10. Понятие и методика расчета ускорения свободного падения с учетом энергии вращающихся частей вагона.

Вагон является сложной динамической системой, общий запас энергии которой складывается из энергии поступательного и вращательного движения, Дж:

где m – масса вагона (отцепа), кг; v – скорость движения вагона, м/с; I – полярный момент инерции, кг.м2; – угловая скорость вращения колесной пары, об./с; n – число осей в вагоне (отцепе).

где R – радиус колесной пары, м.

где – условная масса отцепа с учетом инерции вращающихся частей вагонов.

Путем ряда преобразований получается формула для определения значения ускорения свободного падения с учетом инерции вращающихся частей вагонов , м/с2:

Для упрощения расчетов используется формула:

где – коэффициент увеличения массы вагона при учете его вращающихся частей.

11. Характеристика и методика расчета основного удельного сопротивления движению отцепа.

Основным называют сопротивление движению вагона на прямом горизонтальном участке пути, обусловленное трением деталей буксовых узлов, трением качения между колесами и рельсами, ударами на межрельсовых стыках, рассеиванием энергии на колебание балласта, земляного полотна и т.п.

Основное удельное сопротивление wо зависит от следующих факторов:

-веса вагона и осевой нагрузки;

-состояния ходовых частей вагона;

-температуры окружающей среды и буксового узла;

-состояния верхнего и нижнего строения пути и поверхности рельсов.

Также отмечена зависимость величины wо от времени стоянки состава в парке приема перед расформированием (чем дольше простаивает состав, тем выше сопротивление вагонов при роспуске). Кроме того, отмечено увеличение основного сопротивления с понижением температуры воздуха до – 25 ºС, при дальнейшем понижении температуры воздуха значение величины wо будет уменьшаться.

Величина wо является случайной, то есть у вагонов одного типа и массы может при одинаковых условиях принимать различные значения.

Разброс значений удельного сопротивления с повышением весовой категории вагона уменьшается, а также уменьшается и среднее значение. Это значит, что тяжеловесные вагоны имеют меньшее основное сопротивление движению, и, следовательно, лучшую динамику скатывания.

Расчет удельной работы сил основного сопротивления производится по формуле, м эн. в.:

, где – среднее значение основного удельного сопротивления движению вагона, кгс/тс; – длина расчетного маршрута, м.

12. Характеристика и методика расчета удельного сопротивления движению отцепа от среды и ветра.

Сопротивление от воздушной среды и ветра может принимать, как положительные, так и отрицательные значения, и соответственно, может способствовать как замедлению, так и разгону скатывающегося отцепа. Удельное сопротивление от среды и ветра wсв зависит от следующих факторов:

-температуры наружного воздуха;

-скорости и направления ветра в период скатывания отцепа;

-веса и скорости движения отцепа;

-числа вагонов в отцепе;

-площади поверхности отцепа, на которую воздействует давление воздушного потока.

Основным фактором, оказывающим наибольшее влияние на значение этого вида сопротивления, является ветер. Встречный ветер увеличивает сопротивление, а попутный – уменьшает его. Боковой ветер, дующий под углом 15 – 30 к направлению оси путей, действует не только на торцевую, но и на боковую поверхность вагона и оказывает более значительное воздействие, чем встречный или попутный ветер. Особенно значительно действие ветра сказывается на движении легковесных отцепов.

Расчет удельного сопротивления движению вагона от воздушной среды и ветра wсв (кгс/тс) ведется по формулам:

для отцепов из нескольких вагонов:

для одиночных вагонов:

где cx – коэффициент воздушного сопротивления одиночных вагонов или первого вагона в отцепе; cxxj – коэффициент воздушного сопротивления вагонов в отцепе (кроме первого вагона); S, Si – площадь поперечного сечения (мидель) соответственно одиночного (или первого) вагона в отцепе и последующих вагонов в отцепе, м2; Q – вес вагона, тс; vот – относительная скорость скатывания отцепа с учетом направления ветра, м/с; tн – температура наружного воздуха, оС. При движении отцеп испытывает сопротивление от набегающей воздушной массы, скорость которой показана вектором vнв, и от ветра (вектор скорости vв). Вектор скорости набегающей воздушной массы численно равен скорости скатывания отцепа vс и противоположно направлен (рисунок 2). Относительная скорость отцепа vот определяется на основании теоремы косинусов по формуле:

где vc – средняя скорость отцепа на участке спускной части горки, м/с (принимается в соответствии с Правилами и нормами); vв – скорость ветра (принимается постоянной), м/с; β – острый угол между направлением ветра и осью участка пути, по которому движется отцеп, град.

а) При попутном ветре

б) При встречном ветре

Рисунок 2 – Схема определения вектора относительной скорости скатывания vот, углов и . Знак «+» в формуле принимается при встречном ветре, знак «–» – при попутном. При скорости попутного ветра больше скорости отцепа wсв принимается со знаком «–». Угол α между результирующим вектором относительной скорости vлт и направлением движения отцепа определяется по формуле:

Температура наружного воздуха tн определяется по формуле.

tн = tср+ 0,3 τ (T– tср)

где tср – среднемесячная температура воздуха расчетного месяца, оС; T – минимальная (для неблагоприятных условий) или максимальная (для благоприятных условий) температура воздуха расчетного месяца, оС; τ – нормированное отклонение, принимаемое для ГПМ равным 3, ГБМ и ГСМ – 2,5, ГММ – 2,0. Расчет удельной работы сил сопротивления от среды и ветра выполняется по формуле (м эн. в.):

где p – количество расчетных участков горки.