Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основи тяги поїздів

1.1 Сили, що діють на поїзд

На поїзд, що рухається, діють різноманітні зовнішні та внутрішні сили. Як відомо з механіки, внутрішні сили урівноважуються в середині системи і не впливають на рух самої системи. На характер поступового руху системи впливають лише зовнішні сили та їх складові, які діють у напрямку руху або в протилежну сторону.

Такими зовнішніми силами, що діють на механічну систему, яка зветься поїздом, є :

-сила тяги F_д, що створює локомотив;

-гальмівна сила В_г, яка виникає при вмиканні гальмів;

-сили опору руху W, до яких відносяться всі інші сили.

Силу тяги F_д та гальмівну силу В_г називають керуємими, так як їх може регулювати машиніст.

На сили опору руху машиніст впливати не може, тому їх і називають некеруємими. Сила тяги F_д спрямована за напрямком руху, гальмівна В_г в сторону протилежну руху. Сили опору W, як правило діють проти руху, виняток складає лише рух поїзда з гори .

За законами механіки кілька сил діючих на точку або систему, можна замінити одню рвнодючою F_р, яку називають прискорюючою силою

F_р = F_д - W - B_г . (1)

Вс три складові ц сили одночасно на поїзд не дють (не ма сенсу, щоб локомотив тягнув загальмований поїзд). В залежност вд того як сили дють в даний момент на поїзд, розрзняють наступні режими руху:

-режим тяги, тод коли на поїзд дють сила тяги F_д та сили опору руху W

F_р = F_д - W ; (2)

-режим вибгу (X.Х.), коли на поїзд дють тльки сили опору руху W

F_р = - W ; (3)

-режим гальмування, коли до сил W додаються сили В_г

F_р = - (W + В_г) ; (4)

Прискорюючу силу, що має від'ємне значення, називають уповільнюючою.

Для спрощення розрахункв використовують питом значення сил, які дорвнюють силам у ньютонах, вднесених до ваги позда у клоньютонах:

f_д = F_д / (mg); w = W / (mg) ; b_г = B_г / (mg). (5)

Роздливши у рвнянн (1) лву та праву частини на вагу поїзда, одержимо Н/кН:

f_р = f_д - w - b_г . (6)

При розгляд сил, які впливають на рух поїзда, його показують у вигляд матерально точки, у якій зосереджена вся його вага. А вс перерахован сили відносять до ободв колісних пар та прикладають до точки дотику коліс з рейками.

1.2 Утворення сили тяги

На електрорухомому склад та тепловозах з електричною передачою під час проходження струму по обмотках якоря ТЕД, за рахунок взамод струму обмотки якоря з магнтним потоком, що утворюють катушки головних полюсв, виника обертаючий момент.

Обертаючий момент через зубчату передачу передаться до колісно пари. Виникаюч при цьому сили являються внутршними вдносно поїзда не можуть викликати поступового руху. Для отримання поступового руху необхдно за рахунок д внутршнх сил викликати зовншн. Це можливо досягти шляхом використання властивості зчпленням коліс з рейками.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Утворення сили тяги

На рисунку 1 показане колесо, до якого прикладений момент М_к, а притиснуте до рейки воно силою Р. Обертаючий момент М_к замнимо парою сил F₁ та F₂, прикладених вдповдно в точках О та А. Пд дю сил Р та F₂ виникають рвн м але протилежно спрямован реакц із сторони рейки R та F, які являються зовншнми по вдношенню до поїзда. Сила R спрямована перпендикулярно напрямку руху і не вплива на його характер. Сила реакц F, спрямована за напрямком руху поїзда, виникає пд дю обертаючого моменту та зчплення колеса з рейкою називаться силою тяги. За рахунок зчплення колеса з рейкою виника необхдний упор, вдштовхуючись вд якого колесо почина пересуватись. Оскльки у точц А колесо за рахунок сил зчплення не пересуваться воно знаходиться пд дю сили F₁ і почина обертатися вдносно точки А - миттвого центру швидкостей. Так як миттвий центр обертання при цьому перемщуться по поверхн головки рейки злва направо, то центр колеса точка О буде здійснювати поступове перемщення у тому ж напрямку.

Розглянут процесси поширюються на колісну пару. Сила F, дюча на всі колеса, дотиковою силою тяги локомотива.

2. Сили опору руху

2.1 Основний опр руху рухомого складу

Сили опору руху складу подляються на: основн, які дють на поїзд на всьому шляху його пересування, та додаткові, які дють (короткочасно) тимчасово або тльки на окремих длянках шляху .

До основного опору вдносять сили тертя мж окремими частинами рухомого складу, сили взамод рухомого складу та кол, сили опору повтряного середовища (не враховуючи втер). Основною складовою сил тертя рухомого складу являються сили тертя, що виникають у пдшипниках , насамперед, у буксових.

Опр руху при взамод рухомого складу та кол виникає внаслдок:

-тертя кочення мж колісними парами та рейками (обумовлено це деформацю металу в мсц контакту колеса з рейкою);

-тертя ковзання внаслдок кончност коліс, розходження даметрв коліс одн колісно пари, та наявност зазорв мж гребнями колесних пар та голвкою рейки;

-проходження колесом нервностей кол особливо стикв та виникаючих при цьому ударв та коливань рухомого складу.

Опр повтряного середовища повязаний з виникненням пдвищенного тиску повтря перед лобовими стнками поїзда, та зниженного тиску за хвостовою частиною, наявнстю тертя повтря об рухомий склад. При малих швидкостях цей опр не значний, а посилються він при швидкостях 100 км/год.

В звязку з впливом на опр руху рухомого складу велико клькост факторв питом сили загального опору руху в Н/кН визначають за емпричними формулами, як виведен ВНДIЗТом на основ випробуваннь рухомого складу:

-для локомотивв

w_o = 1,9 + 0,01V + 0,0003V² ; (7)

w_o” = 1,5 + 0,045V + 0,00027V² . (8)

В загальному випадку основний питомий опр:

-для локомотива залежить вд приводу колсних пар (типу передач);

-для складу залежить вд кол (стиковий чи безстиковий), типу пдшипникв, клькост осей у вагон, та вд того навантажен вагони чи порожн.

Вс формули необхідні для розрахунків приведен в ПТР.

2.2 Додатковий опр руху

До додаткового опору руху вдносять додатков сили, як виникають під час руху поїзда по схилах, у кривих, при низьких температурах, втр та робот пдвагонних генераторв пасажирських вагонв.

Під час руху по горизонтальній ділянці шляху сила ваги поїзда спрямована по вертикал не створю горизонтальних сил. Якщо поїзд рухаться на пдйом (в гору), то сила G, яка спрямована по вертикал, може бути розкладена на дв сили: G', яка д перпиндикулярно рейкам та W_i, яка спрямована проти руху, яка і називаться додатковим опором руху вд пдйому, рисунок 2. У випадку коли поїзд рухається по схилу сила W_i буде направлена в тому ж напрямку.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Схема сил, які діють на поїзд на підйомі

Питомий опр руху вд схилу w_i (Н/кН) w_i = i для пдйому береться з знаком “+”, для схилу з знаком “-”.

Додатковий опр вд кривих зявляться внаслдок вдтиснення поїзда силами нерц в сторону зовншньо рейки та виникнення тертя гребнв коліс об бчну поверхню зовншньо рейки. При вход в крив або змни радуса криво взки повертаються вдносно кузова зявляться тертя в опорах та бокових сковзунах.

Додатковий опр руху в кривих залежить вд радуса криво, швидкост руху, стану кол, пдвищення зовншньо рейки, бокових зазорв мж рейками та гребнями коліс, ступеня зносу колісних пар та х розбгу.

Визначається питомий опір руху в кривй за емпіричною формулою:

w_r = 700/R . (9)

Якщо довжина криво менше довжини поїзда, то опр зазна тльки частина поїзда, тод користуються формулою:

w_r = 700S_кр/(R*l _потягу). (10)

При низьких температурах опр зроста з-за збльшення густини мастила у вузлах тертя та пдвищення густини повтря. Цей опр визначаться у вдсотковому співвідношенні вд основного опору рухові або прийматься за спецальними таблицями та графками, як приведен в ПТР.

При зустрчному або боковому втр опр рухові зроста. Зустрчний втер виклика збльшення опору повтрянного середовища. Боковий втер притиска поїзд до одн з рейок, внаслдок чого збльшуться тертя бандажа об бокову поверхню рейки. Приймаються ц значення у вдсотках вд основного опору.

2.3 Розрахунок основного питомого опору складу

Приведен в ПТР емпричн формули дозволяють виявити сили основного питомого опору кожного виду рухомого складу. Оскльки опр руху локомотивв залежно вд режиму роботи розраховують за рзними формулами, доцльно спочатку визначити опр руху складу, а потм локомотива у потрбному режим.

Основний питомий опр руху складу визначаться як сума опору руху кожного типу вагонв:

w_o” = w_oi” + w_oj” + .. .+ w_ok”, (11)

де , , ... , - вдсоткове спввдношення вагонв даного типу у склад;

Гальмівними силами називають зовншн сили, спрямован проти руху поїзда і як вмикаються машинстом для зниження швидкост руху або підтримки швидкост під час руху поїзда по затяжному схилу.

В залежност вд принципу створення гальмівних сил гальмування подляють на механчне та електричне.

При механчному гальмуванн гальмівна сила утворюється за рахунок натискання гальмівних колодок на робочу поверхню коліс або на диски, які спецально прикрплені до колісних пар пасажирських вагонв.

При вмиканн механчного гальма кожна колодка пд дю стиснутого повтря притискуться до колеса, яке обертаться, з силою К₁.

На мсц контакту виника сила тертя, яка д проти обертання коліс. Ця сила:

В₁ = К_{1 к} , (13)

де К₁ - сила натиску колодки на колесо, кН;

_к - коефцнт тертя колодок об колесо.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 -- Утворення гальмівної сили

Замнивши момент сили В₁, який дорвню В₁*R_к, (R_к - радус колеса), рвним моментом В₂*R_к, отримамо В₂ = В₁. Ц сили внутршнми по вдношенню до поїзда і не можуть вплинути на його рух. При наявност зчплення колеса з рейкою сила В₂ виклика рвну й але протилежно направлену реакцю рейки - силу В, яка зовншньою вдносно поїзда та називаться гальмівною. Величина гальмівно сили кожно колісно пари обмежена зчпленням колеса з рейкою. У випадку коли сила В₂ перевищу силу зчеплення колеса з рейкою вдбудеться сковзання колеса вдносно рейки, таким чином утвориться юз.

Отже для кожно колісно пари:

n_к * К₁ * _к = g_o * _к , (14)