第2章-列车运行阻力

1、1 2 定义及分类定义及分类 n定义：列车与外界相互作用产生的与列车运行定义：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。方向相反、阻碍列车运行的外力。 n列车运行阻力，按列车运行阻力，按组成方式组成方式，可分为机车运行，可分为机车运行 阻力和车辆运行阻力。阻力和车辆运行阻力。 nWW+ W n列车运行阻力，按列车运行阻力，按产生的原因产生的原因，可分为基本阻，可分为基本阻 力和附加阻力。力和附加阻力。 n基本阻力：机车、车辆，基本阻力：机车、车辆， W0，W0， W0 n附加阻力：列车，附加阻力：列车， Wi ， Wr ， Ws 3 列车运行阻力分类列车运行阻力分类 n

2、列车运行阻力，按列车运行阻力，按作用范围作用范围，可分为总，可分为总 阻力和单位阻力。阻力和单位阻力。 n（1）总阻力：作用在机车、车辆或列车）总阻力：作用在机车、车辆或列车 上全部重量上的阻力。上全部重量上的阻力。W kN n（2）单位阻力：平均到机车、车辆或列）单位阻力：平均到机车、车辆或列 车每车每kN重力上的阻力。重力上的阻力。w N/kN 4 单位阻力单位阻力 n机车单位阻力机车单位阻力 (NkN) n车辆单位阻力车辆单位阻力 (NkN) gP W w 3 10 gG W w 3 10 5 本章主要内容本章主要内容 n列车阻力的产生及影响因素列车阻力的产生及影响因素 n基本阻力基本阻

3、力 n附加阻力附加阻力 n加算坡道加算坡道 n阻力的阻力的计算方法计算方法 6 1 基本阻力基本阻力 概念概念: n列车在列车在空旷地段空旷地段沿沿平直道平直道运行时所受的阻力。运行时所受的阻力。 特点特点: n在列车运行过程中任何时候都存在。在列车运行过程中任何时候都存在。 n列车在平直道上运行只有基本阻力。列车在平直道上运行只有基本阻力。 n用下标用下标“0”表示。表示。 成因成因: n机车、车辆各零部件之间；机车、车辆各零部件之间； n机车、车辆表面与空气；机车、车辆表面与空气； n车轮与钢轨之间的摩擦与冲击。车轮与钢轨之间的摩擦与冲击。 7 1 基本阻力基本阻力 一、基本阻力的组成一、

4、基本阻力的组成 (1) 轴承阻力轴承阻力 (2) 滚动阻力滚动阻力 (3) 滑动阻力滑动阻力 (4) 冲击和振动阻力冲击和振动阻力 (5) 空气阻力空气阻力 8 1 基本阻力基本阻力 一、基本阻力的组成一、基本阻力的组成 1) 轴承阻力轴承阻力 ii r fQ R rQRf ii 9 (1)轴承类型。滚动、滑动轴承类型。滚动、滑动 影响摩擦系数的因素：影响摩擦系数的因素： 10 (2)润滑油的影响。润滑油的影响。 粘度降低，系数降低粘度降低，系数降低 (3) 列车运行速度。列车运行速度。 随速度升高，系数先随速度升高，系数先 下降后升高下降后升高 (4)轴颈表面的单位压力：压力增大，系轴颈表面

5、的单位压力：压力增大，系 数降低数降低 影响摩擦系数的因素：影响摩擦系数的因素： 11 摩擦系数变化曲线摩擦系数变化曲线 12 基本阻力的组成基本阻力的组成(续续) n2) 滚动阻力滚动阻力 13 3) 滑动阻力滑动阻力 (1)车轮踏面与轨面各接触点的直径不相等。车轮踏面与轨面各接触点的直径不相等。 14 3) 滑动阻力滑动阻力 n(2)同一轮对的两个车轮直径不同。同一轮对的两个车轮直径不同。 15 n(3)轮对组装不正确，也要引起车轮在钢轮对组装不正确，也要引起车轮在钢 轨上发生纵向和横向滑动。轨上发生纵向和横向滑动。 3) 滑动阻力滑动阻力 16 (4)列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻力

6、。列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻力。 3) 滑动阻力滑动阻力 17 基本阻力的组成基本阻力的组成(续续) n4)冲击和振动阻力冲击和振动阻力 n5)空气阻力空气阻力 n空气阻力由空气阻力由列车速度列车速度、列车外形列车外形和和截面截面 积积等因素决定。等因素决定。 Wa = Cxv2/2 Cx 空气阻力系数；空气阻力系数； 列车最大截面积；列车最大截面积； 空气密度；空气密度； v 列车的相对速度列车的相对速度。 18 空气阻力系数与物体形状的关系图空气阻力系数与物体形状的关系图 Cx = 1Cx = 1/41/5Cx = 1/20 19 总阻力的构成总阻力的构成 20 10km/h100

7、km/h240km/h 轴承阻力轴承阻力 滚动阻力滚动阻力 90%30%20% 滑动阻力滑动阻力 冲击和振动阻力冲击和振动阻力 8%30%25% 空气阻力空气阻力 2%40%55% 总阻力的构成总阻力的构成 21 二、列车运行中基本阻力的计算二、列车运行中基本阻力的计算 n单位基本阻力的计算公式：为列车运行单位基本阻力的计算公式：为列车运行 速度的二次三项式。速度的二次三项式。 nw0A+Bv+Cv2 (N/kN) nA、B、C为试验测定的常数。为试验测定的常数。 nv km/h 22 1) 机车单位基本阻力公式机车单位基本阻力公式 (1)电力机车电力机车 SSl、SS3、SS4型型 w0 =

8、2.25+0.0190v+0.000320v2 SS7型型 w0 =1.40+0.0038v+0.000348v2 SS8型型 w0 =1.02+0.0035v+0.000426v2 6K型型 w0 =3.25+0.0092v+0.000308v2 8G型型 w0 =2.55+0.0083v+0.000212v2 23 (2)内燃机车内燃机车 DF型型: w0 = 2.93+0.0070v+0.000271v2 DF8型：型： w0 = 2.40+0.0022v+0.000391v2 ND5型：型： w0 = 1.31+0.0167v+0.000391v2 ND2型：型： w0 = 2.98+

9、0.0202v+0.000033v2 24 2) 货车单位基本阻力的计算公式货车单位基本阻力的计算公式 滚动轴承重货车滚动轴承重货车 w0 0.92+0.0048v+0.000125v2 滑动轴承重货车滑动轴承重货车 w0 1.07+0.0011v+0.000 236v2 油罐重车专列油罐重车专列 w0 0.53+0.0121v+0.000 080v2 空货车空货车(不分类型不分类型) w0 2.23+0.005 3v+0.000 675v2 25 2)货车单位基本阻力的计算公式货车单位基本阻力的计算公式 n空重混编空重混编的货车按的货车按重量加权平均重量加权平均的方法的方法 计算单位基本阻力

10、。计算单位基本阻力。 n公式： 26 3) 客车单位基本阻力的计算公式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。客车不分空车、重车，也没有滚承、滑承之分。 公式如下：公式如下： 21,22型客车型客车 w0 1.66+0.0075v+0.000 155v2 25B、25G型客车：型客车： w0 1.82+0.0100v+0.000 145v2 快速单层客车快速单层客车w0 1.61+0.0040v+0.000187v2 快速双层客车快速双层客车w0 1.24+0.0035v+0.000157v2 27 4)国内动车组单位基本阻力计算公式国内动车组单位基本阻力计算公式

11、 n先锋号电动车组：先锋号电动车组： n中原之星电动车组：中原之星电动车组： n中华之星高速电动车组：中华之星高速电动车组： 2 0 1.650.00010.000179wvv 2 0 1.280.00120.000195wvv 2 0 1.160.005340.000182wvv 28 空气阻力；空气阻力； v 列车速度；列车速度； 空气密度；空气密度； A 列车横截面面积；列车横截面面积； 头车压力阻力系数；头车压力阻力系数； 列车侧面气动摩擦系数列车侧面气动摩擦系数 d 列车动力直径；列车动力直径； l 列车长度。列车长度。 日本新干线高速列车的空气阻力日本新干线高速列车的空气阻力 )(

12、 2 1 2 l d CAvD dpa a D dp C 29 需要注意以下问题：需要注意以下问题： (1)基本阻力的试验基本阻力的试验都是在运行速度不小于都是在运行速度不小于 10km/h、外温不低于、外温不低于-10、风速一般不大、风速一般不大 于于5m/s的条件下进行的。的条件下进行的。 (2)低速低速运行时列车阻力变化比较复杂，所以当运行时列车阻力变化比较复杂，所以当 v10km/h时，计算基本阻力，规定按时，计算基本阻力，规定按 v=10km/h计算。计算。 (3)装载装载轻浮货物轻浮货物的车辆，凡不足标记载重的车辆，凡不足标记载重50 的可按空车，达到标记载重的可按空车，达到标记载

13、重50及其以上的可及其以上的可 按重车计算其单位基本阻力。按重车计算其单位基本阻力。 (4)对于对于高速列车高速列车及无缝长钢轨的线路，阻力公及无缝长钢轨的线路，阻力公 式应相应改变。式应相应改变。 30 三、机车、车辆起动单位基本阻力三、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，摩停留时，轴颈与轴承间的油量减少，摩 擦系数增大，阻力增大；擦系数增大，阻力增大； (2)列车起动时滚动阻力增大；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；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。加

14、速阻力的存在：克服惯性。 31 三、机车、车辆起动单位基本阻力三、机车、车辆起动单位基本阻力(续续) 2) 起动单位基本阻力的计算：起动单位基本阻力的计算： (1)机车起动单位基本阻力机车起动单位基本阻力wq，电力和内燃机车，电力和内燃机车 wq值均取值均取5N/kN。 (2)车辆起动单位基本阻力车辆起动单位基本阻力wq: 滑动轴承货车：滑动轴承货车：wq= 3+0.4iq (NkN)式式 中中 iq起动地点的加算坡度千分数。起动地点的加算坡度千分数。 n当计算结果当计算结果wq 5NkN时，应按时，应按wq=5N kN取值。取值。 滚动轴承货车取滚动轴承货车取3.5NkN。 n滑动轴承货车和

15、滚动轴承货车取值不同？滑动轴承货车和滚动轴承货车取值不同？ 32 2 附加阻力附加阻力 组成：组成： n坡道附加阻力坡道附加阻力 n曲线附加阻力曲线附加阻力 n隧道附加阻力隧道附加阻力 33 ni = BC/AC ni = BC/ACl0001000tan n由于由于很小，所以很小，所以i = 1000tan 1000sin n坡道单位附加阻力：坡道单位附加阻力： nwi =Wi/q = qsin 1000/q =1000sin i 一、坡道附加阻力一、坡道附加阻力 34 二、曲线附加阻力二、曲线附加阻力 1) 产生的原因：产生的原因： (1) 由于离心力和外轨超高，车轮沿钢轨的横向由于离心力

16、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。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，使车轮沿钢轨的纵曲线内外钢轨半径不等，使车轮沿钢轨的纵 向滑动增加。向滑动增加。 (3) 车体不断转动，转向架内部的摩擦加剧。车体不断转动，转向架内部的摩擦加剧。 35 曲线附加阻力曲线附加阻力 （续）（续） 2) 计算公式计算公式: wr= A/R (N/kN) n我国标准轨距曲线附加单位阻力的计算我国标准轨距曲线附加单位阻力的计算 公式为：公式为： n wr = 600/R (N/kN) n如果已知曲线的中心角如果已知曲线的中心角a及弧长及弧长(即曲线即曲线 长度长度)

17、Lr，则，则 nLr =L-(L1+L2)/2或或Lr =Ll r r L a w 5.10 36 三、隧道附加空气阻力三、隧道附加空气阻力 1) 隧道内有限制坡道时隧道内有限制坡道时 ws Ls v2l07 (N/kN) 2)隧道内无限制坡道时隧道内无限制坡道时 ws 0.00013Ls (N/kN) 37 四、其他附加阻力四、其他附加阻力 因气候条件引起的阻力因气候条件引起的阻力 n大风大风 n严寒严寒 38 五、加算附加阻力五、加算附加阻力 n定义：用单位加算附加阻力定义：用单位加算附加阻力 wj 表示因线表示因线 路条件产生的单位附加阻力之和，即：路条件产生的单位附加阻力之和，即： n

18、wj = wi + wr + ws (N/kN) n加算坡道的坡度千分数为：加算坡道的坡度千分数为： ij =i + wr + ws n即即 sj L R ii00013.0 600 00013.0 5.10 s r j L L ii 39 六、计算加算附加阻力注意的问题六、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）假设列车为质点时：加算到坡道 A 当曲线长当曲线长(隧道隧道)坡长坡长 B 曲线长曲线长(隧道隧道) 坡长坡长 通用式：通用式： n或或 i s s i r j L L w L L R ii 600 i s s i j L L w L ii 5.10 i r r

19、 L L R w 600 R w r 600 40 2）设列车为质量带时：加算到列车）设列车为质量带时：加算到列车 A 当曲线长当曲线长(坡道、隧道坡道、隧道)列车长列车长 B 曲线长曲线长(坡道、隧道坡道、隧道) 列车长列车长 Lc列车长列车长 n通用式：通用式： c s s c r c i j L L w L L RL L ii 600 c r r L L R w 600 R w r 600 六、计算加算附加阻力注意的问题六、计算加算附加阻力注意的问题 41 例：例：求加算坡道和列车单位附加阻力求加算坡道和列车单位附加阻力 42 3 列车运行阻力计算列车运行阻力计算 1) 列车运行总阻力列车运行总阻力 (kN) 2) 列车运行单位阻力列车运行单位阻力 (N/kN) 3 000 10