基本介紹
- 中文名：基本阻力
- 外文名：datum drag
- 類別：機械
計算方法,阻力的思考,現狀和思考,構成阻力係數,貨車單位,客車單位,阻力的測試,單托輥旋轉,膠帶運行,規律,
計算方法
- 機車和車輛單位基本阻力的計算
W0=a+bV+cV2 (N/kN)
V——列車運行速度（km/h）；
a、b、c——由試驗確定，因機車車輛類型結構而異。 - 列車基本阻力
列車基本阻力W0為機車基本阻力W0‘與車輛基本阻力W0‘’‘’之和。
阻力的思考
列車運行阻力直接影響列車運行速度與列車質量的最佳化，並與列車能耗密切相關，此外，列車阻力還是選擇配置牽引動力的基本參數，因此，合理的、確切的剖析與認定既有列車運行阻力具有重要的現實意義。有鑒於鐵路列車提速的緊迫性和列車高速化的大趨勢，既有列車阻力能否有條件的外延，或者說能否提供更高速度下的可信阻力值，還具有重要的發展意義。
現狀和思考
1 現狀：
無論在專用線路 (如環行線 ) 或營業線路上採用動力計法 (多為推送法，含瞬時及平均距離間隔兩種處理方式 ，為避免動力計測力精度影響，不優先推薦 ) 或溜放法試驗測定為數眾多的不同速度下基本阻力值，都形成隨速度上升變化的較寬離散帶，單位基本阻力頻寬可達 2N。 kN- 1或以上，即其波動幅度約為± 1 N。 kN- 1或更大， 這還不包括若干偏離更大的“飛點”。
2 思索：
1998年 “牽規” 提供了一批新的客貨車輛和機車的單位基本阻力公式，也保留了部分原有車輛和機車的單位基本阻力公式，反映了鐵路技術裝備的更新和技術水平的進步。
( 1) 為類型眾多的貨車提供三個重車阻力公式 (滾動及滑動軸承和油罐車專列 ) 和一個不分車型的空車阻力公式。 除煤車、罐車和保溫車等專列外，具體列車以混編居多，有些列車 (如輕浮貨物 ) 介於空重車之間，實際套用時存在著如何取捨的問題。
( 2) 為現有客車提供 4個阻力公式，有無相應關係，能否簡統化，其中快速雙層客車橫斷面積和質量都較大 ， 但因有局部流線化措施 (如下部有裙邊包覆 ) ，其單位基本阻力較小。
( 3) 為利於試驗和套用 ，“牽規” 將各機車阻力統一按惰行取值，考慮到機車質量在全列車中所占份額不大 (約 5%～ 10% )，這就牽涉到機車阻力能否簡化的問題。
構成阻力係數
1 阻力源和基本阻力的構成
除研製中的磁浮列車外，現行列車均屬輪軌粘著牽引方式。列車在運行中存在著輪軌耦合，外層與空氣耦合 (氣動效應 ) 以及電力牽引時的弓網耦合等關係，這即是阻力源也是噪聲源，一般而言，減小阻力和降低噪聲是相輔相成的。
2 氣動阻力的分析
列車運行時，與靜止空氣產生相對運動。列車頭部前面空氣被衝壓，形成正壓，空氣繞流至列車尾部時產生渦流，形成負壓，前後壓差產生壓差阻力。列車四周表面 (含車頂及下部 ) 與空氣摩擦產生表面摩擦阻力。此外 ，列車外露裝置及突出部導致氣流分離產生干擾阻力。壓差 (型面 ) 阻力、表面摩擦阻力和干擾阻力構成氣動阻力。氣動阻力與列車 (含機車車輛 )流線化程度、表面粗糙度以及外露和突出部是否禁止整流等因素以及列車長度有關。
貨車單位
( 1) 運行速度 v < 90 km。 h- 1，均無流線化措施。
( 2) 車型多，最大橫斷面積差別較大，尤其是敞車(含煤車、砂石車) 和平車受裝載貨物影響大。
( 3) 空重車質量差別大，二者質量比約為 1 /3。5～ 1 /4 (保溫車、家畜車等除外，其空重車質量比可達 1 /2或更大 )。
( 4) 除專列外，大部分列車車型混編，而且前後次序隨機性大。
( 5) 列車長度 (或混編輛數 ) 有差別，重載列車更長，輛數更多。
( 6) 還有少量滑動軸承貨車存在。
客車單位
( 1) 速度達到一定水平，除個別動車組外，最高為快速單層或雙層客車達 160 km h- 2。
( 2) 除快速雙層客車下部包覆外，沒有重大流線化措施。
( 3) 除雙層客車橫斷面積較大外(約 13m2 )，其餘客車橫斷面積約為 9.5m2。
( 4) 車型不同，單層客車載客量在32～ 118人之間，即相當載質25 t～ 9 t，對客車軸質影響不太大，除雙層客車的軸質q。≤ 15. 5t外，其他客車約為12 t～ 13.8 t。
( 5) 旅客列車基本是固定編組，輛數約為14～ 20輛，餐車和行李車各占一輛。
( 6) 全部客車均已滾動軸承化。
阻力的測試
膠帶在直線區段的運行阻力，是帶式輸送機運行阻力的主要成分。它包括基本阻力和傾斜輸送時的傾斜阻力。僅就基本阻 力進行分析，基本阻力由下列各種阻力組成：( l) 托輥旋轉阻力；( 2) 壓陷阻力；( 3) 膠帶反覆彎曲的變形阻力與物料的擠搓阻力；( 4) 組合阻力。
( l) 項阻力，是托輥運動部分旋轉而產生的阻力，它產生於相對運動處，計算時是變位到托輥表面：( 2 ) 、( 3 ) 、 ( 4) 項阻力，是膠帶在托輥表面作相對運動時產生的阻力，如能降低以上兩類阻力，可節省大量的電能。
單托輥旋轉
1 測試原理
測試的基本原理是：托輥外圓上搭放一 尼龍繩，繩的下端各懸掛G1一 G2 的重物，當順時針旋轉託輥心軸時 ，則托輥心軸給予托輥管體以順時針摩擦力，G1 為相遇點處將上升，G2 為分離點處則下降，設該摩擦力為F1，在 G1 邊逐次掛鈎碼，直至掛到G1、G2 兩邊高度相等的平衡狀態，即托輥外圓保持靜止不轉為止。
2 旋轉阻力公式推導
托輥旋轉阻力的計算公式與測試方法有密切關係， 測試托輥旋轉阻力的方法很多，根據測試原理可分吊線法、慣性法、滾動法、光學擺桿法、稱量法及平衡法等。採用平衡直接測量法 。設托輥內軸承阻力為f ，根據槓桿 ( 輪軸 ) 原理。可得計算公式為FIR= f r 。
膠帶運行
測試方法
膠帶運行基本阻力測試是在實驗室建成的線摩擦驅動帶式輸送機上設計了一種懸吊架測試裝置。
測試時把被測托輥10裝在托輥架11上，托輥架用柔軟的細鋼絲繩3與拉力感測器5以及鬆緊螺旋扣4 連線後懸吊在定滑輪2上。帶式輸送機橫樑上裝有阻力測 力感測器6，測試前把它調整到緊密接觸被測托輥架前端的平面上 ，當開動電機膠帶等速在托輥上運行時，由於膠帶與托輥間存在摩擦阻力則帶動托輥架向前移動。使托輥架緊緊頂在測力感測器上，感測器受力變形，並使貼在其上的電阻應變片變形，用電阻應變儀和示波器進行記錄測量， 該力就是托輥架 一段長度上膠帶運行的基本阻力。
規律
調車場內車輛溜放基本阻力和風阻力是設計各類減速器、減速頂調速系統的基礎，也是設計峰高和自動化駝 峰溜放車輛速度控制方案的基本參數。點連式調速系統的打靶坡度和連掛區坡度的設計，都依賴於這兩項阻力參數。
車輛溜放基本阻力的分布
鐵道部科學研究院運輸研究所1977年提出的《 車輛溜放基本阻力和道岔曲線附加阻力試驗研究報告》( 以下簡 稱《 阻力報 告》)，對大量車輛溜放基本阻力測試數據進行了回歸分析，得出車輛溜放基本阻力( W。) 。
《 阻力報告》認為，車場內各類貨車的基本阻力呈近似常態分配。1986年12月鐵道部科學研究院運輸研究所的 《 滾動軸承貨車溜放阻力的試驗研究 》 指出 ，在氣溫、車輛總重相同，平均溜放速度相差不大的情況下，其基本阻力值呈常態分配。
對數常態分配的物理模型意味著，某偶然現象 ( 這裡指基本阻辦 ) 由一連串相互獨立的正的偶然因素作用引起，若所有的因素取對數都很微小且相互獨立，根據中心極限定理，此偶然現象服從對數常態分配。
車輛溜放風阻力的分布
根據流體力學的理論，車輛溜放風阻力為隨機變數風速V風的函式，因此必須研究隨機變數V風的統計規律。顯然V風統計值的選擇是一個預測問題，即根據統計年度估算出幾十年的V風值。根據氣候理論，氣象參數 ( 包括 V 風 ) 應以日為統計單位。
在我國的氣象台站上，仍按16個方向觀測風向，由於在觀測時常偏重於八個主要方向( N、N E、E、S E、S、S w、W、N w)，觀測頻數較少，常有誤差，所以用16方向繪製的風向分配曲線，常有鋸齒形不規則變化。 為了平滑這種不均勻性，應把16個方向轉化為8個方向，方法是將中間的風向頻數平均分攤於左右八個主要方向上。這種方法不僅增加了八個基本方向的頻數樣本，提高了統計風速的精度，而且有利於對風速分布的研究。
車輛溜放總阻力是基本阻力和風阻力兩隨機變數之和，其密度函式繁鎖複雜，套用價值不大。在實際套用中，仍可分別計算基本阻力和風阻力，從而獲得車輛溜放總阻力。
