Сопротивление движению поезда

Возникающие при движении поезда силы трения в узлах подвижного состава, силы взаимодействия между подвижным составом и путем, наружными поверхностями подвижного состава и окружающей воздушной средой, а также силу тяжести, проявляющуюся на уклонах пути, относят к силам сопротивления движению поезда. Равнодействующая всех сил обычно направлена против направления движения и лишь на крутых спусках совпадает с ним. Значения всех сил сопротивления не зависят от машиниста, однако он должен знать, что эти силы изменяются, и в соответствии с этим при ведении поезда регулировать режим работы электровоза.

Полное сопротивление движению поезда (локомотива и вагонов) W подразделяют на основное Wo и дополнительное Wд

W = Wo + Wд

Основное сопротивление движению. Оно представляет собой сумму всех сил, препятствующих движению на прямых горизонтальных участках пути, и возникает в результате взаимного трения деталей подвижного состава, сопротивления от взаимодействия пути и подвижного состава, а также сопротивления воздушной среды при отсутствии ветра.

Сопротивление от взаимного трения деталей подвижного состава. Это сопротивление прежде всего зависит от силы трения в буксовых подшипниках колесных пар и определяется типом и состоянием подшипников, качеством и количеством смазки, температурой воздуха (влияет на вязкость смазки), скоростью движения поезда и нажатием подшипника на шейку оси. В роликовых буксовых подшипниках значительно меньше силы трения, чем в подшипниках скольжения. Сила нажатия на буксовую шейку колесной пары электровоза превышает 10 тс, а у полностью груженых вагонов достигает 9 тс.

Внутреннее сопротивление движению электровоза обусловлено также трением в зубчатой передаче, якорных и моторно-осевых подшипниках, между щетками и коллекторами ТД и т.п. Внутреннее сопротивление уменьшается при правильном уходе и исправном состоянии этих узлов.

Сопротивление от взаимодействия пути и подвижного состава. Оно возникает в результате трения качения и трения скольжения между колесами и рельсами. При большой твердости материала колес и рельсов они меньше вдавливаются друг в друга и трение качения уменьшается. Применение бесстыкового пути и рельсов более тяжелого типа также уменьшает это трение. Трение скольжения между колесом и рельсом возникает при неравенстве диаметров колес одной колесной пары, трения гребней бандажей с боковыми гранями головок рельсов и поперечном скольжении во время виляния тележек. Чем выше скорость, тем больше препятствуют движению эти явления.

Необходимо учитывать также толчки от набегания колес на торцы рельсов на стыках, крестовинах стрелочных переводов. Это сопротивление может быть снижено улучшением содержания полотна и рельсов, а также увеличением длины рельсов. Неровности рельсов или бандажей колес (выбоины, овальность также увеличивают сопротивление движению, т.к. при вертикальном перемещении ходовых частей часть энергии локомотива поглощается деталями рессорного подвешивания как самого электровоза, так и вагонов; кроме того имеются потери энергии в обрезиненных деталях поводков букс.

Сопротивление воздушной среды Оно вызывается давлением воздуха на лобовую поверхность подвижного состава, разрежением воздуха за задней торцовой стенкой каждого вагона и трением поверхности подвижного состава о воздух. На значение этого сопротивления наибольшее влияние оказывают скорость движения, форма вагонов и локомотива.

Мероприятия по уменьшению основного сопротивления движению: полная загрузка вагонов, правильное формирование составов (сосредоточение однотипных вагонов по группам – полувагонов, платформ и т.п.), закрытие дверей и люков, улучшающее обтекание вагоном воздухом; устранение трения тормозных колодок о колеса; улучшение состояния верхнего строения пути; сокращение время стоянок, облегчающее трогание составов с места, особенно зимой.

Полное основное сопротивление движению Wo складывается из основных сопротивлений движению локомотива Wo' и состава Wo"

Wo = Wo' + Wo"

Для удобства выполнения тяговых расчетов вводят понятие удельного сопротивления движению, т.е. силы сопротивления, приходящейся на 1 т массы поезда, локомотива или состава. Удельное основное сопротивление, кгс/т:

Для локомотива wo' = Wo'/Р

Для состава wo" = Wo"/Q

Для поезда wo = Wo/(Р + Q)

где Р и Q – масса соответственно локомотива и состава в т.

Дополнительное сопротивление движению поезда. Это сопротивление возникает при движении в кривых, по уклонам, при низкой температуре воздуха и сильном встречном и боковом ветре.

Сопротивление от уклонов. Крутизна уклона i определяют как отношение разности высот (от горизонтальной линии) начала и конца уклона (МН) к длине участка (МО), на котором расположен уклон (рис.5), т.е. i = МН / МО

Рис.5 Схема сил, действующих на вагон на уклоне

Разность высот принято выражать в метрах, длину – в километрах, тогда уклон i будет выражен в тысячных долях (условный знак ‰).

Например, на участке протяженностью 6 км путь поднимается на 60 м; при этом i = 60/6 = 10‰.

Сила тяжести вагона Р по правилам механики может быть разложена на две составляющие: силу Р2 прижимающую вагон к рельсам, и силу Р1, направленную против силы тяги F. Учитывая, что при малом угле НОМ длины НО и МО почти равны, то правилам геометрии можем записать:

Р1 / Р = МН / МО

Отрезок Р1 – это сила сопротивления движению Wi вызванная притяжением Земли, поэтому отношение Р1/Р = Wi/Р представляет собой удельное сопротивление движению от уклона wi Отношение МН/МО есть уклон i, следовательно, wi = i, т.е. этим доказано, что дополнительное сопротивление от уклона численно равно крутизне уклона в тысячных.

Пример. При движении поезда массой 3000т на подъеме i = 10‰ удельное дополнительное сопротивление составляет wi = 10 кгс/т. Таким образом, общее дополнительное сопротивление движению от уклона

Wi = (Р + Q) wi = 3000 10 = 30000 кгс

Сопротивление от кривых участков пути. При движении по кривым под действием силы инерции гребни бандажей колесных пар прижимаются к боковой поверхности головки наружного рельса, что приводит к возникновению трения между ними. При большой кривизне пути, малом поперечном разбеге колесных пар в трехосных тележках не только концевые колесные пары прижимаются к наружному рельсу, но и средние (2-я и 5-я) к внутреннему рельсу. Кроме того, возникают дополнительные усилия в опорах кузова и автосцепках как у локомотива, так и у вагонов. Все это вызывает дополнительное сопротивление движению в кривой.

Для уменьшения дополнительного сопротивления движению смягчают профиль пути, увеличивают радиус кривых, смазывают бандажи и боковые поверхности головок рельсов в кривых.

Сопротивление движению от ветра. Встречный или боковой ветер вызывает дополнительное сопротивление движению, особенно возрастающее при высоких скоростях. Попутный ветер способствует повышению скорости движения. Боковой ветер, прижимая гребни колес к рельсам, приводит к значительному увеличению сопротивления движению, особенно вагонов, следующих с открытыми дверями и люками. На участках с постоянными ветрами сопротивление, создаваемое ими, учитывается при тяговых расчетах.

Сопротивление движению от низкой температуры наружного воздуха. При низких температурах сопротивление движению возрастает в основном за счет повышения вязкости смазки в узлах трения. Его учет рекомендуется производить при температурах ниже - 25ºС в процентах от основного сопротивления движению; например, для грузовых вагонов при скорости 80 км/ч и температуре воздуха - 30ºС это повышение сопротивления принимается равным 7%.

Кроме рассмотренных разновидностей дополнительных сопротивлений движению, в расчетах иногда приходится учитывать сопротивление движению при трогании поездов с места, а у пассажирских поездов и сопротивление от действия подвагонных генераторов.

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, остывает, что приводит к повышению ее вязкости, особенно зимой, а также тем, что коэффициент трения покоя всегда больше коэффициента скольжения.

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

Пример. На подъеме крутизной 10%о имеется кривая радиусом 700 м. Тогда удельное сопротивление от кривой w_r = 700/700=1 кгс/т. Общее удельное сопротивление от подъема и кривой составит w_д ═ wi + w_r= 10+1 = 11 кгс/т.

Для поезда массой 4000 т полное дополнительное сопротивление движению в этом случае составит W_Д = 44 000 кгс.

Подсчет полного сопротивления движению. Это сопротивление складывается из основного и дополнительного и может быть подсчитано для любой скорости и профиля пути по формуле

W = P(w'₀ + wд + Q(w" + w_д).

Пример. Поезд следует по подъему крутизной i = 5 %о со скоростью 40 км/ч по кривой радиусом 850 м; поезд обслуживается восьмиосным электровозом; в составе четырехосные вагоны на роликовых подшипниках. Масса состава Q = 5500 т, масса, приходящаяся на одну ось вагона, q ₀=17,5 т.

Решение. Принимаем массу электровоза Р=180 т, w'₀ — 2,78кгс/т, -w" = 1,33 кгс/т

Удельное дополнительное сопротивление движению

W_д = wi + wr ═ i + w_r=5 + ────= 5,82кгс/т.

Тогда W = 180 (2,78 + 5,82) + 5500 (1,33 + 5,82) = 1550 + 39 320 = 40 870 кгс.

Дата добавления: 2014-11-16