Вращающий момент и сила тяги колесной пары

Образование силы тяги электровоза и ее реализация

Из-за встречного и бокового ветра.

Дополнительное сопротивление движению

При низких температурах

Дополнительное сопротивление движению

При трогании с места

Дополнительное сопротивление движению

При трогании поезда, сформированного из вагонов с подшипниками скольжения, особенно после длительной стоянки, возникает повышенное сопротивление движению из-за отсутствия масляной пленки в подшипниках. При трогании подвижного состава оборудованного роликовыми подшипниками сопротивление возрастает незначительно (приблизительно в 5 раз меньше, чем с подшипниками скольжения).

Согласно ПТР удельное сопротивление при трогании состава на площадке, оборудованного подшипниками скольжения равно:

 

(Н/кН),

 

где m_КП - масса, приходящаяся на одну колесную пару (т).

Для подвижного состава на роликовых подшипниках:

 

(Н/кН).

 

В том случае, когда в составе находятся разнотипные вагоны с различными массами, удельную силу w_ТР определяют как средневзвешенную величину.

 

При низких температурах возрастает сопротивление движению из-за увеличения вязкости смазки и повышения плотности воздуха. Это дополнительное сопротивление принято оценивать коэффициентом низких температур, когда последняя опускается ниже -25^о С и приводится в таблицах ПТР, в зависимости от температуры наружного воздуха и скорости движения поезда.

V км/ч	Значение kНТ для грузовых вагонов при tНВ С
-30	-35	-40	-45	-50	-60
	1.01	1.01	1.01	1.01	1.01	1.01
	1.03	1.03	1.04	1.04	1.05	1.06
	1.05	1.06	1.07	1.07	1.08	1.09
	1.07	1.08	1.09	1.10	1.11	1.12
	1.09	1.10	1.12	1.13	1.14	1.15
	1.11	1.12	1.13	1.15	1.16	1.17

 

В таблице приведены значения коэффициента низких температур для грузовых вагонов.

 

Встречный ветер увеличивает сопротивление воздушной среды, а боковой ветер прижимает подвижной состав к одному из рельсов, что увеличивает трение между гребнями колес и боковой поверхностью рельса.

Увеличение основного удельного сопротивления движению поезда от действия встречного и бокового ветра учитывают коэффициентом k_В, на который умножают основное удельное сопротивление движению поезда:

 

(Н/кН).

Коэффициент k_В зависит от скорости ветра и скорости движения поезда.

 

 

Современный электроподвижной состав имеет индивидуальный тяговый привод, применительно к которому будем рассматривать задачу об образовании силы тяги.

G_К

М_К V

3

М

1

 

2

4

D F_К

 

 

F_К А F_СЦ

 

На рисунке изображена колесная пара (1) с большим зубчатым колесом (2), а также индивидуальный тяговый привод с тяговым электродвигателем (3) и шестерней (4). Силу нажатия G_К колеса на рельс считаем постоянной.

Рассмотрим действие на колесо вращающего момента М тягового двигателя, развиваемого на его валу при неравномерном движении. Часть этого момента М_ТР затрачивается на преодоление момента сил трения в тяговом приводе, другая его часть М_ИН - на преодоление момента инерционных сил вращательного движения колеса и деталей тягового привода. Итак, на колесо действует вращающий момент:

 

.

Представим этот момент в виде пары сил (F_К, F_К) с плечом D/2.

Одна из них F_К, направленная против движения колеса, приложена в опорной точке А и действует от колеса вдоль рельса. Эта сила стремится перемещать точку А против движения колеса. Как реакция на эту силу в опорной точке А под действием нажатия колеса на рельс, возникает внешняя по отношению к колесу сила сцепления F_СЦ, совпадающая с направлением движения колеса.

Другая сила F_К, приложенная в точке О и действующая по направлению движения колеса, через буксы передается на раму тележки и кузов, вызывая перемещение ЭПС в направлении движения.

Пока сила F_К, приложенная в точке А и зависящая от вращающего момента тягового двигателя, не превышает предельного для данных условий значения силы F_СЦ, опорная точка А служит мгновенным центром вращения колеса. Распределение поступательных скоростей точек колеса при его повороте вокруг мгновенного центра, а также траектория точки А колеса показаны на рисунке.

 

 

R

2V

 

 

 

 

V

 

А p D А^/

 

 

Таким образом, вследствие действия внешней силы F_СЦ в опорной точке колеса его мгновенный центр вращения непрерывно перемещается вдоль рельса, а геометрический центр колеса получает при этом поступательную скорость V, движения поезда.

При установившемся режиме движения силу тяги колесной пары F_К можно выразить через вращающий момент М на валу тягового двигателя:

 

,

где m - передаточное число тяговой передачи; h_ПЕР - КПД тяговой передачи с учетом трения в подшипниках; D - диаметр колеса по кругу катания (м).

Скорость движения колеса в установившемся режиме:

 

(км/ч),

где n - частота вращения тягового двигателя (об/мин).

Развиваемая тяговым двигателем механическая мощность равна его электрической мощности с учетом потерь в самом двигателе:

 

,

где U - напряжение на зажимах тягового двигателя; I - ток двигателя; h_Д - его КПД.

Общий КПД колесно-моторного блока:

 

.

При равномерном движении поезда, сила тяги:

 

F = F_К N,

где N - число тяговых двигателей ЭПС.