列车运行阻力直接影响列车运行速度与列车质量的优化,并与列车能耗密切相关,此外,列车阻力还是选择配置牵引动力的基本参数,因此,合理的、确切的剖析与认定既有列车运行阻力具有重要的现实意义。有鉴于铁路列车提速的紧迫性和列车高速化的大趋势,既有列车阻力能否有条件的外延,或者说能否提供更高速度下的可信阻力值,还具有重要的发展意义。
1 现状:
无论在专用线路 (如环行线 ) 或营业线路上采用动力计法 (多为推送法,含瞬时及平均距离间隔两种处理方式 ,为避免动力计测力精度影响,不优先推荐 ) 或溜放法试验测定为数众多的不同速度下基本阻力值,都形成随速度上升变化的较宽离散带,单位基本阻力带宽可达 2N。 kN- 1或以上,即其波动幅度约为± 1 N。 kN- 1或更大, 这还不包括若干偏离更大的“飞点”。
2 思索:
1998年 “牵规” 提供了一批新的客货车辆和机车的单位基本阻力公式,也保留了部分原有车辆和机车的单位基本阻力公式,反映了铁路技术装备的更新和技术水平的进步。
( 1) 为类型众多的货车提供三个重车阻力公式 (滚动及滑动轴承和油罐车专列 ) 和一个不分车型的空车阻力公式。 除煤车、罐车和保温车等专列外,具体列车以混编居多,有些列车 (如轻浮货物 ) 介于空重车之间,实际应用时存在着如何取舍的问题。
( 2) 为现有客车提供 4个阻力公式,有无相应关系,能否简统化,其中快速双层客车横断面积和质量都较大 , 但因有局部流线化措施 (如下部有裙边包覆 ) ,其单位基本阻力较小。
( 3) 为利于试验和应用 ,“牵规” 将各机车阻力统一按惰行取值,考虑到机车质量在全列车中所占份额不大 (约 5%~ 10% ),这就牵涉到机车阻力能否简化的问题。
1 阻力源和基本阻力的构成
除研制中的磁浮列车外,现行列车均属轮轨粘着牵引方式。列车在运行中存在着轮轨耦合,外层与空气耦合 (气动效应 ) 以及电力牵引时的弓网耦合等关系,这即是阻力源也是噪声源,一般而言,减小阻力和降低噪声是相辅相成的。
2 气动阻力的分析
列车运行时,与静止空气产生相对运动。列车头部前面空气被冲压,形成正压,空气绕流至列车尾部时产生涡流,形成负压,前后压差产生压差阻力。列车四周表面 (含车顶及下部 ) 与空气摩擦产生表面摩擦阻力。此外 ,列车外露装置及突出部导致气流分离产生干扰阻力。压差 (型面 ) 阻力、表面摩擦阻力和干扰阻力构成气动阻力。气动阻力与列车 (含机车车辆 )流线化程度、表面粗糙度以及外露和突出部是否屏蔽整流等因素以及列车长度有关。
( 1) 运行速度 v < 90 km。 h- 1,均无流线化措施。
( 2) 车型多,最大横断面积差别较大,尤其是敞车(含煤车、砂石车) 和平车受装载货物影响大。
( 3) 空重车质量差别大,二者质量比约为 1 /3。5~ 1 /4 (保温车、家畜车等除外,其空重车质量比可达 1 /2或更大 )。
( 4) 除专列外,大部分列车车型混编,而且前后次序随机性大。
( 5) 列车长度 (或混编辆数 ) 有差别,重载列车更长,辆数更多。
( 6) 还有少量滑动轴承货车存在。
( 1) 速度达到一定水平,除个别动车组外,最高为快速单层或双层客车达 160 km h- 2。
( 2) 除快速双层客车下部包覆外,没有重大流线化措施。
( 3) 除双层客车横断面积较大外(约 13m2 ),其余客车横断面积约为 9.5m2。
( 4) 车型不同,单层客车载客量在32~ 118人之间,即相当载质25 t~ 9 t,对客车轴质影响不太大,除双层客车的轴质q。≤ 15. 5t外,其他客车约为12 t~ 13.8 t。
( 5) 旅客列车基本是固定编组,辆数约为14~ 20辆,餐车和行李车各占一辆。
( 6) 全部客车均已滚动轴承化。