Основы электрической тяги и торможения

Силы, действующие на поезд.

На поезд действует две группы сил, подразделяющиеся на внешние и внутренние. Наибольшее влияние на его движение оказывают внешние силы, к ним относятся следующие силы:

Fk - касательная сила тяги электровоза, образующаяся в результате передач вращающего момента от тягового электродвигателя к колёсным парам. Эта сил направлена по направлению движения.

W - сила сопротивления, образующаяся в результате внутреннего трения подвижного состава, от взаимодействия пути и подвижного состава, воздействия воздушной средой, в результате движения по подъемам, кривым и ряду других причин. Эта сила направлена против движения.

В - тормозная сила, возникающая от трения тормозных колодок о бандажи колесных пар или диски при пневматическом торможении, при работе тяговых электродвигателей генераторами в режиме рекуперативного торможения, от взаимодействия магнитного поля с рельсами при электромагнитном тормозе. Эта сила также направлена против движения.

Таким образом, сила тяги создает движение, а силы сопротивления и торможения ему препятствуют. Сила инерции проявляет себя во всех случаях изменения режима движения поезда. В зависимости от величины этих сил и их соотно­шения существуют три режима движения поезда.

 

Режим тяги (движение с током), на поезд действует сила тяги и сила сопротив­ления. Между ними возможны следующие соотношения:
Fk > W, +а, - движение ускоренное. (а – ускорение)

(такое соотношение сил машинист должен установить сам при взятии поезда с места или при разгоне его при движении);

Fk = W, а=0, V =const - движение с равномерной скоростью. (такое соотношение сил устанавливается автоматически при движении поезда по пло­щадке или по подъему),

Fk < W, - а, - движение замедленное.

(характерным примером возникновения такого соотношения этих сил является выход и строя группы тяговых двигателей или секции, следование по затяжному подъему).

 

Режим выбега (движение без тока). На поезд действует сила сопротивления, которая при движении по площадке и подъему препятствует движению, а на спуске способствует ему.

 

Режим торможения (движение без тока). На поезд действует тормозная сила и сила сопротивления. Между ними возможны следующие соотношения:

В > W, -а, - движение замедленное.

(такое соотношение сил свидетельствует о том, что машинист выполнил правильную разрядку тормозной магистрали и поезд обеспечен полностью тормозным нажатием). В= W, а = О, V = const - движение с равномерной скоростью (такое соотношение сил свидетельствует о том, что или машинист выполнил недос­таточную разрядку тормозной магистрали или поезд недостаточно обеспечен тормоз­ным нажатием).

B<W, + а, - движение ускоренное.

(такое соотношение сил свидетельствует о том, что поезд не обеспечен тормозным нажатием, то есть тормоза не работают).

Все силы измеряются в килограмм - сила (кгс) или в Ньютона.

Умело регулируя силы тяги и торможения, учитывая инерцию поезда и сопротивление его движению, машинист добивается плавного разгона поезда, ведения его по расписанию и обеспечивает остановку в требуемом месте.

Образование силы тяги и её реализация.

Вращающий момент Мд тягового электродвигателя образуется в резуль­тате взаимодействия магнитного поля якоря с магнитным полем главных полюсов и выражается формулой:

Мд=См I Ф

где:

См - постоянная электромашины, отражающая ее конструктивные особенности: число пар полюсов, число проводников обмотки якоря, диаметр коллектора и т.д.

I - сила тока.

Ф - величина магнитного потока.

Этот момент Мд, передаваясь через зубчатую передачу на колесную пару, образует на колесе вращающий момент колеса Мк. Так как он образуется в результате передачи через зубчатую передачу, то и выражается формулой:

Мк = Мд m где: m- число передаточное

 

 

Момент Мк можно представить в виде пары сил F и F1.Сила F приложена к центру оси колесной пары, а сила F1 - к точке касания ко­леса с рельсом. Если бы на колесо действовали только эти две силы, то колесо совершало бы вращательное движение на месте. Но поскольку, оно прижато к рельсу с силой Ро (часть вертикальной нагрузки, собственный вес) в точке каса­ния колеса с рельсом возникает реакция рельса на силу F1 в виде силы F2. При достаточном сцеплении колеса с рельсом эти силы равны по величине, но направ­лены в разные стороны, значит они уравновешены. Неуравновешенная сила F и является силой тяги колеса, пе­редаваясь, через буксу на раму тележки вызывает, поступательное движение колеса. Поэтому ее называют касательной си­лой тягой колеса. Она является внешней силой, направлена по направлению движения и обозначается Fkд.

 

Касательная сила тяги электровоза равна сумме касательных сил всех ко­лесных пар и выражается формулой: F_к=C_f IФ

где: С_f- постоянная силы тяги, равная:

C_f = где: Дк - диаметр колеса

Исходя, из вышеприведенной формулы, силу тяги регулируют, изменяя силу тока и величину магнитного потока главных полюсов.

Кроме этого, сила тяги каждой из серий электровоза, зависит от некото­рых её конструктивных величин, что вытекает из следующей формулы:

 

F_k =

Сила тяги тем больше, чем больше число передаточное число и вращающий момент тягового электродвигателя, т.е. его мощность. Однако при увеличении числа передаточного уменьшается скорость движения, но увеличивается сила тяги, и наоборот, что видно из ниже приведённых формул.

 

V = , n – число оборотов колесных пар

Кроме этого, сила тяги увеличивается при увеличении количества колёс­ных пар и при уменьшении диаметра колеса. При минимальном диаметре (мини­мальной толщине бандажа) сила тяги на 8-10 процентов больше.