這隨著服務(wù)的類(lèi)型而變化。對(duì)于城市間的客運(yùn)和貨運(yùn)列車(chē)，推動(dòng)列車(chē)上坡和獲得預(yù)定時(shí)間的功率是及其重要的。對(duì)于通勤和高速交通服務(wù)，功率要求中一個(gè)重要的因素是快速加速的需要。對(duì)于私人高速運(yùn)輸，速度相對(duì)較低，但是功率必須足以快速加速到所需的速度。對(duì)于所有服務(wù)類(lèi)型，功率必須足以克服坡度、曲線(xiàn)和滾動(dòng)阻力。運(yùn)行時(shí)間的要求、服務(wù)的頻率和運(yùn)行的成本必須全部考慮。

1 列車(chē)運(yùn)動(dòng)阻力

由升坡產(chǎn)生的坡度阻力，對(duì)于每噸列車(chē)等于20倍的百分比坡度。從而，在1.5%的坡度上，坡度阻力是301b/ton; 在1.0%的坡度上，為20lb/ton; 在0.5%坡度上，為10lb/ton。在下坡坡度中，相同的力加速列車(chē)，必須由制動(dòng)加以控制。

曲線(xiàn)阻力是通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)，引導(dǎo)和滑動(dòng)車(chē)輪所需的附加阻力。通常認(rèn)為曲線(xiàn)阻力等于每度彎曲是0.04%坡度阻力。從而，在4°曲線(xiàn)上，曲線(xiàn)阻力將是每噸列車(chē)0.04×20×4=3.2lb。在限制坡度上通過(guò)減少相對(duì)于曲線(xiàn)的長(zhǎng)度的坡度來(lái)補(bǔ)償曲率是一種慣例。因而，如果在一條線(xiàn)路上相對(duì)于曲率補(bǔ)償?shù)南拗破露仁?.5%，在計(jì)算功率要求時(shí)，不需要對(duì)曲線(xiàn)阻力給予考慮，因?yàn)樗呀?jīng)包括在坡度中了。鋼軌潤(rùn)滑器的使用使曲線(xiàn)阻力減少大約二分之一。曲線(xiàn)阻力在下降坡度上趨于減速列車(chē)。

滾動(dòng)阻力或列車(chē)阻力是對(duì)于水平直軌上的列車(chē)運(yùn)動(dòng)的阻力。列車(chē)阻力受到速度、車(chē)軸上的重量和軌道特點(diǎn)的影響。因?yàn)橄鄬?duì)較小，最后一個(gè)因素通常　被忽略。帶有滾動(dòng)軸承時(shí)，起動(dòng)阻力較小，但是列車(chē)起動(dòng)之后，對(duì)于滾柱式和整體式軸承，列車(chē)阻力大致一樣。例如，對(duì)于帶有整體式軸承的車(chē)廂，起動(dòng)阻力可以達(dá)20lb/ton，但是一旦車(chē)廂處于運(yùn)轉(zhuǎn)中時(shí)，列車(chē)阻力變成5lb/ton; 在滾動(dòng)軸承上同樣的車(chē)廂將具有與低速運(yùn)行時(shí)相同的起動(dòng)阻力，51b/ton。

2 列車(chē)阻力公式

有幾個(gè)公式用于計(jì)算列車(chē)阻力。戴維斯公式 (W.J.Davis，Jr.，《電動(dòng)機(jī)車(chē)和車(chē)廂的牽引阻力》，通用電動(dòng)機(jī)回顧，1926.10) 是由幾個(gè)調(diào)查人得到的代表性結(jié)果。依照AREA 《鐵道工程手冊(cè)》，對(duì)于5～40mi/h的速度，戴維斯公式給出了滿(mǎn)意的結(jié)果。不過(guò)，增大的尺寸和較重的貨運(yùn)車(chē)廂加載，貨運(yùn)列車(chē)更高的運(yùn)行速度以及自公式形成的車(chē)廂類(lèi)型的變化使得更改戴維斯方程式中的常數(shù)是合理的。新近的試驗(yàn)證明了使用下列修改的戴維斯公式改良的結(jié)果：

(19.19)

式中 R——阻力 (lb/ton);

W——軸負(fù)重 (ton);

N——每個(gè)車(chē)廂的軸數(shù);

V——速度 (mi/h);

K——空氣阻力系數(shù)，對(duì)于傳統(tǒng)的貨運(yùn)列車(chē)設(shè)備，0.07; 平板車(chē) (背負(fù)式運(yùn)輸) 拖車(chē)，0.16; 平板車(chē)集裝箱，0.0935。

方程中的最后一項(xiàng)KV2/WN，表示了由于列車(chē)速度產(chǎn)生的空氣阻力。在高速下，這成為列車(chē)阻力中一個(gè)主要因素，考慮車(chē)廂的橫斷面面積、車(chē)廂設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)性能、空氣密度以及風(fēng)速和方向是必要的。

關(guān)于高速客運(yùn)業(yè)務(wù)這個(gè)主題的詳細(xì)論述，參見(jiàn)J.L.Koffman《多部件機(jī)車(chē)拖運(yùn)客運(yùn)列車(chē)的牽引阻力》 (鋼軌工程國(guó)際性組織，1973.4—5)。作者建議下列公式作為用于英國(guó)和大陸鐵路的現(xiàn)代客運(yùn)列車(chē)設(shè)備的代表：

(19.20)

式中 R——傳統(tǒng)客運(yùn)列車(chē)的總牽引阻力 (kg);

W——列車(chē)整體重量 (mton);

n——列車(chē)中的臥車(chē)數(shù)量;

V——列車(chē)速度 (km/h)。

有效的機(jī)車(chē)和臥車(chē)最大截面視為10m2，基于速度達(dá)100mi/h的機(jī)車(chē)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，方程 (19.20) 假定一個(gè)0.6的空氣阻力系數(shù)。使用某些對(duì)空氣動(dòng)力特性給予很少考慮的車(chē)廂設(shè)計(jì)，對(duì)于8車(chē)廂列車(chē)，認(rèn)為空氣阻力系數(shù)高達(dá)1.85。另一方面，對(duì)于249.5m長(zhǎng)的10臥車(chē)Tokaido列車(chē)，對(duì)其在風(fēng)洞中做了大量的模型試驗(yàn)以得到良好的空氣動(dòng)力特性，認(rèn)為空氣阻力小至0.97。美國(guó)鐵路協(xié)會(huì)繼續(xù)在測(cè)試新的設(shè)備并更新數(shù)值。

在以超過(guò)100mi/h的速度運(yùn)行的車(chē)輛的設(shè)計(jì)中，考慮空氣動(dòng)力特性是非常重要的，因?yàn)樵谶@些高速下，空氣阻力造成大量的滾動(dòng)阻力，并隨著速度的平方增大。

3 計(jì)算運(yùn)行時(shí)間和燃油消耗量

在新建工程或現(xiàn)有路線(xiàn)的修改的不同路線(xiàn)的相對(duì)合意性對(duì)比中，運(yùn)行時(shí)間和燃油消耗量是有用的數(shù)據(jù)。運(yùn)行時(shí)間可以通過(guò)速度剖面方法計(jì)算。

在這個(gè)方法中，加速力 (lb/ton) 通過(guò)從機(jī)車(chē)的牽引拉桿力特征中減去水平軌道上的列車(chē)阻力計(jì)算。從起動(dòng)到最大允許運(yùn)行速度，這個(gè)計(jì)算關(guān)于5mi/h的增量重復(fù)進(jìn)行。因?yàn)槠露茸枇κ?0lb/ton(見(jiàn)第1節(jié))，加速力可以通過(guò)除以20變?yōu)橐粋�(gè)等值坡度。路線(xiàn)的實(shí)際剖面繪于顯示高度一距離的圖表中。在同一張圖表中，對(duì)于每個(gè)速度增量，等值坡度繪于點(diǎn)之間，對(duì)其實(shí)際坡度和等值坡度之間的垂直差值等于速位差。對(duì)任何速度的速位差 (ft) 是

VH =0.035V2 (19.21)

其中，V是速度，單位為mi/h。這個(gè)公式將列車(chē)歸于其速度的動(dòng)能和其車(chē)輪中的旋轉(zhuǎn)能量表示為歸于高度的等效勢(shì)能。同樣的程序適用于減少速度或停止的制動(dòng)。象征等值坡度的一系列線(xiàn)就是速度剖面 (列車(chē)性能計(jì)算的詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)《鐵道工程手冊(cè)》，美國(guó)鐵道工程和線(xiàn)路養(yǎng)護(hù)協(xié)會(huì))。在為線(xiàn)路完成速度剖面之后，通過(guò)把關(guān)于增量的平均速度行駛距離的每個(gè)增量所需的時(shí)間加起來(lái)得到運(yùn)行時(shí)間�？梢允褂糜�(jì)算機(jī)來(lái)簡(jiǎn)化和加速所需的計(jì)算。

機(jī)車(chē)工作在全容量、部分容量或漂移中的時(shí)間可以由速度剖面來(lái)確定。將每個(gè)時(shí)段乘以相應(yīng)的特殊機(jī)車(chē)使用燃料的速率就產(chǎn)生燃油消耗量�？梢杂糜谟�(jì)算燃油消耗量的另一種方法是首先計(jì)算出做的總功，這是由克服滾動(dòng)阻力所做的功加上在升坡上的重力阻力所做的功、加上曲率產(chǎn)生的阻力所做的功而成。從這個(gè)總數(shù)中應(yīng)當(dāng)減去在下降坡度上的重力能量，但是由于剎車(chē)的應(yīng)用產(chǎn)生的能量損失 (速位差) 應(yīng)當(dāng)添加到總功中。

總功 (ft·lb) 可以通過(guò)乘以4 (25%的效率)并除以9千萬(wàn) (每加侖柴油的能量ft·lb數(shù)) 變?yōu)椴裼偷募觼鰯?shù)。