Силы сопротивления движению поездов

Силы сопротивления движению поезда складываются из сил сопротивления движению локомотива и сопротивле­ния движению состава . Каждое из этих сопротивлений состоит из основного сопротивления и дополнитель­ного и . Под основным сопротивлением понимают сопротивление, которое оказывается движению поезда все­гда, независимо от того, где движется поезд: по площадке, спуску или подъему. Оно суммируется из следующих сопро­тивлений:

-воздушной среды;

- от трения в буксах;

-от качения колес по рельсам;

- от проскальзывания колес по рельсам из-за возможной разницы в диаметрах колес;

- от рельсовых стыков.

В тяговых расчетах силы сопротивления (и силы тяги тоже) принято выражать через удельные силы.

Удельная сила — это часть полной силы, приходящаяся на 1кН веса (локомотива, состава). Ее размерность Н/кН. Удельные силы основного сопротивления движению для локомотивов и вагонов и определяются по эмпирическим формулам, полученным опытным путем. Удельные силы за­висят от скорости движения, типа подшипников букс, а так же от загрузки вагонов и числа осей.

Для локомотивов удельное основное сопротивление в тяговом режиме (тяговые двигатели включены) определяют по формуле

w’0= 1,9 + 0,01v + 0,0003v²,

где V — скорость движения, км/ч.

При движении с выключенными тяговыми двигателями (в режиме холостого хода) удельное сопротивление

w’_х = 2,4 + 0,011v + 0,00035v² .

Основное удельное сопротивление состава определяется типом вагонов, из которых состоит состав

где - соответственно доли 4-,6- и 8-осных вагонов в составе по массе; - соответственно основное удельное сопротивле­ние 4-, 6- и 8-осных вагонов.

В настоящее время почти все вагоны имеют буксы с ро­ликовыми подшипниками. Однако часть 4-осных вагонов еще эксплуатируется с буксами, имеющими подшипники скольжения. Подшипники скольжения оказывают большее, чем роликовые, сопротивление движению и недостаточно надежны, поэтому они сняты с производства.

Формулы по определению основного удельного сопро­тивления вагонов имеют вид:

четырехосные вагоны на подшипниках скольжения

четырехосные вагоны на подшипниках качения (на ро­ликовых)

шестиосные вагоны

восьмиосные вагоны

Здесь — масса, приходящаяся на одну колес­ную пару соответственно 4-, 6- и 8-осного вагона, т/ось. Для всех типов вагонов она обычно составляет 20-22 т/ось.

Учитывая наибольшую распространенность четырехос­ных вагонов, доля их в составе может составлять 0,8-0,9, доля восьмиосных - 0,1-0,15, а шестиосных (их мало пост­роено) — 0,01-0,03 (1-3 %). Из четырехосных вагонов на под­шипниках скольжения осталось не более 10-15%.

Определив удельные сопротивления локомотива и ваго­нов можно найти величину полных основных сопротивлений локомотива и состава

где - удельные сопротивления локомотива и состава соответ­ственно, Н/кН; Р и О — масса локомотива и состава, т; g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Под дополнительным сопротивлением понимают сопро­тивление, которое оказывается движению поезда по подъе­му, кривым, а также при ненормальных метеорологических условиях.

Удельное сопротивление от подъема численно равно крутизне подъема, выраженной в числе тысячных (в %о). (Одна тысячная подъема (1 %о) означает, что через каждую тысячу метров поезд поднимается относительно предыдущей отметки на 1 м_, А величина уклона есть тангенс угла а на­клона прямой (плоскости) над горизонталью)(рис. 50).

Рис.4.50. К определению удельного сопротивления от подъема.

Дополнительное сопротивление от подъема

При малых углах тогда

;

– уклон.

Дополнительное сопротивление, приходящееся на 1 кН веса поезда (удельное сопротивление)

Полное дополнительное сопротивление поезда

Дополнительное сопротивление от кривых возникает из--за трения гребней колесных пар о боковую грань наружного рельса, к которому колесные пары прижимаются центробеж­ной силой. Это сопротивление зависит от радиуса кривой, ее протяженности и учитывается в тяговых расчетах как со­противление от подъема (фиктивного).

Удельное сопротивление в кривых определяется по фор­муле

где S_с — длина участка, на котором имеются кривые; S_кр1, S_кр1…S_крк -длины кривых; -радиусы кривых.

В зависимости от радиуса кривых удельное сопротивле­ние от них составляет от 0,1 до 0,8 Н/кН.

Таким образом, рассматривая поезд состоящим из массы локомотива и состава (группу сцепленных между собой ваго­нов), можно определить через удельные сопротивления сум­марное полное сопротивление движению поезда на подъеме.

Тормозные силы поезда при механическомторможении

При механическом тор­можении под действием сжатого воздуха поршни тор­мозных цилиндров через ры­чажную передачу прижимают колодки к вращающимся ко­лесам с силой К (рис. 52),

Рис. 4.51. Схема образования тормозной силы

пропорциональной давлению воздуха. В месте контакта каждой колодки с колесом возникает сила трения, В_р действующая против враще­ния колеса.

Где - коэффициент трения колодки о колесо.

Сила создает момент , направленный против вра­щения колеса. Его можно заменить моментом силы В₂, прило­женной в точке касания колеса с рельсом. При наличии между колесом и рельсом силы сцепления, сила В₂ вызовет равную ей и противоположно направленную реакцию рельса — силу В, которая является внешней силой по отношению к поезду и на­зывается тормозной силой. Тормозная сила каждой колесной пары ограничена сцеплением колеса с рельсом. Если сила В₂ превысит силу сцепления колеса, начнется ее проскальзыва­ние относительно рельса, колесная пара может заклинить и начать скользить по рельсу (юз). Образуются ползуны на по­верхности катания, которые создают удары при каждом обо­роте колеса.

Чтобы предотвратить заклинивание регламентируют силу нажатия колодок на колесо для каждого типа подвижно­го состава.

Сумму тормозных сил всех колесных пар поезда, обору­дованных тормозами, называют тормозной силой поезда.

где В₁ —тормозная сила в Н; К_р — расчетная сила нажатия колодок на колесо, кН; - расчетный коэффициент трения.

Коэффициент трения колодок зависит от их типа. Для чугунных колодок

Для композиционных =0,36(v+150)/(2v+150).

Расчетная сила нажатия для чугунных колодок

Крчуг=68,5кН/ось

Для композиционных Кр комп=41,5кН/ось

Удельная тормозная сила – сила приходящаяся на 1кН веса состава вычисляется по формуле

Где vр (тэта эр) - расчетный тормозной коэффициент, показывающий сколько кН нажатия приходиться на 1кН веса состава.

Vр=Кр n/Qg

Где n- число тормозных осей в составе.

Расчетный тормозной коэффициент характеризует степень обеспечения поезда тормозными средствами. Поэтому его минимальное значение ограничивается. Так для грузовых поездов, оборудованных чугунными колодками, он должен быть не менее 0,33 кН/кН, а композиционными -0,19 кН/кН.