3轴转向架实际上同时只有两轴承重，和2轴转向架没什么不同，而且3轴受力图中下面两图可以看出，在轨道凸起的情况下，3轴转向架的2轴重量分配并不平均是偏向中间的1轴的（转向架的转点在中间轴的上部位）。这显然是和真实机车转向架承重受力是不一样的。这大概也是为什么模型机车的3轴转向架反而比2轴转向架容易受轨道铺设不平整的影响机车容易出轨的原因吧。 实际上，由于模型加工精度并不高，3轴转向架的6个轴瓦6点反而不如2轴转向架的4个轴瓦4点更易加工控制好用、更接近于均衡承重受力。部分BWC的NJ2易出轨就是其转向架中间轴瓦偏低的这种情况。其实，实际加工时，3轴转向架的中间轴索性偏高一点，使中间的轮对悬空不承重受力，按2轴转向架承重受力工作，反而能改善对轨道铺设不平整度的适应，减少出轨，尤其对小轮缘的轮对更为有利。 再分析一下牵引力。 在机车同等重量，电机、齿轮箱变速比相同，轮对直径和踏面宽度相同，轨道相同铺设水平等的理想情况下，理论上机车对轨道的总压力是相同的，只是3轴转向架将压力分散在6个轮对踏面上，每个踏面压力较小，摩擦系数也小，而2轴转向架将压力分散在4个轮对踏面上，每个踏面压力较大，摩擦系数也大，在轮对无打滑的同等功率输出下，3轴转向架模型机车和2轴转向架模型机车的牵引力是相差不多的，这和真实的机车是不一样的。真实的机车应用3轴转向架就是为负担更多的大功率车重，分散车重对轨道及道床的压力。 当然，3轴转向架模型机车一般重量也是要大于2轴转向架模型机车，所以3轴转向架模型机车的牵引力一般要大于2轴转向架模型机车，但仅仅是因为重量增加了，其电机和输出功率一般并没有变化。 所以，模型机车的牵引力和其重量关系很大，和轴数的多少关系很小。当然，这是对电机不超载的情况下而言。 话说回来，SS7C中间那个BO随动悬空、是不承重受力的，这样SS7C就相当于4轴机车。它的电机如果还是使用的BWC常用的电机，那牵引力就不应该和BWC其它机车差很多，除非它的重量较轻，俗称不够分量。

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很专业阿,学到了

TR-SHA

通篇看下来，LZ的理论基本上是对的。不过其中有几个小小不言之处希望加以完善：

首先，LZ的受力图是个平面图，而实际情况下是三维的概念。如LZ所说，因为HO的比例原因，轴瓦之间的制造公差影响已不能忽略。所以同样的道理，除了三维上转向架轴瓦的平面度，同一轮对和相邻轮对上的轮径偏差以及轨道的平面度公差都是影响轮轨接触的不可忽略的因素。因此从实际上来讲，3维空间中不在同一直线上的三点决定一个平面，也就是转向架构架体的姿态实际上是由三个轮轨接触点来确定的——不论是两轴转向架还是三轴转向架。而不可能是LZ所说的4个点。
其次，LZ提到：“理论上机车对轨道的总压力是相同的，只是3轴转向架将压力分散在6个轮对踏面上，每个踏面压力较小，摩擦系数也小，而2轴转向架将压力分散在4个轮对踏面上，每个踏面压力较大，摩擦系数也大，”这里头关于摩擦系数的说法是不对的。摩擦系数是由接触面（也就是车轮踏面和轨道顶面）的材质、润滑情况（是否有油、水或冰等）等条件决定的，是不会随着压力的变化而变化的。随着压力变化的只是摩擦力。
再次，LZ说“所以，模型机车的牵引力和其重量关系很大，和轴数的多少关系很小”，这句话我认为也是值得商榷的，并且这里头实际上很复杂：例如BWC的DF4B这种六轴模型机车，因为六个车轴是通过齿轮刚性地连接在一起的C-C轴列式，不像真车那样的C0-C0，因此反倒是会因为轮径的偏差（尽管可能是很小的，属于允许公差带范围里的制造误差）造成额外的走行阻力。并且这种误差理论上会随着轴数的增加而增加。也就是说这种阻力，C-C的机车比B-B的机车要大。但是这种影响又会受到前面说的轮压分布不均导致的摩擦力不均匀的削弱，所以说比较复杂，真的有兴趣的话是需要做大量试验进行定量讨论的。
最后，说说SS7C，先声明我手头没有SS7C，只能是从理论上来推理：我觉得对于SS7C来说，不考虑重量因素的话，首先是只有4根动轴8个动轮，然后因为橡胶圈的安装方式采用了每个转向架装1个的做法，导致了有橡胶圈的这一位轮对的左右两个车轮的刚度严重不同，轮径也肯定有偏差（可能刚开始的时候有橡胶圈的大，后来磨着磨着就反而是这边小了），人为加剧了转向架的轮压不均匀性和轮径误差带来的阻力。这可能是问题的根源。

以上为个人见解，欢迎共同讨论。

asoya

楼上的说法有些问题，因为轮对是有一定的活动空间，四个轮子虽然理论上不在一个平面，但因为受到重力作用，牙箱结构压在轮对中间部分，车轮有一定上下活动，就会有一定变形，四个轮子还会在一个平面上（除非该平面极度扭曲，但实际上相比线路凹凸不平来说还是影响很小），如将一个轮子拆掉，架子就立马会倾斜。相反，如果C0的中间轮对拆掉，机车照样可以行使。这就是本质的不同。

至于橡胶圈，因为橡胶圈对轨道的摩擦系数较高，即使一般有高低，两个轮对压力有所不同，但总的黏着重量是不会变的，因此该问题不是黏着下降的因素。有人提到中间轮对的阻力，实际上是微乎其微，比后面挂节车厢不知道小多少倍了。

TR-SHA

呵呵，四个轮子是不可能在一个平面上的，楼上的看来是没有理解LZ和我所说的。