Сила тяги локомотива

Задачи

1. Поезд экстренно тормозит с ускорением 2 м/c². Определить вес пассажира массой 100 кг, прижатого к креслу, и силы давления сиденья и спинки кресла на пассажира. Определить вес пассажира, падающего с полки.

2. Определить силу веса локомотива массой 200 т, если он движется на повороте радиуса 600 м со скоростью 20 м/с. На сколько сила веса больше силы тяжести? Под каким углом к вертикали направлена сила веса?

3. Определить силу трения незакрепленного контейнера массой 1000 кг в форме куба, стоящего на платформе в следующих случаях: платформа стоит на горизонтальном участке пути, движется с ускорением 0,3 м/с², наезжает на препятствие с ускорением 3,0 м/с². Коэффициент трения скольжения 0,20.

4. Определить силу тяги экипажа ВСНТ при скорости движения 120 м/с, если коэффициент аэродинамического сопротивления 0,20, площадь поперечного сечения экипажа 12 м².

5. Определить силу давления ветра при скорости 20 м/с на боковую стенку вагона площадью 50 м², если коэффициент лобового сопротивления 0,5. Может ли ветер опрокинуть вагон массой 50 т, если центр давления на высоте 2 м, ширина колеи 1,52 м.

6. Определить наибольшую силу удара вагона о крайний вагон стоящего состава, если пружины автосцепок обоих вагонов сжались на 4 см. Коэффициент упругости пружин 3∙10⁵ Н/м.

7. Определить коэффициент упругости рессор вагона, если после погрузки груза весом 400 кН кузов вагона опустился на 4 см (рис. 1). Определить деформацию рессор под действием силы тяжести порожнего вагона и его массу.

3. СИЛЫ В ТРАНСПОРТЕ

Локомотив – это тяговое транспортное средство, предназначенное для передвижения прицепных вагонов по рельсовым путям. Для этого локомотив должен создавать достаточную силу тяги. Роль движителя локомотива играют ведущие колеса вследствие их взаимодействия с рельсами.

При качении колеса в месте опоры колеса с рельсом возникает площадка контакта. В центральной части колесо и рельс почти покоятся относительно друг друга, упруго смещаясь на доли микрометра (крип), и между ними возникает сила трения покоя. На периферии зоны контакта может происходить частичное проскальзывание из-за конусности бандажа. Так как колесо движется, то силу трения между ними называть силой трения покоя неестественно и ее называют силой сцепления.

От тягового двигателя через зубчатую передачу к ведущему колесу передается вращающий момент сил М (рис. 3.1). Колесо, пытаясь повернуться, отталкивает рельс назад с силой трения F_рельс. А рельс, согласно третьему закону Ньютона, с такой же по величине силой F_кол действует на колесо в направлении движения. Это сила тяги колеса. Природа силы тяги, если колесо не буксует, – это сила трения покоя, то есть сила сцепления колеса с рельсом. При буксовании – это сила трения скольжения.

При равномерном движении или при движении с небольшим ускорением, что обычно бывает при движении поезда, сумма моментов сил, действующих на колесо должна быть равна нулю. Значит, момент сил М со стороны двигателя должен быть равен моменту силы тяги относительно оси: M = F_колR. Отсюда сила тяги колеса, при движении без буксования, равна отношению момента силы, передаваемого от двигателя на колесо, к радиусу катания колеса:

(3.1)

Сила тяги может принимать значения от нуля до наибольшего значения в зависимости от величины момента силы, действующего на колесо. Верхний предел силы тяги ограничен потерей сцепления колеса с рельсом, поэтому буксование не позволяет беспредельно увеличивать момент сил и мощность двигателей. При движении с буксованием силой тяги становится сила трения скольжения (рис. 3.2). Движение с буксованием ведущих колес не эффективно, так как сила трения скольжения меньше силы сцепления. Кроме того, происходит износ бандажа и рельса, с большой скоростью начинают вращаться ведущие колеса, на что бесполезно тратится энергия.

Сила тяги локомотива равна сумме сил тяги всех его колес. Для локомотива сумма сил нормального давления ведущих колес на рельсы равна силе тяжести локомотива mg. Тогда предельноезначение силы тяги локомотива равно произведению коэффициента сцепления на силу тяжести локомотива. Реально, если какое-то колесо недогружено, то оно начнет буксовать раньше, не дав использовать в полной мере силу тяги других колес. Поэтому сила тяги локомотива практически всегда будет меньше ее предельного значения

. (3.2)

Чтобы полнее использовать тяговые возможности локомотива, с помощью нажимных устройств увеличивают силу прижима недогруженных колес к рельсам, или с помощью балласта смещают положение центра масс локомотива так, чтобы силы давления всех колес были равными.

Коэффициент сцепления μ_сц зависит от большого числа факторов. Он уменьшается с ростом скорости движения локомотива, при загрязнении поверхности рельса, износе ведущих колес. Экспериментально известно, что коэффициент сцепления уменьшается с ростом силы давления колеса на рельс. Тогда сила тяги колеса, определяемая произведением возрастающей силы давления на уменьшающийся коэффициент трения, имеет максимум. Значение силы давления ведущего колеса на рельс для большинства магистральных локомотивов около 200 кН, что очевидно является оптимальным.

На практике при буксовании колес локомотива обычно применяют подсыпание песка под колеса. Эта вынужденная мера позволяет стронуть с места поезд, преодолеть подъем, но она приводит к преждевременному износу колес и рельсов.

Дата добавления: 2014-01-04