` СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОЕЗД

Характеристика сил, действующих на поезд На движущийся поезд действует много сил, разнообразных по величине и направлению. Условно их можно разделить на внутренние и внешние. Внутренние силы, действующие между отдельными единицами подвижного состава, а также силы тяги, тормозные и силы сопротивления движению уравновешиваются внутри системы и не могут без внешних сил осуществлять движение поезда. К внешним силам, действующим на поезд, относятся силы реакции пути в точках взаимодействия колес и рельс на внутренние силы, без которых невозможно получить силу тяги локомотива, реализовать движение и тормозные силы при торможении..

Силой тяги локомотива и силами торможения поезда управляет машинист, поэтому эти силы называются управляемыми. Силами сопротивления движению поезда и внешними силами машинист управлять не может, поэтому их называют неуправляемыми. С целью изучения влияния действующих сил на движение поезд представляют в виде материальной точки, в которой сосредоточена вся его масса. Такая замена не вносит большой погрешности в расчеты определения характера движения поезда. Если же поезд рассматривают как механическую систему, а не материальную точку, то все действующие силы на движение относят к точкам взаимодействия колесных пар с рельсами, так как только в них возникают внешние силы. В данном пособии рассматриваются только силы, которые оказывают непосредственное влияние на движение поезда, это внешние силы и составляющие этих сил, направленные по линии движения.

Основные режимы движения Сила тяги локомотива направлена на увеличение скорости движения поезда, а тормозная сила действует в противоположном направлении. Силы сопротивления направлены против движения, за исключением сил, действующих на спуске. По «Правилам тяговых расчетов для поездной работы» (далее ПТР) масса поезда сосредоточена в середине поезда без учета его длины. То есть поезд рассматривается как материальная точка определенной массы, к которой прикладываются силы тяги, торможения и сопротивления. По законам механики несколько сил (Fк, –Bт, ±Wк, где Fк касательная сила тяги локомотива; Вт тормозная сила поезда при торможении; Wк полная сила сопротивления поезда), действующих на материальную точку, можно заменить одной равнодействующей силой, которую в теории тяги поездов называют ускоряющей силой Fу.

В зависимости от условий движения поезд может находиться: – в режиме тяги, т.е. локомотив поезда находится в тяговом режиме, при этом Fу = Fк ± W к; – в режиме выбега, когда локомотив находится в режиме холостого хода и поезд движется по инерции за счет накопленной кинетической энергии в процессе режима тяги, при этом Fу = ± W к; если Fу > 0, то скорость движения увеличивается и тем самым накапливается кинетическая энергия поезда; если Fу = 0, то устанавливается равномерная постоянная скорость движения поезда, а в режиме тяги Fк = Wк; если Fу < 0, то скорость движения поезда уменьшается, т.е. Fу имеет отрицательное значение и ее называют замедляющей силой; – в режиме торможения, когда к силам сопротивления движению добавляется тормозная сила Bт: Fу = –Bт ± Wк.

Управляемые силы тяги и торможения Рис. 1, а режим тяги

Рис. 1, б режим торможения Силой тяги называется активная сила, создаваемая двигателем локомотива с помощью рельсов, приложенная к центру колеса и вращающая колесо вокруг точки касания его с рельсом.

Рис. 2. Схема создания силы тяги электровоза

(1)

отсюда (3)

(4) Для разных сил тяги F находим следующие мощности: 1) индикаторная 2) касательная

3) на автосцепке 4) динамометрическая

Ограничения сил тяги и торможения

(5)

Достигнутую силу тяги измеряют, делят ее на вес локомотива и таким образом находят коэффициент сцепления при определенной скорости движения. Чтобы получить наиболее достоверные результаты, необходимо иметь как можно больше опытных значений коэффициента сцепления в зависимости от скорости движения Полученные опытом значения коэффициента сцепления наносят на график в зависимости от скорости и силы тяги, затем их обрабатывают методами математической статистики. Результаты расчетов представляют в виде графиков (рис. 3).

ПТР рекомендуют значения расчетного коэффициента сцепления локомотива определять по эмпирическим формулам (6) где a, b, c, d и e постоянные величины, которые получены на основе экспериментальных исследований, дифференцированы для различных серий локомотивов и представлены в табл При наличии кривых участков малого радиуса на крутых подъемах расчетные значения коэффициентов следует уменьшать пропорционально поправочному коэффициенту Ккр, зависящему от радиуса кривой R: (7) Значения поправочного коэффициента определяются по формулам: для электрической тяги на кривых радиусом менее 500 м при тепловозной тяге на кривых радиусом менее 800 м (8) (8) (9) (9)