Силы, действующие на поезд

Назначение тяговых расчетов

Составной частью науки о тяге поездов являются тяговые расчеты. Они служат для решения различного рода задач, связанных с движением поездов и возникающих при проектировании железных дорог, локомотивов, вагонов и в процессе их эксплуатации.

На основе данных, полученных тяговыми расчетами, разрабатывают графики движения поездов, определяют пропускную способность железнодорожных линий, размещают раздельные пункты, тяговые подстанции, склады топлива, определяют нормы расхода электроэнергии и топлива локомотивами и решают другие практические задачи.

В тяговых расчетах используют общие законы механики, приложенные к движению поезда. На основе этих законов составляется математическое выражение зависимости между ускорением поезда и приложенными к нему внешними силами, называемое уравнением движения поезда. Решение этого уравнения позволяет определить вес, скорость и время хода поездов, длину тормозного пути, допускаемые скорости движения при заданных тормозных средствах, затраты топлива или электроэнергии на движение поездов и выяснить другие вопросы, связанные с движением.

Порядок и методика производства тяговых расчетов, а также все основные нормативы, применяемые в расчетах, определяются Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР), утвержденными МПС.

Силы, действующие на поезд

На движущийся поезд действуют силы, разнообразные по величине, направлению и времени действия.

Для удобства расчетов все внешние силы, оказывающие влияние на движение поезда, объединяют в три группы: сила тяги, силы сопротивления движению и тормозные силы.

Сила тяги создается двигателем локомотива во взаимодействии с рельсами и приложена к движущим колесам. Ее значение посредством контроллера регулируется в широких пределах машинистом, ведущим поезд. Вращающий момент М двигателя (рис. 9.1) создает пару сил F и F 1, действующих на плече r, равном радиусу колеса по кругу катания. Эти силы стремятся вращать колесо вокруг его оси. Для получения поступательного движения нужна внешняя сила, приложенная к движущим колесам. Такой силой является горизонтальная реакция рельса F 2, вызванная действием силы F 1. Численно силы F 1 и F 2 между собой равны и направлены в противоположные стороны. Таким образом, сила реакции рельса F 2 уравновесила силу F 2 и тем самым освободила силу F для осуществления поступательного движения локомотива. На практике силой тяги локомотива принято называть горизонтальную реакцию F 2, приложенную от рельсов к ободу движущих колес и направленную в сторону движения. Поскольку эта сила направлена по касательной к окружности колеса, она получила название касательной силы тяги. Для локомотива в целом касательная сила тяги определяется как сумма касательных сил, приложенным ко всем движущим колесам локомотива и обозначается Fk.

С увеличением вращающего момента, приложенного к колесам локомотива, возрастает и сила тяги, однако лишь до тех пор, пока она не достигнет предельной силы сцепления колеса с рельсами. При дальнейшем увеличении вращающего момента сцепление между колесами и рельсами нарушается и колеса начинают буксовать.

Сила сцепления зависит от коэффициента сцепления j _k QUOTE и сцепного веса локомотива Р_сц, т. е. от веса, приходящегося на движущие колесные пары. Наибольшая сила тяги локомотива, которая может быть реализована по условиям сцепления колес с рельсами, составляет F_k £ 1000 j _k Р_сц.

Коэффициент сцепления зависит от многих факторов, из которых наиболее существенными являются тип и конструкция локомотива, скорость движения, состояние поверхностей колес и рельсов, метеоусловия. Применение песка позволяет существенно увеличить коэффициент сцепления, а соответственно и силу тяги локомотива. Расчетные значения коэффициента сцепления устанавливаются ПТР в зависимости от типа локомотива и скорости движения.

Силами сопротивления называют возникающие при движении поезда внешние силы, направленные в сторону, противоположную движению. Некоторые из них действуют непрерывно во время движения, в частности силы, вызываемые трением осей в подшипниках, трением качения и скольжения между колесами и рельсами, ударами в рельсовых стыках, сопротивлением воздушной среды.

Такие силы в совокупности образуют основное сопротивление движению. Другие силы появляются только при определенных условиях движения, а именно на уклонах, кривых, при трогании с места и др. Эти силы составляют дополнительное сопротивление.

Основное сопротивление движению, т. е. сопротивление на прямом и горизонтальном пути, зависит от рода подвижного состава, скорости движения, конструкции пути, массы вагонов или нагрузки на ось и определяется по эмпирическим формулам, выведенным на основании специальных опытов.

Тормозными называют искусственно создаваемые силы, возникающие в процессе торможения подвижного состава. Тормозные силы направлены против движения, управляемы и зависят в определенных пределах от реакции машиниста. Процесс торможения происходит при нажатии тормозных колодок на колеса, а также при применении электрического (реостатного, рекуперативного) торможения. Сила трения, создаваемого тормозными колодками, зависит от коэффициента трения между колодками и поверхностью колес, от силы нажатия колодок и от числа тормозных осей в составе. Сила трения, возникающего между ободом движущего колеса и колодкой (рис. 8.2), направлена в сторону, противоположную вращению, и равна Kj _k, где K – сила нажатия колодки, тс; j _k – коэффициент трения между колесом и колодкой.

Сила трения создает относительно центра колес момент, препятствующий вращению и вызывающий реакцию рельса В. Реакция В, равная Kj, при торможении без скольжения колес по рельсу (безъюзное торможение) и является тормозной силой. Расчетная тормозная сила поезда (рис. 9.2) определяется как сумма тормозных сил, создаваемых всеми тормозными колодками:   . (9.1)   Расстояние, проходимое поездом от начала торможения (после поворота ручки крана машинистом в тормозное положение) до полной остановки, называется тормозным путем. В практических условиях для ускорения расчетов при экстренном торможении пользуются приведенными в ПТР номограммами длин тормозных путей грузовых и пассажирских поездов в зависимости от расчетного нажатия тормозных колодок на 100 тс веса состава при различных спусках и скорости движения в начале торможения.

Дата добавления: 2015-07-20