Равномерность нагрузок от колесных пар на рельсы.

Наибольшую силу тяги локомотива можно получить при равномерном распределении веса локомотива между движущими колесными парами, чтобы каждая из них развивала наибольшую силу тяги. В действительности достичь равномерных нагрузок от колесных пар на рельсы трудно. Если в статическом состоянии это можно сделать за счет регулирования рессорного подвешивания, то при реализации силы тяги (движении локомотива) возникает неизбежное перераспределение нагрузок.

Касательная сила тяги условного двухосного локомотива F_к = F_к1 + F_к2 (см.рис.3.2.4-1) приложена на уровне головки рельса, а силы сопротивления движению состава W действуют на локомотив через автосцепные приборы. Эти силы, направленные в разные стороны, приложены на плече h, равном высоте оси автосцепки над уровнем головок рельсов, и образуют так называемый опрокидывающий момент М_о, который разгружает переднюю по ходу колесную пару на величину DР и перегружает заднюю колесную пару на ту же величину.

Рис.3.2.5.2-1. Перераспределение нагрузок от колесных пар на рельсы

[ТЭТ] При постоянной скорости движения сила тяги F_к равна силе сопротивления составу W, а опрокидывающий момент М_о = F_к h = W h = DР L_б. Отсюда

, (3.2.5.2-1)

где L_б – база локомотива, м.

 

При уменьшенной нагрузке первая колесная пара раньше других потеряет сцепление с рельсами и будет ограничивать силу тяги локомотива. Поэтому в эксплуатации первая по ходу движения колесная пара обычно имеет повышенную склонность к боксованию.

[ТПДеев] Уменьшение сцепления от перераспределения нагрузок между колесными парами оценивают так называемым коэффициентом использования сцепного веса локомотива

, (3.2.5.2-2)

где Р_о – статическая нагрузка колесной пары, кН или кгс;
DP – дополнительная нагрузка (разгрузка) колесной пары от перераспределения статических нагрузок между колесными парами, кН или кгс.

 

Перераспределение нагрузок между осями во многом зависит от расположения тяговых двигателей относительно колесных пар. Например, при расположении их по схеме тепловоза ТЭЗ значениеh_сц изменяется в порядковом ряду осей по направлению движения: I - 0.888, II - 0.888, III - 1.195, IV - 0.805, V - 1.112, VI - 1.112, а по схеме тепловоза 2ТЭ116: I - 0.938, II - 0.938, III - 0.938, IV - 1.062, V - 1.062 VI - 1.062. Установлено, что одностороннее расположение тяговых двигателей подобно схеме 2ТЭ116 повышает силу тяги по сцеплению на 10 %.

[ОТП] Другими способами выравнивания нагрузок от колесных пар являются:

- применение бесшкворневых тележек, связанных с кузовом через наклонные тяги (электровозы ВЛ65 и ВЛ85);

- использование бесчелюстных букс, устраняющих трение при вертикальном перемещении рамы тележки относительно колесных пар за счет прогиба элементов рессорного подвешивания;

- использование противоразгрузочных устройств, увеличивающих вертикальные нагрузки на передние (разгружающиеся) колесные пары и снижающие нагрузки на задние. Подобная система, состоящая из воздушных цилиндров, установленных под кузовом, и через поршни, штоки и рычаги передающая силу сжатого воздуха на тележки, использована на восьмиосных электровозах ВЛ10, ВЛ11 и ВЛ80 всех индексов. Эти силы воздействуют на переднюю часть первой по ходу тележки каждой секции и через рессорное подвешивание - на первую колесную пару. Причем давление воздуха в цилиндрах, а следовательно, и сила нажатия на переднюю часть тележки иногда регулируются с помощью специального реле в зависимости от силы тяги электровоза.

[ТПДеев] Неравномерность статической нагрузки наблюдается и по колесам одной и той же оси (пары): из-за погрешности развески до 5 %, а от различной жесткости рессор - до 10 %.

4) Колебания надрессоренной части локомотива. Колебания надрессоренной части вызываются в основном прогибом рельсового пути и периодическими ударами колес на стыках рельс. При колебаниях кузова и тележек локомотива каждая колесная пара то разгружается, то перегружается вследствие прогиба рессор и пружин рессорного подвешивания. В момент разгрузки колесная пара может потерять сцепление с рельсом, а при перегрузке - восстановить его. Наступает так называемое прерывистое (перемежающееся) боксование. В том случае, когда сцепление не восстанавливается, начинается разносное боксование со значительным увеличением частоты вращения колесной пары.

Колебания локомотива, а, следовательно, и степень разгрузки колесных пар зависят от конструкции его экипажной части, жесткости рессорного подвешивания и характеристик гасителей колебаний, жесткости пути и наличия на нем неровностей (стыков), а также от скорости движения.

С увеличением скорости движения локомотива возрастает амплитуда колебаний, вызывающих снижение сцепления.