Сцепление вагонов

Локомотив и вагоны сцепляются для совместного движения в поезд. Сцепление вагонов происходит с помощью автосцепок, без участия человека. Автосцепка предназначена для автоматического сцепления вагонов в состав, передачи тяговых продольных усилий при движении, смягчения сил удара между вагонами при сцепке и при движении. Автосцепка состоит из корпуса, в котором находится замок и поглощающий аппарат. Поглощающий аппарат имеет в составе пружину и гаситель колебаний. Пружина, сжимаясь при сцеплении, смягчает силу удара. В гасителе механическая энергия колебаний вагонов превращается в работу сил трения клина при скольжении по корпусу аппарата.

Сцепление вагонов происходит кратковременно. Поэтому ударные силы в автосцепках вагонов, согласно второму закону Ньютона , при Δ t → 0, достаточно велики. Так что можно пренебречь силой сопротивления при качении колес по рельсам на время удара. Таким образом, для процесса сцепления можно считать систему тел "вагоны" замкнутой и применить для решения задачи о сцеплении вагонов закон сохранения импульса.

Пусть вагон массы m со скоростью V накатывается на состав массы М, стоящий на горизонтальном участке. Пусть происходит сцепление (рис. 8.3). Если автосцепки состава в растянутом состоянии, то сначала накатывающий вагон сцепится с первым, потом они вместе толкнут второй, потом третий и так далее. По составу полетит перестук сжимающихся автосцепок. Если перестук затухнет, то состав со сжатыми автосцепками покатится с некоторой скоростью U. А может быть, последний вагон, получив некоторую скорость, откатываясь, потянет за собой предпоследний вагон, растягивая автосцепку. Перестук растягивающихся автосцепок полетит назад. И так до тех пор, пока энергия, которой предназначено потеряться, не превратится в работу против сил трения. В конце концов, состав с прицепленным вагоном как одно целое будет двигаться с той же самой скоростью U.

Определим эту скорость U после сцепления. Применим закон сохранения импульса в проекции на направление движения: импульс накатывающегося вагона до сцепления равен суммарному импульсу вагона с составом после сцепления

mV = (M+m) U (8.10)

Отсюда скорость движения состава после сцепления будет равна

. (8.11)

Совместное движение вагонов после сцепления является признаком неупругого удара. Как известно, при неупругом ударе тел кинетическая энергия не сохраняется. То же наблюдается и при сцеплении вагонов: часть кинетической энергии накатывающегося вагона, которой следует потеряться, превращается частично в энергию срабатывания автосцепок крайних вагонов и остальное в теплоту вследствие работы сил трения в поглощающих механизмах автосцепок и сил трения при качении колес по рельсам.

Потери Q кинетической энергии в процессе сцепления, которые должны быть, равны разности кинетических энергий вагона до сцепления и вагона с составом после сцепления

. (8.12)

Автосцепки крайних вагонов стоящего состава и накатывающего сцепа находятся в растянутом состоянии. Так что соударяются, прежде всего, крайние вагоны, как будто один на один. Уже потом взаимодействие передается другим вагонам. Энергия, теряемая в процессе сцепления, например, двух одинаковых вагонов, по формуле (8.12) равна половине кинетической энергии накатывающегося вагона. Эта потерянная кинетическая энергия является частью общих потерь (8.12) и расходуется на то, чтобы сжать пружины автосцепок обоих вагонов и на работу против сил трения в поглощающих аппаратах в процессе первого сжатия пружин

. (8.13)

Здесь х _max – максимальная деформация пружин в процессе первого сжатия. Эта деформация должна быть достаточна для срабатывания замка автосцепки, но такая, чтобы витки пружины не коснулись друг друга. Зная работу сил трения , можно по уравнению (8.13) рассчитать деформацию пружин.

Дата добавления: 2014-01-04