109 鐵路人員升資考試士級晉佐級 技術類(選試運轉理論大意) 運轉理論大意 考古題詳解

核心觀念

「行駛阻力」是列車在平坦、直線軌道上行駛時，阻礙列車前進的阻力。題目要求說明兩件事：阻力由哪些主要因素產生，以及阻力如何隨速度變化。

行駛阻力通常分為六類：

1. 軸承摩擦阻力：車軸與軸承接觸、相對運動時產生摩擦。
2. 車輪與鋼軌間的摩擦阻力：車輪滾動時，輪軌接觸與變形造成阻力；車輪踏面與鋼軌間的滑動也會增加阻力。
3. 空氣阻力：車頭推開空氣、車身與空氣摩擦，以及車尾氣流分離和渦流造成阻力。
4. 因動搖而發生的阻力：車輛行進時左右擺動、上下振動，造成車輪、輪緣及懸吊等部位的摩擦與能量損失。
5. 機械阻力：車輛走行與傳動機件運轉時，各部件間摩擦所產生的阻力。
6. 雜阻力：由車輛構造、軌道狀況、氣候等因素引起，難以單獨歸類的其他阻力。

解題方法

核心觀念

列車牽引力是動力車透過動輪傳給車輛、使列車前進的力；鋼輪與鋼軌間的黏著力，則是輪軌接觸處能傳遞牽引力而不發生滑動的最大摩擦力。動輪要把牽引力傳到鋼軌，必須依靠輪軌間的黏著作用，因此可用的牽引力受黏著力限制。

黏著力通常以動輪上的黏著重量乘以黏著係數表示：

其中，$\mu$ 為輪軌間黏著係數，$W_{\text{黏著}}$ 為動輪承受的重量。實際可用的牽引力不得超過此限值；若牽引力需求超出黏著力，輪軌便無法維持正常的滾動接觸。

解題方法

本題分兩部分作答：先說明牽引力與黏著力的限制關係，再說明牽引力超限的現象及預防方式。

正常牽引時，動輪轉動並藉輪軌黏著作用推動車輛；牽引力應控制在可用黏著力範圍內。當電力動力車輸出的牽引力過大，使動輪圓周方向的力超過輪軌間可提供的黏著力，輪軌便不能保持純滾動，動輪會在鋼軌上空轉（打滑）。這會使牽引力無法有效傳給列車，並造成輪軌磨耗；嚴重時還可能使車輪踏面擦傷、鋼軌受損。

避免方法

核心觀念

本題考查列車氣壓煞車的作用原理，以及煞車時如何處理車輛的動能。氣壓煞車以壓縮空氣作為傳遞力量的媒介；列車減速時，煞車裝置將車輛的動能轉為熱能，並不會自行將動能回收利用。

解題方法

列車氣壓煞車的基本作用過程如下：

1. 充氣與緩解：空氣壓縮機將壓縮空氣供給總風缸，並經由列車管充入各車輛的控制閥及副風缸。煞車緩解時，煞車缸內空氣排出，煞車閘瓦或煞車片離開車輪或煞車盤。
2. 施行煞車：司機操作煞車閥，使列車管壓力降低。各車輛的控制閥感受到列車管壓力變化後，將副風缸內的壓縮空氣導入煞車缸。
3. 產生制動力：煞車缸活塞推動煞車機構，使閘瓦壓住車輪，或使煞車片夾住煞車盤。接觸面產生摩擦力，形成與列車運動方向相反的制動力，使列車減速或停車。
4. 再充氣與緩解：煞車緩解後，煞車缸空氣排出，閘瓦或煞車片鬆開；

核心觀念

列車煞車時，煞車力經由車輪傳到鋼輪與鋼軌的接觸面，列車才能減速。此處可傳遞的煞車力受輪軌黏著力限制；當煞車力超過輪軌間可提供的黏著力，車輪就無法維持正常滾動，會被制動力鎖住並沿鋼軌滑動，稱為車輪滑走或滑行。

可用下式表示其基本關係：

其中，$\mu$ 為輪軌間黏著係數，$W$ 為車輪承受的垂直載重。當煞車力大於輪軌黏著力時，輪軌間便會發生相對滑動。

解題方法

本題要依序說明「煞車力過大造成的現象」與「避免方法」：

1. **現象：**車輪由滾動轉為滑動，形成車輪滑走。車輪持續在同一位置磨擦鋼軌，可能造成車輪踏面擦傷或扁平，並損傷鋼軌；車輪滑走也會使有效煞車效果降低，增加停車距離。
2. **避免：**控制煞車力，使其不超過當時輪軌可提供的黏著力；