利用滚动台测量动车组机械阻力—速度曲线方法和原理的探讨.pdf

第34卷第2期
铁道机车车辆
Vol 34 N
2014年4月
RAILWAY LOCOMOIVE & CAR
A
2014
文章编号:1008-7842(2014)02-0041-02
利用滚动台測量动车组机械阻力一速度曲线方法和原理的探讨
倪平涛,余江
(广东南车轨道交通车辆有限公司技木部,广东江门529000)
摘要提出了利用滚动台测试车辆和动车组机械阻力的方法和原理,对比动车组在实际线路上的实测基本阻力
公式,可得到空气阻力及其公式,为分析基本阻力中机械阻力和空气阻力的大小和占比提供了一种途径
关键词动车组;滚动台;机械阻カ;空气阻力;占比;方法和原理
中图分类号:U266文献标志码:Adoi:10.3969/j.isn.10087842.2014.C2.10
动车组在运行过程中始终受到基本阻力的作用,为
利用滚动台测量机械阻力的方法和原理
评估其大小,在风速不大的情况下,一般利用列年在
测试方法
平直轨道上达到某一较高速度后惰行,测得各速度下的
将车辆放置在滚动台上,两端使用反力架拉紧,前
减速度后冉乘上包含列车凹转质量影响的计算质量,即后反力架上均安装拉力传感器,如图1所示
可得到表征基本阻カ特性的惰行阻力。将惰行阻力拟
合成一个以速度为变量的二次多顷式,一般认为其中的
拉力器
常数项和一次项是机械阻力、二次项为空气阻方。但由
于基本阻力的复杂性,这种简单的分割方法存在疑问,
机被阻力和空气阻力的大小和页献度难以令人信服
图1实车在邃动台上的示意图
本文提出一种利用滚动台驱动、实车被动滚动近似
在测试过程中,需要保迸两个反力架拉杆始终处于
测量机被阻力的方法,对比动车组的实测基本阻力公拉伸状态(対于测试动车的牵引力更是如此),这要求反
式,即可分离出空气阻力的贡献,为明确机械阻力和空力架的初始预紧力为4~6t或更大;拉力传感器应有足
气阻カ大小及其比例提供了一种方法,也为在试验室研够的精度;同时要求车辆与轨道轮尽量对中,使车辆车
究降低基本阻力提供了一种手段。
轮与轨道轮尽可能形成顶对顶的状态;另外,由于反力
1基本阻力的含义
架拉紧装置一般较长,需要在拉杆中部设置支撑,使拉
车辆或列车在明线直线轨道上运行过程中受到各杆和拉力传感器水平状态并在執道轮中心线正上方
种阻力之和称为基本阻力,其中最主要的是机车车辆的在试验台驱动、车辆被动滚动和施加与实际轨道和车辆
轴承阻力、车轮与钢轨之诃摩擦阻力、机车车辆和轨道前进速度相对应的不平顺时,前后反力架拉力传感器的
的各零部件及其相五作用引起的振动和冲击阻力、列车测试值相对零速初值将会产生增减,同一时刻增减力的
前后部和机车车辆表面及突出四人部分与空气之间的绝对值之和即为车辆所受到的机械阳力
相互作用阻力,在列车运行过程中这些阻力始终存在,
改变驱动速度,就可测出不同驱动速度下的机械阻
故称为基本阻力。列车在曲线上和隧道里还受到曲线力,得到单节车辆的机械阻力一速度曲线。
阻力和隧道阻力,以及在上坡道し受到的上坡阻力,这
测试方法的理论推导
些只是存在局部线路,分别称为曲线阻力、隧道力和
车辆在滚动台上时,前后两端被反力架拉紧,分别
坡道阻力这3种阻力统称为附加阻力2。基本阻力主。受到拉力F,及F的作用;同时,车辆在滚动台上不可
要由以ド5部分组威:①轴箱轴承阻が②在道上能完全形成轨道轮和车辆车轮的顶对顶状态,成多或少
车轮与钢轨的滚動摩擦阻力;③车轮与钢轨间的滑动存在偏差即上下坡,从总体上来讲,可认为4个轨道轮
阻力;④振动冲击阻力:包括机车车辆各部件间的振动处这种由丁轮轨法向力的水平分力朝某一方向,不失
摩擦和由于振动引起轮轨接触点附近钢轨下沉造成的般性,这里设定与车辆速度相同的前方,设这个合力为
局部上坡阻力⑤空气阻力
F、,并且认为这个力在测试过程中不变。设车辆所受阻
倪平游(1968)男,高级正稱师(修回日期:2013-10-23)
万方数据
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铁道机车车辆
第34卷
力为FR(由于为相对运动,这个力与实际线路上的阻力架的初始拉力是否发生变化,若发生变化,则以变化后
方向相反),受力分析如图2。对于轮轮横向力,由于拉零速条件下的初始值为基准值;正转测试后,可以进行
杆的横向角度变化很小,主要由滚动合的轨道轮承受,反转测试,此时以变化后稳定的初始拉力为基准值,反
可不考虑
转结果可以与正转结果进行比对,也可以将正反转的平
均值作为最终的阻力值。
对于测试动车组的机械阻力,将车辆从质量的最小
到最大排序,可将质量最小的车辆首先放置在滚动台
上,通过增加米袋或水袋等加裁方式来实现测试不同质
图2车辆受力分析图
量车辆的机械阻力,整列如8辆编组或16辆编组进行
设车辆两端的初始反力架拉力为F6、Fw,由于车累加,即可得到整列动车组的机械阻力和速度对应表,
辆被动滚动形成的阻力使F。、Fい发生变化,造成力的通过曲线拟合?就能得到一个以速度为变量的二次多项
增减,设这个变化量为6Fa、6Fb,即
式动车组的机械阻力公式或其他公式
Fg Fo+OFO Fh= FN+ OFT
(1)3动车组运行时的空气阻力
当滚动台和车辆无运动时,F、F、F、处于平衡状
通过上述方式得到的动车组自身机械阻力一速度
态,则有
曲线,对比列车在线路实测基本阻力一速度关系曲线,
FM = FIO--F
(2》重新离散化后相同速度的阻力值对应相减,可得到动车
当车辆被动滚动时,反力架两端的拉力F1、F、F。組在线路上的空气阻力一速度对应表,通过曲线拟合即
和Fg处于平衡状态,则有
可得到空气阻力一速度曲线。拟合方式可以有两种
Fb=Fi+F +FR
(3)种是含有常数项、速度一次项和二次项的多项式,另
由式(1)、(3)得
种是只含有速度二次项的单项式,该方式便于后期研究
F+おFs=Fo+6Fa+F、+Fx(4)和对比
由式(2)、(4)得:
这种计算将机械阻力和空气阻力分离,可清晰分析
おFm-6F句+Fg
(5)在动车组总阻カ中的机械阻力和空气阻力占比及其随
由图2可知:6F3为正值、おFo为负值,故式(5)可改运行速度的变化规律。伺时,可将动车组在实际线路上
写为式(6):
測试的基本阻力公式中的代表空气阻力的二次项与上
R=IOFR +I 6FBO I
(6)述两种拟合方式的空气阻力一速度曲线对比,发现其中
因此,车辆所受阻力的大小等于两端反力架的拉力的差异。
増减量的绝对值之和,每次结果测试不少于3次,最后4结東语
求平均值
提出了利用试验台测量车辆和动车组机械阻力及
对于动车或机车驱动滚动台的主动滚动则测试动动车与机车空气阻力的方法,并给出了相应的理论分
车或机车牵引力的大小同样等于两端反力架的拉力增析。通过与笑际线路测试的动车组基本阻力曲线对比,
减量的绝对值之和,推导过程与上述类似,这里不再可分离出动车组的空气阻力,明确动车组机械阻力和空
述,只是需要将反力架的初始拉力设为最大牵引拉力的气阻力在基本阻力中的占比,得到机械阻力、空气阻力
1.5~2倍,以保证反力架及其上的拉力传感器始终处同速度的关系式,为研究和降低机械阻力和空气阻力提
于