1 / 34

鐵路工程

行車 運轉. 鐵路工程. 鐵路車輛. 車軸配置. 黏著力 摩擦係數 動軸軸重 輪重轉移 防空轉裝置 滑上型脫軌 爬上型脫軌. Source: 軌道 工程技術講義 , 高速鐵路工程籌備處 , 1993 . 阻力. 慣性 重力 摩擦 空氣 轉向. starting resistance, acceleration resistance Grade resistance Train resistance Wind resistance Curve resistance. Tractive effort = T rain resistance.

zurina
Download Presentation

鐵路工程

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 行車運轉 鐵路工程

  2. 鐵路車輛 • 車軸配置

  3. 黏著力 • 摩擦係數 • 動軸軸重 • 輪重轉移 • 防空轉裝置 • 滑上型脫軌 • 爬上型脫軌

  4. Source: 軌道工程技術講義, 高速鐵路工程籌備處, 1993

  5. 阻力 • 慣性 • 重力 • 摩擦 • 空氣 • 轉向 • starting resistance, acceleration resistance • Grade resistance • Train resistance • Wind resistance • Curve resistance

  6. Tractive effort = Train resistance F = W = Wf + Wi + Wa + Wb Running resistance:rolling on a straint and level track Acceleration resistance:force to accelerate the train Gradient resistance:force due to weight of the trainset on a gradient • Resistance of wheels • Friction of bearings • Air resistance Curve resistance:additional resistance during curves

  7. Running (train) Resistance • Internal resistance (列車機件間活動摩擦損耗) • Axle loading related • Journal friction • Rolling resistance • Track resistance • Speed related • Flange friction • Oscillation, swaying • Square of speed related • Air resistance

  8. Axle loading related • Journal friction : 軸頸(承)阻力 • 重量大，溫度低，阻力係數大。 • 冬天起步阻力大，一段時間後，阻力變小。 • David‘s equation Rj = 1.3wn + 29n • Rolling resistance : 輪軌間摩擦力，接觸面壓平效應 • 因素複雜，金屬種類、表面狀況(乾淨、潮濕、油漬、鏽蝕、、) • fr = f (rolling) 金屬摩擦係數 • Track resistance • 重壓之下軌道變形，車輪前緣呈隆起狀，形同爬坡。 • Rtr = f(track structure) • 重軌或減輕車重=> Stiffness increase=> deflection/bending decrease 成功大學郭振銘老師攝

  9. Speed related Square of speed related • Flange resistance : comes from hunting action • swaying, oscillation • 與車廂底盤輪軸距離成反比。 • 不易量測，通常以Train resistance減去Journal friction 和Air resistance。 • Air resistance : 在無風狀況下之空氣阻力 • 與車速平方成正比，與車廂斷面積成正比 = CAV2(CAV2／wn) C : experimental coefficient A : cross section V : train speed w : weight per axle n : number of axles • Running (Train) Resistance Models

  10. Gradient resistance (坡度阻力) • 距離與垂直距離之比， ‰ • 1000公尺水平距離高差10公尺之坡度為 10/1000 (10 ‰) • F = W sin≒W tan(很小)≒ W／1000 = W坡度 Example: train resistance = 4.5 lb/ton 坡度 = 8 ‰, 總阻力 = 4.5 lb/ton + 0.008 * 2000 lb/ton = 20.5 lb/ton 若全車重 5000 ton 平地阻力 => 5000*4.5 = 22500 lb 爬 8 ‰ 坡度時 => 5000*20.5 = 102500 lb v F q a 1000 W

  11. 歐洲鐵路坡度 • 荷鐵平原線(NSplain line) :5‰ • 荷鐵特例 :16‰ • Gotthard :27‰ • TGV (Paris-Lyon) :35‰ • 德鐵主幹線(DBmain lines) :12‰ • 德鐵次級線(DBsecondary) :40‰ • cf. 阿里山森林鐵路 :62.5‰ • 台鐵 :25 ‰ • 台灣高鐵 :35 ‰

  12. Acceleration resistance 加速阻力 • F = [1000 W/g ] × a = 102 Wa => f = 102 a • 考慮損耗，f = ( 1 + 6%) × 102 a = 108 a • f = 30 a [km/h/sec]f = 4.17 (v22-v12)/s • 啟動阻力(starting resistance) • 主要源自於慣性、journal resistance(低溫時) • 風阻力(wind resistance)：因風向多變，分析估計困難。 • External resistance ：除克服車輛行進之阻力外，為其他功能而對動力增加之額外負擔

  13. Curve resistance 彎道阻力 • 火車於通過彎道時，必須克服之阻滯力。主要來自flange與rail接觸面之摩擦 • 因離心力，外側輪緣與鋼軌摩擦 • 彎道鋼軌對輪軸產生扭力 m: 鋼輪與鋼軌摩擦係數 G: 軌距(m) L: 固定軸距(m) R: 彎道半徑(m)

  14. 因彎道而產生之支出及經濟效益 • 軌枕 :因應額外阻力與高磨損率，需質料佳的重枕(or混凝土枕) • 鋼軌 : 彎道處之鋼軌材質要求較高，尤其外側軌條 • 扣件 : 扣件增加,部份路段加入墊鈑,減低彎道枕木的損壞。 • 道渣 : 因彎道增加之道渣主要用於填築超高度 • 勞力 : 昇高外側軌條至超高,佈設彎道,安裝額外扣件,墊鈑。 • 維修費用: 彎道的維修費用通常明顯高於興建費用

  15. Equivalent Grade • 將彎道阻力換算成為“等效坡度” • 換算比率 r  1彎道阻力相當於 r ‰ 之坡度阻力 • 8%o 之坡度上，同時有 6彎道 • 則 effective gradient = 8 + 6*0.4 = 10.4 ‰ • If 3000 ton列車爬坡上限=6 ‰ ，同時有 3彎道 • 機車動力必須克服 6 + 0.4*3 = 7.2 %o 阻力 ＞ 6 ‰ • 必須減緩坡度為 6 - 1.2 = 4.8 ‰

  16. 機車牽引重量 • 牽引桿牽引力 • 引擎出力 -- 牽引桿(draw bar)間有馬力損失 • T0 = T –Rl • 牽引重量 • W = T0/g • g = Davis Equation • 均衡速度 (balancing speed) • 牽引能力與阻力相等時之速度 機車運轉阻力(internal, journal, rolling, ….)

  17. Source: 黃民仁，新世紀鐵路工程學，文笙書局，2007

  18. Tractive force 阻力 Resistance on 40%0 Resistance on level 速度

  19. 機車牽引定數 (nominal tractive capacity) • 定義 • 機車在某種坡道上以規定均衡速度運轉時，所能牽引的重量。 • 速度與載重間的取捨 • 在不同速度與運行時間下之牽引能力 • 速度低 -- 阻力小、牽引力大 -- 牽引定數大 • 速度高 -- 阻力大、牽引力小 -- 牽引定數小

  20. 支配坡度 • 路線中影響載重能力最大的坡道 • 不一定是最陡的坡道 • 接近車站的坡道往往可能控制全線載重能力 • 影響因素 • 實際坡度大小 • 坡道長度 • 入坡速度 • 坡道上之計畫速度

  21. Momentum grade Velocity head Source: Hay, William W., Railroad Engineering，John Wiley & Sons，1982

  22. Source: Hay, William W., Railroad Engineering，John Wiley & Sons，1982

  23. 假想坡度 (Virtual grade) • 實際坡度 –入坡動能轉換之坡度 • Momentum grade

  24. 上坡牽引定數 • 選定速度(客車速度高、貨車速度低) • 以牽引重量vs速度圖查出牽引重量 • 依實際狀況修正公佈 • 運轉曲線(velocity profile) • 計算站間的合理運轉時間 • 操作車輛之依據 • 檢討牽引定數是否合理

  25. Conservative design: use 70% of momentum • 適合將動能納入坡度設計嗎？ • 連結器間的碰撞耗損能量 • 坡道上突發狀況 • 只視為安全係數較恰當 • Velocity head • 利用動能與位能間的轉換，將動能呈現於縱斷面圖上，便於了解列車爬坡能力與地形關係

  26. Source: 黃民仁，新世紀鐵路工程學，文笙書局，2007

  27. Source: Hay, William W., Railroad Engineering，John Wiley & Sons，1982

  28. 坡度起伏變化的影響 • 行車速度 • 牽引重量(定數) • 列車長度(連結器受力、側向力、、) Source: Hay, William W., Railroad Engineering，John Wiley & Sons，1982

  29. 影響列車運轉的因素 • 速度、重量、地形、經濟、安全 • 路線地形的關鍵 • 最大坡度、坡道長度、坡度間隔、列車長度 • 營運因素 • 整體運量(班車間隔)、運行策略(速度為上？)

  30. 號 誌 系 統 概 觀 Slide

  31. Source : http://www.railway-technical.com/sigtxt2.shtml

  32. Source : http://www.railway-technical.com/sigtxt2.shtml

  33. 成功大學郭振銘老師攝 計軸器的磁性探測頭及其接線箱（黃色盒）

  34. 成功大學郭振銘老師攝

More Related