Силы действующие на поезд

ТЕМА 1. ОСНОВЫ ТЯГИ И ТОРМОЖЕНИЯ.

Для учащихся гр.МТЭ

В качестве методического пособия

Предназначена для использования

Методическая разработка

при изучении предмета: «Управление тепловозом, порядок действий в нестандартных ситуациях».

В процессе движения на поезд, действуют различные силы, отличающиеся по величине, направлению и характеру действия. Эти силы можно условно разделить на управляемые (машинистом) и не управляемые.

К управляемым относятся: сила тяги локомотива и тормозная сила поезда. При необходимости машинист может регулировать величину и продолжительность действия этих сил.

Неуправляемыми являются силы сопротивления движению поезда. Кроме того, при любом изменении скорости движения проявляется действие сил инерции.

Если сила тяги больше сил сопротивления, то её избыток идёт на преодоление сил инерции поезда, скорость которого возрастает до тех пор, пока силы тяги уравновесят силы сопротивления движению. С этого момента начинается равномерное движение поезда. Как только силы сопротивления движению поезда превысят силу тяги, поезд будет двигаться с замедлением. В этом случае, а также при торможении, инерция поезда будет препятствовать снижению скорости.

1.2. Сила тяги и механизм её появления.

Силой тяги называют внешнюю силу, приложенную к движущимся колесам локомотива в направлении его движения и вызывающую перемещение локомотива и состава.

Сила тяги тепловоза возникает в результате взаимодействия колес с рельсами при передаче вращающегося момента Мдв от ТЭД к колесным парам.

Вращающий момент колеса:

Мк = Мдв × n

где: n – передаточное число зубчатой пары.

Вращающий момент колеса Мк может быть заменён моментом пары сил. Одна из этих сил Fк приложена к центру оси колеса, другая F1 – в точке К касания колеса с рельсом. Такая пара сил, действуя на плече, равном половине диаметра колеса Дк, стремится повернуть колесо вокруг его геометрической оси. Горизонтальное усилие от колеса на рельс F1 воспринимается рельсом и по третьему закону механики порождает ответную силу (реактивную) Fсц от рельса на колесо. Сила сцепления колеса с рельсом Fсц препятствует проскальзыванию колеса относительно рельса. Её появление неизбежно, т.к. между бандажом и головкой рельса, плотно прижатыми друг к другу нагрузкой колеса на рельс qо, возникает молекулярное взаимодействие и механическое сцепление мелких неровностей. Физическую силу сцепления можно представить в виде упругого упора, не позволяющего колесу проскальзывать по рельсу.

Одинаковые по величине, но противоположные по направлению силы F1 и Fсц взаимноуравновесятся, а оставшаяся сила Fк вызывает поступательное движение колесной пары по рельсу. Через узлы экипажной части тепловоза силы Fк от каждой колесной пары передаются на автосцепку и действуют на поезд, вызывая его перемещение. Сумма сил тяги, развиваемых всеми ТЭД, и является силой тяги тепловоза. Но так как сила тягиможет быть реализована только при условии сцепления колес с рельсом и действия горизонтальной реакции рельса Fсц, то обычно силой тяги называется не сила Fк, приложенная через ось и буксы к раме, а равная ей по величине и направлению сила Fсц, приложенная от рельса к колесу. Эта внешняя сила, как бы непрерывно отталкивает колесо от рельса и создает тот упор колеса в рельсе, без которого не возможно поступательное движение тепловоза. Поэтому силу тяги тепловоза считают приложенной в точках касания колеса с рельсом (т.е. совпадающей с силой сцепления), а сумму сил, развиваемых на ободе колес каждой колесной пары, называют касательной силой тяги Fк.

Силатяги Fк каждой колесной пары зависит от величины вращающего момента тягового электродвигателя, передаточного отношения зубчатой передачи и диаметра движущих колес. Допуская, что в передаче нет потерь, получаем:

Fк = Мдв × Dк × n

Вращающий момент двигателя при работе тепловоза изменяется в широких пределах. Диаметр колес фактически постоянен, он несколько меняется лишь в результате постепенного износа банда­жей. Передаточное число (отношение числа зубьев зубчатого колеса к числу зубьев шестерни двига­теля) для данного тепловоза является постоянной величиной. Его величина зависит от рода службы тепловоза.

Пассажирские тепловозы имеют меньшие передаточные числа, чем грузовые. Поэтому при одинаковых электродвигателях и режимах нагрузки сила тяги пассажирского тепловоза меньше, чем гру­зового, а скорость движения соответственно выше.

Например, у грузового тепловоза ТЭ10 n = 4,93;

Расчётная сила тяги Fк р = 27 000 кГ при расчётной скорости V р = 24,6 км/ч.

У пассажирского тепловоза ТЭП6О n= 3,15; Fк р = 17200 кГ и V р = 36 км/ч.

Из сказанного ясно, что для любого тепловоза с электрической передачей изменение силы тяги является следствием изменения величины вращающего момента тяговых электродвигателей.

1.3. Силы сопротивления движению поезда подразделяются на две группы:

1) основное сопротивление, действующее на поезд независимо от профиля и плана пути;

2) дополнительное сопротивление, появляющееся при преодолении подъёмов, кривых участков пути, силы ветра.

К основным относятся силы:

1) сопротивление от трения между элементами подвижного состава в автосцепках, фрикционных аппаратах, в буксах и в МОП;

2) сопротивление воздушной среды, которая вызывается трением подвижного состава о воздух и завихрениями. Оно зависит от формы подвижного состава и скорости движения;

3) сопротивление от воздействия колес с рельсами. Возникает из-за прогиба рельс под давлением колес.

К дополнительным силам относятся:

1) сопротивление от бокового ветра (машинист должен знать участки с сильным боковым ветром);

2) сопротивление в кривых участках пути (вызывается набеганием гребней К.П. на головки рельс);

3) сопротивление от уклона профиля. Уклон – это отклонение в метрах от горизонтали на каждый километр длины пути. Измеряется в тысячных долях - %о. Например уклон i = 15тыс. – это значит, подвижной состав поднимается на 15м. за 1км. пути. Если величина уклона совпадает с кривой, то дополнительные сопротивления суммируются;

4) сопротивление от низкой температуры воздуха. Вызывается дополнительным сопротивлением при трении о плотный воздух. При низкой температуре воздуха происходит загустевание смазки;

5) сопротивление при трогании с места. Во время стоянки К.П. как бы вдавливаются в рельс, что приводит к дополнительному сопротивлению. Кроме того, выдавливается смазка в буксовых подшипниках, что приводит к полусухому трению. Как правило, это сопротивление исчезает при проследовании первых 10 км.

Дата добавления: 2015-04-29