谁能来个科普贴，说说不同的轴数和轴重对机车的影响

dongxuan1122

比如4轴，6轴，8轴在各方面的性能都有什么不同，对运用有什么样的影响、利弊。

saxy_52

不同轴数和轴重的机车用途不同，互相是不能拿来比影响的。例如客运电力机车，一般要求有较高的运行速度，而不要求很高的启动牵引力，而且轴重不宜过高，高轴重在高速的情况下对轨道是有负面影响的。所以一般4轴车（两轴转向架）是客运电力机车的基本布置。货运电力机车的要求是最高运行速度不高，但要求有较大的启动牵引力和粘着利用率，轴重大些使得机车粘着重量增大对增大启动牵引力有利。这样的要求一般在4轴车上也能实现，但是当出现了一些限制的时候，比如轴功率和轴重的比过大时就可能要考虑设计更多轴的机车了。

dongxuan1122

saxy_52 发表于 2013-6-7 15:31
不同轴数和轴重的机车用途不同，互相是不能拿来比影响的。例如客运电力机车，一般要求有较高的运行速度，而 ...

既然客运机车要求轴重不能过高，那么4轴这样较少的轴数反而会导致轴重比较高，对于客车的要求不相符，怎么回事呢？

089

dongxuan1122 发表于 2013-6-7 18:52
既然客运机车要求轴重不能过高，那么4轴这样较少的轴数反而会导致轴重比较高吧？怎么回事呢？

轴重=机车总重÷轴数

dongxuan1122

089 发表于 2013-6-7 20:51
轴重=机车总重÷轴数

所以说轴数少了，轴重会增加呀。这不符合客车高轴重在高速的情况下对轨道是有负面影响的要求啊

追忆者

感觉在使用交流传动技术之后，整个电传系统和电机的重量都减轻了很多，所以四轴客机得以流行（天朝除外）

dongxuan1122

追忆者 发表于 2013-6-7 23:41
感觉在使用交流传动技术之后，整个电传系统和电机的重量都减轻了很多，所以四轴客机得以流行（天朝除外）

机车重量小了，减少轴数可以增加轴重，提高粘着力，是吗？

wheremylove

dongxuan1122 发表于 2013-6-7 23:07
所以说轴数少了，轴重会增加呀。这不符合客车高轴重在高速的情况下对轨道是有负面影响的要求啊

请首先搞清楚一个问题：轴重是标准，不易改变。机车重量基本上是轴重的整数倍。

比如现在国铁的准高速客运电力机车轴重是21吨，那么造出来的机车，要么是4轴84吨，要么是6轴126吨。你搞个90吨的4轴，领导绝对不会批准。

wheremylove

dongxuan1122 发表于 2013-6-7 23:07
所以说轴数少了，轴重会增加呀。这不符合客车高轴重在高速的情况下对轨道是有负面影响的要求啊

对于一个运营商（在中国主要是铁总），某类机车的轴重基本上是固定的值，没什么可变的。

dongxuan1122

wheremylove 发表于 2013-6-8 00:47
对于一个运营商（在中国主要是铁总），某类机车的轴重基本上是固定的值，没什么可变的。

明白了，轴重就那么标准几种，需要高车重的话，主要靠增加轴数。这么看，25t轴重的车比21t、23.5t轴重的车在相同轴数的情况下车重也增加不了多少。

dongxuan1122

saxy_52 发表于 2013-6-7 15:31
不同轴数和轴重的机车用途不同，互相是不能拿来比影响的。例如客运电力机车，一般要求有较高的运行速度，而 ...

查了一篇关于30t轴重货车速度匹配的论文，明白你说的道理了：
1、随着轴重和速度的增加，轮与轨之间的相互作用不断增强，车辆对轨道结构的破坏作用及线路变形也随之加剧。
2、还有一个重要原因：轴重对脱轨系数存在影响。在直线轨道上，25t轴重的车轮脱轨系数大于21t轴重的脱轨系数，并且随着速度增加，有增大趋势。与21吨轴重车轮相比，30t轴重的车轮脱轨系数在60km/h-100km/h时增加趋势缓慢，但当速度达到110km/h时，脱轨系数大幅增加。100km/h是30t轴重火车在直线轨道上比较适宜的运行速度。
3、曲线线路对列车通过有严格限速，轮与轨之间作用力在弯道上比较大。随着轴重的增加，相同曲线半径下，轮与轨的冲角逐渐增加，轮与轨横向作用力随着轴重增加而增大。以轴重30t车为例，依据各项动力学指标，通过半径600m曲线时的速度可以取为60km/h。（建立的数学模型和图我就不贴了）。

      这样的话，客车为了能够达到较高速度，轴重一般不能太高的，在保证牵引粘着力的情况下，应该是轴重比较低的更好吧？牵引粘着力一般不需要太高，所以机车重量也不需要太高，所以轴数也不需要很多，4轴也足够，是这个道理吗？

wheremylove

欧洲的4轴机车，重量多在84~90吨之间，起动牵引力一般可以达到300千牛左右（直流车也能达到），youtube上有测试，往轨道上喷水，20‰上坡起动1000吨列车成功——DF4B也就这个水平。

国内的直流传动技术水平太差，6轴126吨重的客运机车，牵引力尚没有欧洲80多吨的小机车大。

dongxuan1122

wheremylove 发表于 2013-6-8 12:29
欧洲的4轴机车，重量多在84~90吨之间，起动牵引力一般可以达到300千牛左右（直流车也能达到），youtube上有 ...

主要是功率不足？

泡温泉的睡莲

dongxuan1122 发表于 2013-6-8 12:33
主要是功率不足？

粘着利用不行

saxy_52

wheremylove 发表于 2013-6-8 12:29
欧洲的4轴机车，重量多在84~90吨之间，起动牵引力一般可以达到300千牛左右（直流车也能达到），youtube上有 ...

嗯，楼上的引用和分析已是很严谨的了。只补充下第3点，曲线线路上作用力增大的原因是离心力（或向心力）的产生和变化。虽然一般曲线段都有所谓的“超高”（外侧轨道水平面比内侧轨道的高），但这些超高往往不足以补偿超速所带来的脱轨系数增大。轮与轨的冲角关系和机车或动车转向架的设计和轴距有关。

结论很正确，客运机车或高速动车组的轴重不能太高。为了保证足够的牵引粘着力，在不能提高轴重甚至必须减轻轴重的情况下分轴驱动或所谓分散动力是个好方法。客运机车或集中动力动车组中的动车头，由于其要求的牵引重量不是很高，4轴布局的设计虽可保证使用，但如果再往高速/轻轴重方向发展，比如350km/h以上的最高运行速度，分散动力或分散动轴布局是必然的方向。这也就是为什么我国引进的几种高速列车必须是分散动力布局的“动力分散型动车组”的原因了。

saxy_52

泡温泉的睡莲 发表于 2013-6-8 15:02
粘着利用不行

正确，是粘着利用差。

这个粘着利用好坏和转向架的设计和粘着控制的关系很大。好的转向架设计能够保证较小的轴重转移，通俗点说就是当动轴被驱动时同转向架上两轴之间的垂向作用力变化小。通常情况下，机车往前牵引运行时，前转向架的第一动轴总是“减重”，第二动轴总是“加重”，对整体机车而言，前转向架总是整体“减重”，后转向架“加重”。这种物理现象引发每个轴的轴重的不同变化，如果仍旧向它们施加同样的电压或频率（交流电传动），必然产生空转，所以需要“粘着控制技术”。好的控制技术能作出迅速调节，这也只能是在当今数字技术的条件下才能完成，直流机车上（包括欧洲的）是不存在这些技术的。

152mm

wheremylove 发表于 2013-6-8 00:45
请首先搞清楚一个问题：轴重是标准，不易改变。机车重量基本上是轴重的整数倍。

比如现在国铁的准高速 ...

SS8轴重貌似22吨总重88吨？

komachi275

saxy_52 发表于 2013-6-14 16:33
嗯，楼上的引用和分析已是很严谨的了。只补充下第3点，曲线线路上作用力增大的原因是离心力（或向心力）的 ...

大致赞同您说的~
不过我认为动力分散以及轻轴重两个层面应该分开讨论

轴重愈轻，每轴的最大出力就随之降低，因此轻轴重列车必须用更多的电动机布设来补偿损失的牵引力，此以日系的动车组为例子(CRH2-300)，动车一大堆出力却不怎样。

轴重稍大的好处就是可以适度地减少动车数量，对于后勤维修来说是一笔不小的助益，咱们CRH3都是欧洲标准的17吨轴重，跟集中的ETR500比起来没有比较轻(只不过动车比较多)。

回到头来，黏着力的主要来源就是轴重，假定都是全数轴电机的高度分散，轴重大的车出力就是比轴重小的车大，速度愈高阻力愈大，愈需要大量的牵引力抵抗，轻轴重的车子就吃鳖了，这也是为什么日本曾说过轮轨的极限在375的缘故，因为他们的轴重只有10~12吨。老法的世界最高速574虽然也是分散车，不过他是17吨轴重的。

saxy_52

komachi275 发表于 2013-6-15 17:24
大致赞同您说的~
不过我认为动力分散以及轻轴重两个层面应该分开讨论

轴重大小，动轴数多少，动力集中还是分散动力这些不同的组合不存在谁好谁坏的问题，哪一种方案更合理，更经济，车辆寿命更长，维修费用更低等因素决定了使用那种方案。当然也有技术发展的历史延续和发展等考量。比如楼上提到的德国铁路（DB）高铁动车组（CRH3的原型车是DB的ICE3），它的第一代高铁列车就是动力集中型的ICE1，其最高运行速度不到300km/h。但当DB定购ICE3的时候，由于其所要求的速度更高，并且在新的高速线上存在较大的坡道，动力集中型动车组的功率，轴重，速度等不能达到要求，这个时候西门子向DB提出了动力分散4动4拖的方案，其轴重仍保持17吨以下，最高运行速度330km/h。分散动力型动车组的另一个优点是旅客座位数高。

楼上的第二段概念有些混淆。物体在启动阶段和低速时，所谓粘着力或粘着牵引力是起到主要作用的，但当物体进入高速运行阶段，空气阻力是主要的阻力。此时用于克服列车运行阻力的牵引力远远小于启动时的牵引力。理想的关系曲线是个速度和牵引力关系的双曲线，即衡功率曲线。而运行阻力曲线则随着速度的增高而逐步增大，像一个带上弯钩的雪橇状。这两条曲线组成了机车牵引特性曲线。楼上的最后两句话必然引出轴重大可以速度高的结论，显然有偏颇。

wheremylove

saxy_52 发表于 2013-6-14 17:00
正确，是粘着利用差。

这个粘着利用好坏和转向架的设计和粘着控制的关系很大。好的转向架设计能够保证 ...

不必跟国内的科研人员一样纠结于减少轴重转移，说实话能改善的余地非常小。ND5机车的轴重转移量远大于国内DF4、SS3以后的任何一种机车，DF4和SS3的轴重转移量已经减小到8%以内，ND5却高达12%以上。

但是，因为配备了GE公司的SENTRY粘着控制系统，ND5在测试中表现的牵引力和实际的牵引能力都很强，同样138吨的DF4根本就比不过。