牵引计算-二运行阻力

1、第二章第二章 列车运行阻力列车运行阻力定义及分类定义及分类 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。 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。 WW+ W 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。 基本阻力：机车、车辆，基本阻力：机车、车辆， W0，W0， W0 附加阻力：列车，附加阻力：列车， Wi ， Wr ， Ws列车运行阻力分类列车运行阻力分

2、类 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。 （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 （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单位阻力单位阻力 机车单位阻力机车单位阻力 (NkN) 车辆单位阻力车辆单位阻力 (NkN)gPWw 310gGWw 310本章主要内容本章主要内容 列车阻力的产生及影响因素列车阻力的产生及影响因素 基本阻力基本阻力 附加阻力附加阻力 加算坡道加算坡道 阻

3、力的阻力的计算方法计算方法1 基本阻力基本阻力概念概念: 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: 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。 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。 用下标用下标“0”表示。表示。成因成因: 机车、车辆各零部件之间；机车、车辆各零部件之间； 机车、车辆表面与空气；机车、车辆表面与空气； 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。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(2) 滚动阻力滚动阻力(3) 滑动阻力滑

4、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iirfQRrQRfii(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：(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：摩擦系数变化曲线摩擦系数变化曲线基本阻力的组成基本

5、阻力的组成(续续) 2) 滚动阻力滚动阻力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。3) 滑动阻力滑动阻力 (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。 (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(4)列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻力。列车的蛇行运动引起轮轨间产生摩擦阻力。3) 滑动阻力滑动阻力基本阻力的组成基本阻力的组成(续续) 4)冲击和振动阻力冲击和振动阻力 5)空气阻力空气阻力 空气阻力由空气阻力由列车速度列车

6、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。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总阻力的构成总阻力的构成10km/h100km/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二、列车运行中基本阻力的计算二、列车

7、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。 w0A+Bv+Cv2 (N/kN) A、B、C为试验测定的常数。为试验测定的常数。 v km/h1) 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 =2.25+0.0190v+0.000320v2SS7型型 w0 =1.40+0.0038v+0.000348v2SS8型型 w0 =1.02+0.0035v+0.000426v26K型型 w0 =3.25+0.0092v+0.000308v28G型型 w0 =2.55+

8、0.0083v+0.000212v2(2)内燃机车内燃机车 DF型型: w0 = 2.93+0.0070v+0.000271v2DF8型：型： w0 = 2.40+0.0022v+0.000391v2ND5型：型： w0 = 1.31+0.0167v+0.000391v2ND2型：型： w0 = 2.98+0.0202v+0.000033v22) 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 w

9、0 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 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 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。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

10、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 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 先锋号电动车组：先锋号电动车组： 中原之星电动车组：中原之星电动车组： 中华之星高速电动车组：中华之星高速电动车组：201.650.00010.000179wvv201.280.00120.000195wvv201.160.005340.000182wvv 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

11、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)(212ldCAvDdpaaDdpC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、风速一般不大于、风速一般不大于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，

12、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的的可按空车，达到标记载重可按空车，达到标记载重50及其以上的可按及其以上的可按重车计算其单位基本阻力。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，阻力公式及无缝长钢轨的线路，阻力公式应相应改变。应相应改变。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

13、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。加速阻力的存在：克服惯性。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)式中式中 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。

14、当计算结果当计算结果wq Lr，可根据阻力机械功相等的原则计算，则有600rrcLwLR600 (N/KN)rrcLwRL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) 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 大风大风 严寒严寒 五、加算附加阻力五、加算附加阻力 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： wj

15、= wi + wr + ws (N/kN) 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 即即 sjLRii00013.0600 00013.05.10srjLLii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： 或或issirjLLwLLRii600issijLLwLii5.10irrLLRw600Rwr6002）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

16、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 通用式：通用式：csscrcijLLwLLRLLii600crrLLRw600Rwr600六、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(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=0.00013Ls=0.000130=0 所以 wj=ijiwr十ws=-6+0.48+0=-5.52(N/kN) 6000.00013jLriiLsRLc 60060060

17、00.48(/)500 1500rLrwN kNRLc3 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) （2-1）2) 列车运行单位阻力列车运行单位阻力 (N/kN) (2-2)300010)()( giGPwGwPWWWjjjjiGPwGwPiww 000)(3) 列车起动总阻力列车起动总阻力 (kN) (2-3) 对电力、内燃机车牵引的滚动轴承货车：对电力、内燃机车牵引的滚动轴承货车： (kN) (2-4)3010)()( giGPwGwPWWWqqqjqq310)5 . 3 ()5 (giGiPWqqq例题例题 SS3型电力机车牵引型电力机车牵引G=40

18、00t滚动轴承重滚动轴承重货物列车，求在货物列车，求在6上坡道起动时的总阻上坡道起动时的总阻力。以及在该坡道上以力。以及在该坡道上以70km/h的速度牵的速度牵引运行时，列车基本阻力、单位基本阻引运行时，列车基本阻力、单位基本阻力、总阻力和单位总阻力为多少？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)9.8110-3=387.7kN(2) 已知G=4000 t，P=138t，查表得 w0=5.15NkN， w0 =1.87NkN， 分别 代入(21)或（2 2）式得 W0=(1385.15+40001.87)9.81 10-3 =80.4kN0138 5.154000 1.871.97/1384000wN KN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)9.8110-3 =323.9kN代入（2-2）得列车单位总阻力