Сила тяги локомотивов и их тяговые характеристики

2.1 Общие положения

В настоящее время на железных дорогах России применяются преимущественно тепловозная и электрическая тяга. При этом наибольшее применение получили электровозы постоянного и переменного тока и тепловозы с электрической передачей (тяговыми электродвигателями).

В качестве тягового двигателя во всех локомотивах применяются электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения.

При постоянном токе напряжение в контактной сети, , 3 кВ, при переменном ‑ 25 кВ.

Электровоз получает энергию от внешних источников (ГЭС, ТЭС, ТЭЦ и др.) через контактную сеть, а тепловоз является автономным локомотивом, который вырабатывает электрическую энергию собственной дизель-генераторной установкой.

Так как у современных локомотивов все оси ведущие, то в реализации силы тяги участвует вся масса локомотива.

2.2 Схема реализации силы тяги.
Ограничение силы тяги по сцеплению

При прохождении тока по обмоткам тягового электродвигателя на его якоре возникает вращающийся момент ( ), который через зубчатую передачу передается на ось колесной пары и создает движущийся момент (рис. 2.1 ).

Рис. 2.1 Схема реализации силы тяги.

Однако эти моменты являются внутренними для поезда и без воздействия внешней среды вал и колесная пара вращались бы без поступательного движения.

Заменим момент парой сил и с плечом Д/2:

,	(2.1)
	где	Д/2	‑	радиус ведущего колеса.

В точке приложения силы (от колеса к рельсу) возникает равная по величине и противоположно направленная реакция рельса . Сила и является силой тяги одного тягового двигателя. Она называется касательной, т.к. приложена в точке касания колеса с рельсом.

Сила тяги всего локомотива равна произведению числа его осей, , на силу тяги одного двигателя, , т.е.

(2.2)

Суммарный движущий момент всех осей связан с силой следующим соотношением:

,	(2.3)
,	(2.4)
где		‑	передаточное число ;
		‑	КПД зубчатой передачи;
		‑	суммарный момент на валах двигателей.

Сила тяги не должна превышать силу сцепления колес с рельсами .

,	(2.5)
,
где		‑	коэффициент сцепления колеса с рельсом, зависящий от скорости;
		‑	давление от одной ведущей оси.

Для современных локомотивов:

,	(2.6)
где	Р	‑	масса локомотива, т.

При несоблюдении условия 2.5 возникает боксование, что приводит к порче рельсов и бандажей колес.

2.3 Тяговые характеристики локомотивов

Мощность двигателя, а, следовательно, сила тяги и скорость движения поезда регулируются. В качестве расчетных значений скорости и силы тяги используются такие, при которых возможности локомотива реализуются наилучшим образом. Зависимость скорости движения и силы тяги для каждого локомотива приведены в ПТР [2].

Тяговой характеристикой называется зависимость силы тяги локомотива от скорости, . Они индивидуальны для каждого конкретного локомотива.