Силы сопротивления движению поезда (W).

Силы, действующие на поезд

Подразделяются на управляемые и неуправляемые.

Управляемые: сила тяги FK; сила торможения FT

Неуправляемые: сила инерции и сила сопротивления движения W.

В зависимости от соотношений этих сил, может изменяться характер движения поезда, то есть скорость движения.

2-ой закон Ньютона А=F/m – для поезда А = (FK –W)/m

Характер изменения движения

1. FK больше W – (поезд разгоняется) - условие разгона.

А= Fк-(W+FТ)/ mn

2. FK = W – условие равномерного движения с V=const.

3. FK < W – условие замедления движения.

4. 0 = FK< W +FТ – условие остановки поезда

 

Сила тяги электровоза.

На электровозах сила тяги создается с помощью ТЭД, которые преобразуют электрическую энергию в механическую вырабатывая вращающий момент.

Мвр = С_Е•Ф_ГП• Iя

Этот Мвр через тяговый редуктор М = 4,19, передается на КП в виде крутящего момента;

Мкр = М • Мвр,

где М - передаточное число тягового редуктора.

Это значит, что вращающий момент, передаваемый на КП, в 4,19 (для электровозов серии ВЛ80) раза больше момента двигателя.

Сила P, приложенная к центу оси, обеспечивает поступательное движение локомотива и называется силой тяги. Эта сила тяги от оси КП, через буксы передается на раму тележки, далее через шкворень на раму кузова и затем через стяжной ящик на СА-3. В тяговых расчетах условно принято силу тяги прикладывать на обод колеса в точку касания его с рельсом, и поэтому она называется касательной силой тяги Fk.

Сила Fк – приложенная к ободу колеса в точке касания его с рельсом, вызывает боксование, а Сила сцепления Fсц = 24тс, препятствует боксованию.

Момент, переданный КП, не может быть реализован в силу тяги, если в точке касания колеса с рельсом не будет сцепления (силы трения). Но т.к. КП прижата к рельсу нагрузкой от надрессорного строения, то в точке касания появляется сила сцепления пропорциональная нагрузке и коэффициенту трения между колесом и рельсом.

Тяговые характеристики.

Тяговой характеристикой называется графическая зависимость касательной силы тяги Fk от скорости движения V.

У любого локомотива между силой тяги (Fk) и скоростью (V) обязательно должна быть обратно пропорциональная зависимость, т.е. при увеличении скорости (V), сила тяги (Fk) должна уменьшаться и наоборот, а произведение Fk V = N, т.е. мощность локомотива должна при этом оставаться постоянной и использоваться полностью Fk•V=N=const. Так как обратно пропорциональная зависимость графически изображается гиперболой, то значит, тяговая характеристика у любого локомотива должна быть гиперболической, т.е. мягкой. На электровозах такая тяговая характеристика получается за счет применения ТЭД постоянного тока с последовательным возбуждением, которые имеют мягкую внешнюю характеристику. Фактически тяговая характеристика электровоза имеет явно выраженный гиперболический участок только в зоне рабочих скоростей движения (более 20 км/ч). На всех этих скоростях развиваемая электровозом сила тяги (Fk) ограничивается сцеплением КП с рельсами.

По тяговой характеристике видно, что с увеличением скорости движения сила тяги снижается. На характеристике нанесена кривая ограничения силы тяги (по сцеплению), значения часовой и длительной скорости и силы тяги.

Сила тяги электровозов ВЛ80;

F_T = 6,7• M• n, где;

М — вращающий момент двигателя,

n — количество двигателей, включенных в тягу.

В режиме тяги обязательно должно соблюдаться условие; сила тяги меньше или равна силы сцепления (F_Т < Fсц) – условие тяги. При нарушении этого условия, когда (F_Т > Fсц), начинается боксование. Вращающий момент двигателя

М =С•I_Я•Ф, где;

С — постоянная машины, I_Я — ток в обмотках якоря, Ф — магнитный поток полюсов, который зависит от тока возбуждения.

В результате расчета можно определить ток при трогании с места (не должен превышать I_Д=1100—1500А на ВЛ80С, на ЧС4 и ЭП1 —1400А).

 

Понятие о тормозной силе.

Сила нажатия колодок на КП при механическом торможении образуется за счет давления сжатого воздуха в ТЦ.

Если каждая колодка прижимается к вращающемуся колесу с силой К, то в месте контакта возникает сила трения Кφк, противодействующая вращению колеса. Эта сила передается в точку контакта, колеса и рельса в точку С.

Обе эти силы являются внутренними относительно поезда и не могут повлиять на характер его движения. Если колесо будет прижато к рельсу с силой q_о, то в результате сцепления колеса с рельсом сила Кφк, приложенная от колеса к рельсу и стремящаяся сдвинуть рельс по направлению движения, вызовет реакцию рельса В, равную силе Кφк (В = Кφк) и противоположно направленную.

Эта сила является внешней по отношению к поезду и называется тормозной силой.

 

 

Силы, действующие на поезд

Подразделяются на управляемые и неуправляемые.

Управляемые: сила тяги FK; сила торможения FT

Неуправляемые: сила инерции и сила сопротивления движения W.

В зависимости от соотношений этих сил, может изменяться характер движения поезда, то есть скорость движения.

2-ой закон Ньютона А=F/m – для поезда А = (FK –W)/m

Характер изменения движения

1. FK больше W – (поезд разгоняется) - условие разгона.

А= Fк-(W+FТ)/ mn

2. FK = W – условие равномерного движения с V=const.

3. FK < W – условие замедления движения.

4. 0 = FK< W +FТ – условие остановки поезда

 

Силы сопротивления движению поезда (W).

В процессе движения на поезд действуют различные силы, отличающие по величине, направлению и характеру действия.

Силы сопротивления движению делят на основные, действующие при движении поезда всегда, и дополнительные, возникающие только при движении по отдельным участкам пути или отдельные периоды времени (при преодолении подъемов, кривых участков пути, сил ветра, а также от низкой температуры наружного воздуха). Сумму сил основного и дополнительного сопротивлений называют общим сопротивлением движению поезда Wк.

Wк = W_ОСН + W_ДОП (кгс) - полное сопротивление движению

W = W P+Q (кгс/т) удельное сопротивление движению,

где:

Р – вес локомотива,

Q – вес состава

Основное сопротивление (Wо) действует все время движения и возникает:

1. От трения в буксах и других узлах ходовой части локомотива, состава.

2. От взаимодействия КП с рельсами.

3. От взаимодействия с окружающим воздухом.

Из формул видно, что основное удельное сопротивление Wo прямо пропорционально скорости движения V и обратно пропорционально нагрузке на ось в составе Q.

Поэтому экономически целесообразнее увеличивать веса поездов, а не скорость движения.

Поэтому, в полновесных груженых поездах, удельный расход электроэнергии на тягу значительно меньше, чем в легковесных порожних поездах.

Дополнительное сопротивление появляется только в отдельные моменты движения поезда и возникает:

— в условиях движения поезда по уклонам — От уклона профиля – определяют как Wi=i. где i – уклон в тысячных; для подъема берется i со знаком “+”, для спусков – со знаком “–“. При движении на подъем Wi = i (кгс/т) i- крутизна подъема в промилле (тысячных);,

— в кривых. От кривизны пути – появляется: вследствие отжатия поезда силами инерции в сторону внешнего рельса и возникновения трения гребней колес о боковую поверхность наружного рельса. При движении в кривых участках пути: Wkp = 700/Rкр кгс/т если длина поезда меньше длины кривой ln < lk (короткососставный.). W кр = 700 Sкр/Rкр ln кгс/т – если длина поезда больше длины кривой ln > lk (длинносоставный)

— трогания поезда с места. Повышение сопротивления при трогании поезда с места объясняется тем, что за время стоянки смазка в буксах между прижатыми деталями вытесняется в свободное пространство в буксах,а букса остывает, что приводит к повышению ее вязкости, особенно при низких температурах атмосферы, а также тем, что коэффициент трения покоя всегда больше коэффициента скольжения. длительная стоянка поезда зимой значительно повышает сопротивление движению при трогании.
— низких температур. При низких температурах сопротивление движению возрастает в основном за счет повышения вязкости смазки в узлах трения. Его учет рекомендуется производить при температурах ниже —25°С в процентах от основного Сопротивления движению; например, для грузовых вагонов при скорости 80 км/ч и температуре воздуха —30^оС это повышение Сопротивления принимается равным 7 %.
— действии ветра (встречного или бокового), ветер со скоростью 10 м/с создает дополнительное сопротивление около 1 кгс/с. Ветер изменяет силы сопротивления движению воздушной среды. Боковые поверхности и крыши, междувагонное пространство и выступающие части. За последним вагоном часть воздуха увлекается поездом, создается завихрение и поток, соприкасающийся с верхним строением пути. За последним вагоном поезда образуется разрежение. При встречном ветре возрастают, попутном уменьшаются. На участках с постоянными ветрами Сопротивление, создаваемое ими, учитывают при тяговых расчетах. Сопротивление в этом случае задается в процентах от основного удельного сопротивления движению. Например, при скорости ветра 8 м/с и скорости движения 80 км/ч удельное сопротивление от ветра следует принять равным 10 % основного сопротивления. Перечень участков, на которых учитывается действие ветра, утверждается МПС.

— при работе подвагонных генераторов у пассажирских вагонов. Дополнительное сопротивление движению от подвагонных генераторов в пассажирских поездах учитывается при скоростях свыше 20 км/ч, когда к ним подключаются электрические потребители вагонов.

Сила тяги электровоза.

На электровозах сила тяги создается с помощью ТЭД, которые преобразуют электрическую энергию в механическую вырабатывая вращающий момент.

Мвр = С_Е•Ф_ГП• Iя

Этот Мвр через тяговый редуктор М = 4,19, передается на КП в виде крутящего момента;

Мкр = М • Мвр,

где М - передаточное число тягового редуктора.

Это значит, что вращающий момент, передаваемый на КП, в 4,19 (для электровозов серии ВЛ80) раза больше момента двигателя.

Сила P, приложенная к центу оси, обеспечивает поступательное движение локомотива и называется силой тяги. Эта сила тяги от оси КП, через буксы передается на раму тележки, далее через шкворень на раму кузова и затем через стяжной ящик на СА-3. В тяговых расчетах условно принято силу тяги прикладывать на обод колеса в точку касания его с рельсом, и поэтому она называется касательной силой тяги Fk.

Сила Fк – приложенная к ободу колеса в точке касания его с рельсом, вызывает боксование, а Сила сцепления Fсц = 24тс, препятствует боксованию.

Момент, переданный КП, не может быть реализован в силу тяги, если в точке касания колеса с рельсом не будет сцепления (силы трения). Но т.к. КП прижата к рельсу нагрузкой от надрессорного строения, то в точке касания появляется сила сцепления пропорциональная нагрузке и коэффициенту трения между колесом и рельсом.