ОБРАЗОВАНИЕ СИЛЫ ТЯГИ.
В процессе движения на поезд действуют различные силы, которые различаются по величине и по направлению. Эти силы можно разделить на управляемые и неуправляемые.
К управляемым силам относятся: сила тяги тепловоза и тормозная сила поезда.
К неуправляемым силам относятся: силы сопротивления движению поезда и сила инерции.
От соотношения величин и направления действия этих сил зависит характер движения поезда.
Если сила тяги больше сил сопротивления движению, то поезд будет двигаться ускоренно, до тех пор, пока силу тяги не уравновесят силы сопротивления. С этого момента поезд будет двигаться с равномерной скоростью.
Если сила тяги меньше сил сопротивления движению, то поезд будет двигаться также с равномерной скоростью.
|
В первом случае сила инерции будет препятствовать увеличению скорости, а во втором, и при торможении, — уменьшению скорости движения поезда.
Сила тяги тепловоза возникает в результате взаимодействия колес с рельсами при передаче вращающего момента Мдв от тяговых электродвигателей к колесным парам (рис. 1) Вращающий момент колеса
Мк = Мдвц, (1)
где ц — передаточное число зубчатой передачи, может быть за
менен парой сил. Одна из этих сил Р приложена к центру оси
колеса, другая Р1 — в точке К касания бандажа с рельсом. Ука
занная пара сил, действующая на плече, равном половине диа
метра колеса Вк, стремится повернуть колесо вокруг его геометрической оси. Горизонтальное Схема образования силы тяги,
усилие от колеса на рельс Р1 воспринимается рельсом и по третьему закону механики порождает
ответную (реактивную) силу Рс от рельса на колесо. Сила сцепления колеса с рельсом Рс препятствует вращению колеса относительно оси. Ее появление неизбежно, так как между бандажом и го
ловкой рельса, плотно прижатыми друг к другу силой Р, возникает молекулярное взаимодействие и
механическое сцепление мелких неровностей. Физически силу сцепления можно представить в виде
упругого упора, не позволяющего колесу проскользнуть по рельсу (в действительности при действии
силы тяги в месте контакта бандажа с рельсом имеет место незначительное упругое проскальзывание).
Одинаковые по величине, но противоположные по направлению силы Р1 и Рс взаимно уравновешиваются, а оставшаяся сила Р вызывает перекатывание и поступательное движение колесной пары по рельсам. Через узлы экипажной части тепловоза силы Р от каждой колесной пары передаются на автосцепку, складываются и действуют на состав вагонов, вызывая перемещение поезда. Сумма сил Р, образованных всеми тяговыми электродвигателями, и является силой тяги тепловоза.
Условно силу тяги локомотива считают приложенной в точках касания колес с рельсами (т. е. совпадающей с силой сцепления). Поэтому ее называют касательной силой тяги Рк. Именно по этой силе рассчитывают вес и скорость поезда. Фактическая сила тяги на автосцепке тепловоза несколько
меньше касательной силы в связи с некоторой потерей силы тяги на преодоление сопротивлений движению самого тепловоза.
Силатяги Р каждой колесной пары зависит от величины вращающего момента тягового электродвигателя. передаточного отношения зубчатой передачи и диаметра движущих колес. Допуская, что передаче нет потерь, получаем:
**. _, Мдв - Ок ц
Вращающий момент двигателя при работе тепловоза изменяется в широких пределах. Диаметр колес фактически постоянен, он несколько меняется лишь в результате постепенного износа бандажей. Передаточное число (отношение числа зубьев зубчатого колеса к числу зубьев шестерни двигателя) для данного тепловоза является постоянной величиной. Его величина зависит от рода службы тепловоза .
Пассажирские тепловозы имеют меньшие передаточные числа , чем грузовые . Поэтому при одинаковых электродвигателях и режимах нагрузки сила тяги пассажирского тепловоза меньше, чем грузового, а скорость движения соответственно выше.
Например, у грузового тепловоза ТЭ10 ц = -—- = 4,93;
расчетная сила тяги Ркр = 27 000 кГ при расчетной скорости ур = 23 км/ч.
У пассажирского тепловоза ТЭШО ц = гтт- = 3,15; Ркр = 17200 кГ и ур = 36 км/ч.
Из сказанного ясно, что для любого тепловоза с электрической передачей изменение силы тяги является следствием изменения величины вращающего момента тяговых электродвигателей.