Сопротивление движению поезда
Силы, действующие на поезд. Основное уравнение движения поезда.
На поезд действуют внутренние и внешние силы. Внутренние силы уравновешиваются между собой и на характер движения поезда влияния не оказывают. На характер поступательного движения поезда оказывают влияние только внешние силы: сила тяги Fт, сила торможения Вт и сила сопротивления движения поезда W. Сила тяги Fт действует по направлению движения поезда. Сила торможения Вт и сила сопротивления движения поезда W препятствует движению. Сила тяги Fт и сила торможения являются управляемыми силами (машинист может менять их величину по своему усмотрению: переходить на другое соединение тяговых двигателей, увеличивая силу тяги или изменять величину разрядки тормозной магистрали, увеличивая тормозную силу). Сила сопротивления движению поезда является неуправляемой силой, так как машинист практически не может влиять на эту составляющую.
Все внешние силы, действующие на поезд, можно свести в основное уравнение движения поезда:
Fу = Fт – Вт – W,
где Fу – ускоряющая сила.
Все силы на поезд действовать не могут (как правило, не бывает такой ситуации, когда машинист едет в режиме тяги и одновременно тормозит). В зависимости от режима ведения состава на поезд могут действовать следующие внешние силы:
1) Режим тяги: Fу = Fт – W
2) Режим торможения: Fу = – Вт – W
3) Режим выбега: Fу = – W
|
|
|
Необходимо заметить, что величина W имеет несколько составляющих, о которых речь пойдет позже. Но если поезд следует по уклону, то величина W может быть и со знаком плюс, помогая движению поезда.
Если ускоряющая сила Fу больше нуля, то поезд разгоняется, если Fу меньше нуля, то поезд замедляет движение, если Fу равно нулю, то поезд движется с постоянной скоростью или стоит на месте.
Образование силы тяги
На электроподвижном составе при прохождения тока по обмоткам тяговых двигателей за счет взаимодействия тока по обмоткам тяговых двигателей за счет взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря с магнитным потоком, создаваемым катушками главных полюсов, возникает вращающий момент. Он через зубчатую передачу передается на колесную пару. Однако одного вращающего момента недостаточно для создания силы тяги. Возникающие при этом силы являются внутренними относительно поезда и не могут вызвать поступательного движения. Так, если колесную пару приподнять над рельсами, то ее вращение не приведет к движению поезда. Для получения поступательного движения необходимо за счет действия внутренних сил вызвать внешние силы. Это достигается использованием сцепления колес с рельсами. На рисунке показано колесо, к которому приложен вращающий момент Мк, действующий по часовой стрелке. Оно прижато к колесу с силой Р0.
|
|
|
Вращающий момент Мк можно заменить парой сил F1 и F2.
|
Сила F приложена к центру колеса О, а сила F1 – к ободу в точке А касания его с рельсом. Под действием сил F1 и Р0 возникнут равные им и противоположено направленные реакции со стороны рельса, выражаемые силами F2 и R. Силы F1 и F2 приложены в одной точке, равны и противоположено направлены, поэтому уравновешивают друг друга. Оставшаяся неуравновешенная сила F, приложенная в центре колесной пары и будет создавать поступательное движение колеса, а значит, и всего поезда.
Коэффициент сцепления колеса с рельсом
Коэффициент сцепления колеса с рельсом – отношение максимальной силы тяги, которую может реализовать колесная пара к нагрузке на ось
,
Ψ – коэффициент сцепления; Fт макс – максимальная сила тяги; Р0 – нагрузка на ось
Из этой формулы очевидно, что при следовании в режиме тяги машинист не должен превышать отношения:
Fт макс ≤ Р0*Ψ
На величину коэффициента сцепления влияют следующие факторы:
|
|
|
1) Скорость движения. С ростом скорости коэффициент сцепления уменьшается
2) Погодные условия. Дождь, снег, иней уменьшают коэффициент сцепления. Необходимо отметить, что в самом начале дождя коэффициент сцепления резко уменьшается из-за наличия на поверхности рельса масляной пленки. Затем, когда рельсы очистятся дождем от загрязнения коэффициент сцепления несколько увеличивается.
3) Чистота поверхности колеса и рельса. Масляные пятна, угольная пыль и пр. резко уменьшают коэффициент сцепления. Затруднительно следовать за пассажирскими и электропоездами, так как взвихренная на большой скорости пыль оседает на головках рельсов, уменьшая коэффициент сцепления.
4) Состояние электровоза и рельсового пути. Повышенный прокат бандажей, разность диаметров бандажей колесной пары
Машинисту в практике важно знать не только коэффициент сцепления отдельной колесной пары, но и суммарный коэффициент сцепления локомотива. Он зависит от следующих параметров:
5) Развеска локомотива (равномерность распределения веса локомотива на колесные пары). Регулируется пружинами рессорного подвешивания. При неотрегулированной развеске локомотива коэффициент сцепления снижается.
|
|
|
6) Состояние противоразгрузочных устройств. При неотрегулированных или неисправных нагрузочных устройствах коэффициент сцепления колес с рельсом снижается
7) Разность диаметров бандажей колесных пар. При суммарной разности диаметров бандажей колесных пар более16 мм не допускается эксплуатация электровоза
8) Разность характеристик тяговых двигателей
Коэффициент сцепления у электровозов переменного тока выше, чем у электровозов постоянного тока, так как у электровоза переменного тока все тяговые двигатели соединены параллельно.
Коэффициент сцепления рассчитывается по формулам, выведенным после многочисленных опытов в различных условиях.
Для повышения коэффициента сцепления применяют подачу сухого кварцевого песка под колесные пары. Конструкционно для повышения коэффициента сцепления можно увеличить нагрузку на ось, как это сделано на электровозе ВЛ10у ( с 23 т до 25т против ВЛ10). Но большая нагрузка на ось может привести к повышенному износу пути.
1.4 Боксование. Последствия и меры предупреждения
Боксование – резкое увеличение частоты вращения колесных пар, когда коэффициент сцепления становится равен нулю. На электровозах постоянного и переменного тока применяют двигатели с последовательным возбуждением. При определенных достоинствах эти двигатели имеют существенный недостаток: при отсутствии нагрузки эти двигатели идут вразнос. Частота вращения начинает бесконечно увеличиваться и может достигнуть большой величины. Узлы локомотива не рассчитаны на это, поэтому при большой частоте вращения двигателей возможны следующие последствия:
1) Размотка бандажа якоря тягового двигателя;
При разносном боксовании, когда машинист подачей песка резко останавливает якорь тягового двигателя возможны следующие неисправности:
2) Спрессовка малой шестерни зубчатой передачи
3) Излом зубьев зубчатой передачи
4) Сдвиг бандажа колесной пары
5) Излом подвески тягового двигателя
6) Обрыв автосцепного устройства
На боксующем тяговом двигателе резко увеличивается падение напряжения, поэтому также возможно:
7) Перекрытие изоляции тягового двигателя
8) Круговой огонь по коллектору
При взятии поезда с места, когда колесные пары стали боксовать, возможна также
9)Пропиловка рельсов
С подачей песка пропиловка еще более усиливается.
При боксовании ток, протекающий по тяговым двигателям, уменьшается, а значит и уменьшается сила тяги локомотива. Кроме того боксующая колесная пара в тяге не участвует и ее нагрузка распределяется на остальные колесные пары.
Машинисту надо помнить, что боксование надо гасить в самом начале, когда частота вращения еще не достигла критической. Для предотвращения боксования рекомендуется подача сухого кварцевого песка небольшими порциями. Также можно уменьшать силу тяги переходом на реостатные позиции и затем вновь стараясь выбрать ходовую.
Сопротивление движению поезда
Силы сопротивления поезда делятся на основные и дополнительные. Основные силы сопротивления движению всегда действуют на движущийся поезд. Дополнительные – воздействуют время от времени.
Основные силы сопротивления движению поезда. К ним относятся:
1) Силы от трения в узлах подвижного состава. Оно возникает от взаимного трения в узлах подвижного состава. К нему относится: трение в буксовых подшипниках, трение в зубчатой передаче электровоза, трение щеток тягового двигателя о коллектор и.т.п. Данное сопротивление зависит от силы трения в буксовых подшипниках, а значит, определяется качеством и количеством смазки, состоянием деталей буксового узла. Данное сопротивление является наибольшим из всех остальных и учитывается при расчете электроэнергии. Чем больше нагрузка на ось вагона, тем удельное сопротивление от трения в буксовых узлах меньше.
2) Сопротивление от взаимодействия пути и подвижного состава. Оно возникает в результате трения качения и трения скольжения между колесами и рельсами. При большей твердости материала колес и рельсов они меньше вдавливаются друг в друга и рение качения уменьшается; применение бесстыкового пути и рельсов более тяжелого типа также уменьшает это трение. Трение скольжения между колесом и рельсом возникает при неравенстве диаметров колес одной колесной пары, соприкосновении гребней бандажей с боковыми гранями головок рельсов и поперечном скольжении во время вилянии тележек. Чем выше скорость, тем больше препятствуют движению эти явления. Необходимо также учитывать толчки от набегания колес на торцы рельсов на стыках. Это сопротивление может быть снижено улучшением содержания полотна железной дороги и рельсов, а также увеличением длины рельсов. Неровности рельсов или бандажей (выбоины, овальность) также увеличивают сопротивление движению, так как при вертикальном перемещении ходовых частей энергия движения затрачивается на трение букс о направляющие и работу рессор, а значит вызывает сопротивление движению.
3) Сопротивление воздушной среды. Оно вызывается давлением воздуха на лобовую поверхность подвижного состава, разрежением воздуха за задней торцевой стенкой последнего вагона и трением поверхности подвижного состава о воздух. На величину этого сопротивления наибольшее влияние оказывает скорость движения поезда, форма вагонов и локомотива.
Дополнительные силы сопротивления движению поезда. К ним относятся:
1) Сопротивление движению от подъемов
2) Сопротивление движению от кривых. В кривых происходит повышенное трение бандажа колесной пары о головку рельсов. Поэтому чем меньше радиус проходимой кривой, тем сопротивление движению больше.
3) Сопротивление движению от низких температур. При низких температурах происходит застывание смазки в буксовых подшипниках, тем самым возрастает сопротивление движению.
4) Сопротивление движению от бокового ветра. Данное сопротивление движению учитывается на открытых местах, где дуют постоянные ветра. При боковом ветре происходит прижатие гребня колесной пары к головке рельса, что увеличивает сопротивление движению.
5) Сопротивление движению от длительных стоянок. При длительных стоянках происходит стекание смазки с поверхности трения буксового узла. Затем из-за недостатка смазки в месте контакта сопротивление движению увеличивается.
6) Сопротивление движению от подвагонных генераторов. Учитывается в пассажирских поездах. Чем больше электрическая нагрузка пассажирских вагонов, тем больше сопротивление движению.
Электрическое торможение
Тормозной электромагнитный момент образуется при взаимодействии магнитного поля обмотки главных полюсов с магнитным полем обмотки якоря. Тормозной электромагнитный момент будет направлен против направления вращения якорей тяговых двигателей.
При электрическом торможении обмотки возбуждения отключаются от обмоток якорей и подключаются к независимому источнику энергии (на грузовых электровозах постоянного тока – к генератору преобразователя).
Электрическое торможение бывает рекуперативным, реостатным, рекуперативно – реостатным. При рекуперативном торможении электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми двигателями, отдается в контактную сеть. При реостатном торможении электрическая энергия гасится на тормозных реостатах.
Величина тормозного момента при электрическом торможении определяется по формуле:
Мт = Се * Ф * Iя, где
Се – машинная постоянная, зависящая от параметров тяговых двигателей
Ф – магнитный поток, Вб
Упрощая эту формулу можно записать, что тормозной момент тягового двигателя определяется по формуле:
Мт = Iя * Iв
При рекуперативном торможении величина тока якоря определяется по формуле:
где
Етд – суммарная ЭДС, вырабатываемая тяговыми двигателями, В
Uкс – напряжение контактной сети, В
∑Rтд – суммарное сопротивление обмоток тяговых двигателей, Ом
Величина ЭДС, вырабатываемая тяговыми двигателями, определяется по формуле:
Етд = Се * Ф * n, где
Се – машинная постоянная, зависящая от параметров тяговых двигателей
Ф – магнитный поток
n – частота вращения якорей тяговых двигателей.
Упрощая эту формулу можно записать, что ЭДС тяговых двигателей определяется по формуле:
Етд = Iв * υ, где
Iв – ток возбуждения, а
υ – скорость движения, км/ч
Из этой формулы следует, что при одной и той же скорости движения максимальную ЭДС при рекуперативном торможении можно получить при сериесном соединении тяговых двигателей, так как при этом складывается величина ЭДС всех тяговых двигателей. Поэтому сериесное соединение применяют при небольшой, 14-17 км/ч, скорости следования поезда.
При параллельном соединении тяговых двигателей в режиме электрического торможения получается большая отдача электрической энергии, так как через счетчик идет сумма токов четырех параллельных ветвей.
При любом соединении тяговых двигателей можно реализовать максимальный тормозной момент. Все зависит от скорости движения поезда. Электрическое торможение рекомендуется собирать при следующих скоростях:
Сериесное соединение – при скорости 13-25 км/ч; сериес – параллельное – при скорости 26-52 км/ч; параллельное – при скорости 52-100 км/ч.
Все машинисты знают, что с тяжелым поездом на больших скоростях рекомендуют собирать параллельное соединение тяговых двигателей при рекуперативном торможении, чтобы удержать поезд. Почему СП соединение тормозит хуже при скорости выше 55 км/ч? Приведем пример. Машинист пытается собрать СП соединение тяговых двигателей при скорости 70 км/ч. Уже на первой тормозной позиции сработает реле рекуперации и появится ток якоря. Через несколько позиций ток якоря достигнет больших значений, а ток возбуждения будет еще небольшим. А мы знаем, что тормозной момент равен произведению тока якоря на ток возбуждения. В данном случае тормозной момент будет незначителен. А вот если машинист будет собирать при скорости 70 км/ч параллельное соединение, то при большом токе якоря можно достичь и большого тока возбуждения. В результате тормозной момент возрастет.
Преимущества электрического торможения:
1) Экономия электрической энергии
2) Повышение плавности ведения поезда
3) Увеличение участковой и технической скорости
4) Экономия тормозных колодок
5) Увеличение безопасности движения
Дата добавления: 2019-08-31; просмотров: 1112; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!