2 Лекция 2023 Сила тяти локомотива

1. Силы действующие на поезд

2. Образование силы тяги

Сила тяги реализуется локомотивом в виде
передачи вращающего момента от тягового
электродвигателя через зубчатую передачу на
колесные пары во взаимодействии с рельсами.

3. Образование силы тяги

Расчетная схема
1 – Рельс;
2 – Колесная пара;
3 – Зубчатое колесо;
4 – Шестерня на валу ТД;
Rк – Радиус колеса по кругу
катания;
Rзк – Радиус зубчатого
колеса;
Rш - Радиус шестерни;
Мтд – Вращающий момент
на валу ТД.

4. Образование силы тяги

При подаче напряжения на ТД на валу
развивается вращающий момент:
M тд Fтд Rш
где Rш – радиус шестерни;
M тд
иначе Fтд
- окружное усилие зубчатой
Rш передачи.

5. Образование силы тяги

Расчетная схема
Fтд - окружное
усилие
зубчатой
передачи.

6. Образование силы тяги

Действуя на радиусе зубчатого колеса Rзк, сила
Fтд вызовет реакцию в центре колеса F’тд.
Возникает пара сил Fтд и F’тд, которая при
вращении создает момент Мзк несколько меньший,
чем Мтд, за счет трения в зубьях, следовательно:
М тд Rзк
М зк Fтд Rзк зп
зп М тд зп .
Rш
.
где зп - КПД учитывающий потерю мощности в зубчатой
передачи и МОП ТД; - передаточное число,
Rзк
.
Rш

7. Образование силы тяги

Расчетная схема
Fтд = F’тд;
Мзк – момент
зубчатого
колеса;

8. Образование силы тяги

Расчетная схема
Т.к. зубчатое колесо
жестко связано с
колесом, то Мк = Мзк.

9. Образование силы тяги

В результате действия момента Мзк и нагрузки
от колеса на рельс По возникает касательная
реакция от рельса на колесо Fктд и пара сил на
движущем колесе Fктд1, Fктд2 с моментом:
M к Fктд 2 Rк ,
где Rк – радиус колеса.

10. Образование силы тяги

Расчетная схема
Fктд - касательная
реакция от рельса на
колесо;
Fктд1 и Fктд2 - пара сил
на движущем колесе
с моментом Мк.

11. Образование силы тяги

Реакция Fктд представляет собой силу
сцепления колеса с рельсом,
Fктд f По
где f – статический коэффициент трения.
Благодаря реакции Fктд колесо будет стремиться
вращаться вокруг мгновенного центра вращения С,
что приведет к качению по рельсам.
По закону «действия и противодействия» силы
Fктд и Fктд1 взаимно уравновешиваются.
Сила Fктд2 остается не уравновешенной и
является внешней для локомотива, т.к. она действует
на колесо. Следовательно, сила Fктд2 является
движущей силой колеса.

12. Образование силы тяги

Для удобства расчетов силы определяющие
движение поезда относят к ободам движущих
колес и касательной силой тяги считают силу Fктд
равную по величине Fктд2.
Т.о. для одного двигателя:
Fктд
M тд
Rк
з .
Касательная сила тяги всего локомотива
определяется, как сумма сил всех движущих
колес:
Fк Fктд .

13. Образование силы тяги

Качение колес приводит к поступательному
движению локомотива со скоростью:
v
где
Dк nк 60
1000
0.188 Dк nк 0.188
Dк n
,
Dк – диаметр колеса, м;
nк – частота вращения колеса, об/мин: nк=n/ ;
n – частота вращения вала ТД.

14. Основной закон локомотивной тяги

Расчетная схема
При образовании Fк
считали, что Fктд = Fксц.

15. Основной закон локомотивной тяги

Однако величина Fсц имеет свои пределы и
если сила создаваемая ТД превзойдет силу
сцепления, то колеса начнут буксовать, не
столько катится сколько скользить:
Vок Vлок;Vок Vлок U ,
где
U - скорость скольжения;
Vок - окружная скорость вращения колеса по
рельсу, км/ч;
Vлок – скорость движения локомотива, км/ч.

16. Основной закон локомотивной тяги

Последствия боксования:
Износ колеса и рельса – пропил;
Повреждение ТЭД;
Толчок силы тяги в момент прекращения
боксования, может вызвать разрыв автосцепки.

17.

18. Основной закон локомотивной тяги

Чтоб не допустить опасных явлений
сопутствующих боксованию, установлены
технические условия устойчивого движения:
Fксц Fктд
Это неравенство выражает закон сцепления
или основной закон локомотивной тяги:
Fктд (0.65...0.7) Fксц

19. Физическая природа сцепления

Природа сцепления носит двойной характер –
механический и молекулярный.
Форма контактной поверхности имеет вид «
»
но в связи с наличием неровности поверхностей
реальная площадь контакта составляет ≈ 10%
при По = 25 тс.
Молекулы колеса проникают в структуру рельса,
а молекулы рельса – в колесо (АДГЕЗИЯ (от лат.
adhaesio - прилипание) – сцепление
поверхностей разнородных тел.).
Вид контакта
колеса с рельсом Микровыступы колеса зацепляются за
микровыступы рельса.
Сцепление имеет молеклярно-механическую
природу.

20. Физическая природа сцепления

Силу сцепления локомотива Fксц определяют по
формуле:
Fксц Р g о ,
где
Р – масса локомотива, т
g = 9.81 м/с2 - ускорение свободного падения;
о – коэффициент сцепления.

21. Физическая природа сцепления

Значение коэффициента сцепления зависит от:
Чистоты поверхности бандажей и рельсов (масло
снижает);
Скорости движения (с увеличением V возрастают
колебания);
Атмосферных условий (влажность, температура,
осадки – сильный дождь очищает);
Равномерности распределения нагрузки между
ТД;
Схемы соединения (группировки) ТД (при
параллельном соединении выше, при
последовательном ниже );
Степени износа бандажей и т.д.

22. Физическая природа сцепления

Кроме того значение коэффициента сцепления
снижается при реализации силы тяги.
По – осевая нагрузка;
L – база тележки;
F/2 – сила тяги;
W – сопротивление от
состава;
h – высота приложение
силы;
DП – приращение
нагрузки.

23. Меры снижения боксования

Слежение за профилем колес;
Ограничение силы тяги по сцеплению колес с
рельсами;
Использование ПРУ (противоразгрузочных
устройств). Автоматическое нагружение
переднего конца тележек (по ходу движения)
электровозов постоянного тока;
Подача песка в зону контакта колес и рельс.