) Полное сопротивление движению. Основное сопротивление движению, страница 3

При расчетах увеличением основного сопротивления движению при v= 0 пренебрегают, так как в эксплуатации оно преодолевается за счет значительного запаса силы тяги, которым обладает, как правило, подвижной состав городского электрического транспорта  (ГЭТ).

Сопротивление воздушной среды W_{o аэр}. При движении подвижной состав испытывает сопротивление воздушной среды. При этом, с одной стороны, происходит непосредственное трение воздуха о наружные поверхности подвижного состава. С другой стороны, воздушные массы получают ускорение от лобовой и хвостовой поверхностей поезда, а также от неровностей его боковых поверхностей. Массы воздуха получают ускорение и накапливают кинетическую энергию, которая в дальнейшем расходуется на трение между отдельными слоями воздуха.

Аэродинамическими исследованиями движения тела неизменяемой формы в воздухе установлено, что при постоянной скорости движения составляющая основного сопротивления W_oаэр приблизительно пропорциональна произведению квадрата скорости на площадь поперечного сечения подвижного состава S:

где С_х — коэффициент обтекаемости, который определяется, как правило, опытным путем.

Для подвижного состава небольшой длины характерным размером S является наибольшая площадь поперечного сечения кузова головного вагона.

Как показали проведенные исследования, от формы движущегося тела при одной и той же площади его поперечного сечения существенно зависит сопротивление воздушной среды. Путем изменения формы кузова можно в значительной степени снизить коэффициент обтекаемости. Этим самым можно уменьшить сопротивление движению   и,   следовательно,   расход   электрической   энергии.

Следует отметить, что составляющая W_{0 аэр} при относительно низких скоростях движения (до 40 - 50 км/ч) мала по сравнению с W_oтр. Поэтому на городском транспорте обтекаемые формы (с хорошей аэродинамикой) придают только скоростному подвижному составу.

Для подземных линий метрополитена условия взаимодействия подвижного состава и воздушной среды отличаются от условий для наземного транспорта. Двигаясь в тоннеле, поезд выталкивает воздух подобно поршню в насосе. При этом перед поездом возрастает давление воздуха, а позади его образуется разрежение. Одновременно воздух перемещается навстречу движению поезда по зазору между ним и стенками тоннеля, что создает относительно большое сопротивление движению, даже при низких скоростях движения.

Для подземных линий метрополитена сопротивление от взаимодействия поезда и воздушной среды в тоннеле является составляющей основного сопротивления движению. Для наземного городского транспорта сопротивление воздуха в тоннеле относится к дополнительному сопротивлению движения.

Сопротивление движению от уклона

Когда подвижной состав движется по прямолинейному уклону, то, помимо горизонтального, он совершает вертикальное перемещение. Составляющая силы тяжести, направленная по движению подвижного состава, зависит от крутизны пути и является силой сопротивления движению от уклона Wi(рис. 2.).

Уклон профиля пути, выраженный в тысячных долях, (‰)

,                                                (1)

где, согласно рис.

,                                    (2)

h_к  и  h_н – высоты соответственно в конце и начале уклона, м; l – длина рассматриваемого участка пути с уклоном, м.

Рис. 2. Определение сопротивления движению от уклона

Подставляя выражение (2) в выражение (1), получим, ‰

Следовательно, уклон, выраженный в ‰, - это число метров высоты, приходящихся на 1 км горизонтальной длины пути. Сопротивление движению подвижного состава от уклона, кН,

.

На реальном профиле пути подъемы не превышают 2 – 2.5⁰, поэтому можно принять, что . Тогда сопротивление движению от уклона, кН,

, или, Н,

.

Удельное сопротивление движению от уклона, Н/кН,

.                                                             (3)

Как следует из выражения (3), удельное сопротивление движению от уклона численно равно уклону в тысячных долях и не зависит ни от скорости, ни от типа подвижного состава. Формула (3) выведена при движении на подъеме. Но она будет справедлива и для движения на спуске. На спуске составляющая силы тяжести направлена по движению подвижного состава и является ускоряющей силой. Это учитывается в формуле (3) тем, что на спусках значение уклона i является отрицательным.