（推荐）第2章-列车运行阻力

1、1,第二章 列车运行阻力,2,定义及分类,定义：列车与外界相互作用产生的与列车运行方向相反、阻碍列车运行的外力。 列车运行阻力，按组成方式，可分为机车运行阻力和车辆运行阻力。 WW+ W 列车运行阻力，按产生的原因，可分为基本阻力和附加阻力。 基本阻力：机车、车辆， W0，W0， W0 附加阻力：列车， Wi ， Wr ， Ws,3,列车运行阻力分类,列车运行阻力，按作用范围，可分为总阻力和单位阻力。 （1）总阻力：作用在机车、车辆或列车上全部重量上的阻力。W kN （2）单位阻力：平均到机车、车辆或列车每kN重力上的阻力。w N/kN,4,单位阻力,机车单位阻力 (NkN) 车辆单位阻力 (

2、NkN),5,本章主要内容,列车阻力的产生及影响因素 基本阻力 附加阻力 加算坡道 阻力的计算方法,6,1 基本阻力,概念: 列车在空旷地段沿平直道运行时所受的阻力。 特点: 在列车运行过程中任何时候都存在。 列车在平直道上运行只有基本阻力。 用下标“0”表示。 成因: 机车、车辆各零部件之间； 机车、车辆表面与空气； 车轮与钢轨之间的摩擦与冲击。,7,1 基本阻力,一、基本阻力的组成 (1) 轴承阻力 (2) 滚动阻力 (3) 滑动阻力 (4) 冲击和振动阻力 (5) 空气阻力,8,1 基本阻力,一、基本阻力的组成 1) 轴承阻力,9,(1)轴承类型。滚动、滑动,影响摩擦系数的因素：,10,

3、(2)润滑油的影响。 粘度降低，系数降低 (3) 列车运行速度。 随速度升高，系数先下降后升高 (4)轴颈表面的单位压力：压力增大，系数降低,影响摩擦系数的因素：,11,摩擦系数变化曲线,12,基本阻力的组成(续),2) 滚动阻力,13,3) 滑动阻力,(1)车轮踏面与轨面各接触点的直径不相等。,14,3) 滑动阻力,(2)同一轮对的两个车轮直径不同。,15,(3)轮对组装不正确，也要引起车轮在钢轨上发生纵向和横向滑动。,3) 滑动阻力,16,(4)列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻力。,3) 滑动阻力,17,基本阻力的组成(续),4)冲击和振动阻力 5)空气阻力 空气阻力由列车速度、列车外形

4、和截面积等因素决定。 Wa = Cxv2/2 Cx 空气阻力系数； 列车最大截面积； 空气密度； v 列车的相对速度。,18,空气阻力系数与物体形状的关系图,Cx = 1,Cx = 1/41/5,Cx = 1/20,19,总阻力的构成,20,总阻力的构成,21,二、列车运行中基本阻力的计算,单位基本阻力的计算公式：为列车运行速度的二次三项式。 w0A+Bv+Cv2 (N/kN) A、B、C为试验测定的常数。 v km/h,22,1) 机车单位基本阻力公式,(1)电力机车 SSl、SS3、SS4型 w0 =2.25+0.0190v+0.000320v2 SS7型 w0 =1.40+0.0038v

5、+0.000348v2 SS8型 w0 =1.02+0.0035v+0.000426v2 6K型 w0 =3.25+0.0092v+0.000308v2 8G型 w0 =2.55+0.0083v+0.000212v2,23,(2)内燃机车,DF型: w0 = 2.93+0.0070v+0.000271v2 DF8型： w0 = 2.40+0.0022v+0.000391v2 ND5型： w0 = 1.31+0.0167v+0.000391v2 ND2型： w0 = 2.98+0.0202v+0.000033v2,24,2) 货车单位基本阻力的计算公式,滚动轴承重货车 w0 0.92+0.004

6、8v+0.000125v2 滑动轴承重货车 w0 1.07+0.0011v+0.000 236v2 油罐重车专列 w0 0.53+0.0121v+0.000 080v2 空货车(不分类型) w0 2.23+0.005 3v+0.000 675v2,25,2)货车单位基本阻力的计算公式,空重混编的货车按重量加权平均的方法计算单位基本阻力。 公式：,26,3) 客车单位基本阻力的计算公式,客车不分空车、重车，也没有滚承、滑承之分。 公式如下： 21,22型客车 w0 1.66+0.0075v+0.000 155v2 25B、25G型客车： w0 1.82+0.0100v+0.000 145v2 快

7、速单层客车w0 1.61+0.0040v+0.000187v2 快速双层客车w0 1.24+0.0035v+0.000157v2,27,4)国内动车组单位基本阻力计算公式,先锋号电动车组： 中原之星电动车组： 中华之星高速电动车组：,28,空气阻力； v 列车速度； 空气密度； A 列车横截面面积； 头车压力阻力系数； 列车侧面气动摩擦系数 d 列车动力直径； l 列车长度。,日本新干线高速列车的空气阻力,29,需要注意以下问题：,(1)基本阻力的试验都是在运行速度不小于10km/h、外温不低于-10、风速一般不大于5m/s的条件下进行的。 (2)低速运行时列车阻力变化比较复杂，所以当v10k

8、m/h时，计算基本阻力，规定按v=10km/h计算。 (3)装载轻浮货物的车辆，凡不足标记载重50的可按空车，达到标记载重50及其以上的可按重车计算其单位基本阻力。 (4)对于高速列车及无缝长钢轨的线路，阻力公式应相应改变。,30,三、机车、车辆起动单位基本阻力,1) 起动基本阻力的形成原因 (1)停留时，轴颈与轴承间的油量减少，摩擦系数增大，阻力增大； (2)列车起动时滚动阻力增大； (3)轴箱温度降低，润滑油粘度增大； (4)加速阻力的存在：克服惯性。,31,三、机车、车辆起动单位基本阻力(续),2) 起动单位基本阻力的计算： (1)机车起动单位基本阻力wq，电力和内燃机车wq值均取5N/

9、kN。 (2)车辆起动单位基本阻力wq: 滑动轴承货车：wq= 3+0.4iq (NkN)式中 iq起动地点的加算坡度千分数。 当计算结果wq 5NkN时，应按wq=5NkN取值。 滚动轴承货车取3.5NkN。 滑动轴承货车和滚动轴承货车取值不同？,32,2 附加阻力,组成： 坡道附加阻力 曲线附加阻力 隧道附加阻力,33,i = BC/AC i = BC/ACl0001000tan 由于很小，所以i = 1000tan 1000sin 坡道单位附加阻力： wi =Wi/q = qsin 1000/q =1000sin i,一、坡道附加阻力,34,二、曲线附加阻力,1) 产生的原因： (1)

10、由于离心力和外轨超高，车轮沿钢轨的横向滑动及轮缘挤压钢轨的摩擦加剧。 (2) 曲线内外钢轨半径不等，使车轮沿钢轨的纵向滑动增加。 (3) 车体不断转动，转向架内部的摩擦加剧。,35,曲线附加阻力 （续）,2) 计算公式: wr= A/R (N/kN) 我国标准轨距曲线附加单位阻力的计算公式为： wr = 600/R (N/kN) 如果已知曲线的中心角a及弧长(即曲线长度)Lr，则 Lr =L-(L1+L2)/2或Lr =Ll,36,三、隧道附加空气阻力,1) 隧道内有限制坡道时 ws Ls v2l07 (N/kN) 2)隧道内无限制坡道时 ws 0.00013Ls (N/kN),37,四、其他

11、附加阻力,因气候条件引起的阻力 大风 严寒,38,五、加算附加阻力,定义：用单位加算附加阻力 wj 表示因线路条件产生的单位附加阻力之和，即： wj = wi + wr + ws (N/kN) 加算坡道的坡度千分数为： ij =i + wr + ws 即,39,六、计算加算附加阻力注意的问题,1）假设列车为质点时：加算到坡道 A 当曲线长(隧道)坡长 B 曲线长(隧道) 坡长 通用式： 或,40,2）设列车为质量带时：加算到列车 A 当曲线长(坡道、隧道)列车长 B 曲线长(坡道、隧道) 列车长 Lc列车长 通用式：,六、计算加算附加阻力注意的问题,41,例：求加算坡道和列车单位附加阻力,42,3 列车运行阻力计算,1) 列车运行总阻力 (kN) 2) 列车运行单位阻力 (N/kN),43,3) 列车起动总阻力 (kN) 对电力、内燃机车牵引的滚动轴承货车： (kN),44,例题,SS3型电力机车牵引G=3500t滚动轴承重货物列车，求在7上坡道起动时的总阻力。以及在该坡道上以30km/h的速度牵引运行时，列车基本阻力、单位