第2章-列车运行阻力

1、12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 ， Ws3列车运行阻力分类列车运行阻力分类n列车运行阻力，按列车

2、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 kNn（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/kN4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)gPWw 310gGWw 3105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

3、算方法61 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。71 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) 滑动阻力滑动阻力(4)

4、 冲击和振动阻力冲击和振动阻力 (5) 空气阻力空气阻力81 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iirfQRrQRfii9(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

5、阻力的组成(续续)n2) 滚动阻力滚动阻力133) 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。143) 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。 15n(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。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

6、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 = 1/2019总阻力的构成总阻力的构成2010km/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

7、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/h221) 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

8、.000308v28G型型 w0 =2.55+0.0083v+0.000212v223(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+0.000033v2242) 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

9、+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 252)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。计算单位基本阻力。n公式：263) 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+

10、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 274)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：201.650.00010.000179wvv201.280.00120.000195wvv201.160.005340.000182wvv28 空气

11、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)(212ldCAvDdpaaDdpC29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

12、，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

13、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+0.4i

14、q (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=5NkN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？322 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 33ni = BC/ACni = 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 = qsi

15、n 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

16、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)Lr，则，则 nLr =L-(L1+L2)/2或或Lr =LlrrLaw5.1036三、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

17、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：nwj = 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 sjLRii00013.0600 00013.05.10srjLLii39六、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issirjLLwLLRii6

18、00issijLLwLii5.10irrLLRw600Rwr600402）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：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423 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)30