牵引计算-二运行阻力.ppt

第二章列车运行阻力 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 W W 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 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 WkN 2 单位阻力 平均到机车 车辆或列车每kN重力上的阻力 wN kN 单位阻力 机车单位阻力 N kN 车辆单位阻力 N kN 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 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 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 1基本阻力 一 基本阻力的组成1 轴承阻力 1 轴承类型 滚动 滑动 影响摩擦系数的因素 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 摩擦系数变化曲线 基本阻力的组成 续 2 滚动阻力 3 滑动阻力 1 车轮踏面与轨面各接触点的直径不相等 3 滑动阻力 2 同一轮对的两个车轮直径不同 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 4 列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻力 3 滑动阻力 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 列车外形和截面积等因素决定 Wa Cx v2 2Cx 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 空气阻力系数与物体形状的关系图 Cx 1 Cx 1 4 1 5 Cx 1 20 总阻力的构成 总阻力的构成 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 w0 A B v C v2 N kN A B C为试验测定的常数 v km h 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 000320v2SS7型w0 1 40 0 0038v 0 000348v2SS8型w0 1 02 0 0035v 0 000426v26K型w0 3 25 0 0092v 0 000308v28G型w0 2 55 0 0083v 0 000212v2 2 内燃机车 DF型 w0 2 93 0 0070v 0 000271v2DF8型 w0 2 40 0 0022v 0 000391v2ND5型 w0 1 31 0 0167v 0 000391v2ND2型 w0 2 98 0 0202v 0 000033v2 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 0048v 0 000125v2滑动轴承重货车w0 1 07 0 0011v 0 000236v2油罐重车专列w0 0 53 0 0121v 0 000080v2空货车 不分类型 w0 2 23 0 0053v 0 000675v2 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 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 000155v225B 25G型客车 w0 1 82 0 0100v 0 000145v2快速单层客车w0 1 61 0 0040v 0 000187v2快速双层客车w0 1 24 0 0035v 0 000157v2 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 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 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v 10km 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 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 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 kN 2 车辆起动单位基本阻力wq 滑动轴承货车 wq 3 0 4iq N kN 式中iq 起动地点的加算坡度千分数 当计算结果wq 5N kN时 应按wq 5N kN取值 滚动轴承货车取3 5N kN 滑动轴承货车和滚动轴承货车取值不同 2附加阻力 组成 坡道附加阻力wi曲线附加阻力wr隧道附加阻力ws 一 坡道附加阻力wi 列车在坡道上运行时 除基本阻力外 还受到重力沿轨道方向的分力的影响 这个分力就是坡道附加阻力 通常 线路坡道的坡度以坡段终点对起点的高度差与两点间水平距离的比值千分率计算 以i 表示 规定取至二位小数 则坡度的千分数为 i BC AC 1000 1000tan 利用相似三角形原理可求得坡道附加单位阻力wi 1000sin 由于铁路线路坡段得 角很小 所以可以认为sin tan 因此wi 1000sin 1000tan i 即机车 车辆的坡道附加单位阻力wi 在数值上等于该坡道的坡度千分数i 注 坡度千分数即为单位坡道阻力 坡道阻力分正负 上坡为正 下坡为负例如 i 6 则wi 6N KN i 6 则wi 6N KN 二 曲线附加阻力 1 产生的原因 1 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 2 试验公式A 试验常数 其值在450 800之间 我国取为600 R 曲线半径 如果已知曲线的中心角 及弧长 即曲线长度 Lr则中心角1度的弧长为 Lr 2 R 360 R 360 Lr 2 57 3 Lr 带入前式得 wr 600 R 10 5 Lr N kN 注 以上公式只限于列车长度Lc Lr的情况若Lc Lr 可根据阻力机械功相等的原则计算 则有 三 隧道附加空气阻力 1 隧道内有限制坡道时ws Ls v2 l07 N kN 2 隧道内无限制坡道时ws 0 00013 Ls N kN 四 其他附加阻力 因气候条件引起的阻力大风严寒 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 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 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 六 举例说明有一列车长1500米 在坡度为6 的下坡运行 坡内有一半径为500米 曲线长600米的曲线上运行 求其附加加算阻力 解 因为其中i 6 ws 0 00013 Ls 0 00013 0 0所以wj ij i wr十ws 6 0 48 0 5 52 N kN 3列车运行阻力计算 1 列车运行总阻力 kN 2 1 2 列车运行单位阻力 N kN 2 2 3 列车起动总阻力 kN 2 3 对电力 内燃机车牵引的滚动轴承货车 kN 2 4 例题 SS3型电力机车牵引G 4000t滚动轴承重货物列车 求在6 上坡道起动时的总阻力 以及在该坡道上以70km h的速度牵引运行时 列车基本阻力 单位基本阻力 总阻力和单位总阻力为多少 解 1 已知G 4000t iq 6 查表l一2得P 138t 代入 2 4 式得wq 138 5 6 4000 3 5 6 9 81 10 3 387 7kN 2 已知G 4000t P 138t 查表得w0 5 15N kN w0 1 87N kN 分别代入 2 1 或 2 2 式得W0 138 5 15 4000 1 87 9 81 10 3 80 4kN 将上述有关数据代入 2 1 得列车总阻力W 138 5 15 6 4000 1 87 6 9