Юго – Западная железная дорога
Киевская техническая школа железнодорожного транспорта
Ю. Н. СОКОЛОВ
Конспект
для локомотивных бригад
по предмету
УПРАВЛЕНИЕ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭЛЕКТРОВОЗА
Г. КИЕВ 2008 г.
1. Основы тяги и торможения поезда
1.1 Режимы движения поезда и силы, действующие на него
Различают три основных режима движения поезда: тяга, выбег и торможение. В режиме тяги (контроллер включен) на поезд действуют сила тяги локомотива и силы сопротивления движению. При выбеге (контроллер выключен) поезд движется по инерции. В режиме торможения на поезд действует как сила торможения, так и силы сопротивления движению. Сила инерции проявляет себя во всех случаях изменения режима движения поезда.
Если сила тяги больше сил сопротивления, то ее избыток идет на преодоление инерции поезда, скорость которого возрастает до тех пор, пока силу тяги не уравновесят силы сопротивления движению. В дальнейшем поезд движется с одной и той же скоростью, называемой установившейся. Когда силы сопротивления движению поезда превышают силу тяги, поезд движется с замедлением. В этом случае, а также при торможении инерция поезда препятствует снижению скорости.
Умело регулируя силы тяги и торможения, учитывая инерцию поезда и сопротивление его движению, машинист добивается плавности разгона поезда, ведения его строго по расписанию и обеспечивая остановку в требуемом месте.
1.2 Образование силы тяги электровоза
Вращающий момент тягового двигателя электровоза через зубчатую передачу передается на колесную пару. Этот момент Мк (рис.1) в соответствии с правилами механики можно представить в виде пары сил F и F1 с плечом действия r к (здесь r к – радиус колеса. Итак Мк = F rк, а F = F1 = Mк / rк
Колесная пара давит на рельсы с определенной силой, поэтому между колесом и рельсом возникает сцепление, препятствующее проскальзыванию колес. Если сцепления достаточно, то в точке касания колеса и рельса возникает сила Fкд равная по значению силе F1, но противоположно направленная ( третий закон динамики: всякому действию одного тела на другое всегда соответствует равное и противоположно направленное действие второго тела на первое). Эта сила и является той внешней силой, без которой невозможно движение; ее называют касательной силой тяги на ободе колеса.
В самом деле, представим, что электровоз приподнят на домкрате, тогда вращающий момент двигателя приведет колесную пару во вращение, локомотив не сдвинется с места, так как движение его невозможно при отсутствии внешней силы.
Силой тяги на ободе колеса Fк называют внешнею силу, приложенную к движущему колесу локомотива в направлении его движения и вызывающую перемещение локомотива и состава.
Эта сила прямо пропорциональна вращающему моменту тягового двигателя Мд, передаточному отношению зубчатой передачи µ и обратно пропорциональна радиусу колеса rк = Dк/2, где Dк – диаметр колеса, т.е. Fкд = Mд µ / rк или
Fкд = 2Мд µ / Dк
Эта формула не учитывает небольшие (1 – 1,5%) потери энергии в зубчатой передаче
При достаточном сцеплении колеса с рельсом силы Fкд и F1 уравновешиваются и движение колесной пары происходит под действием оставшейся неуравновешенной силы Fкд приложенной к оси колесной пары и буксе.
Рассмотрим возможности повышения силы тяги Fкд одиночной колесной пары, связанные с конструкцией передаточного механизма и диаметром колеса.
Уменьшение диаметра колеса при обычном опорно-осевом подвешивании двигателя невозможно, поскольку недопустимо изменить габариты тягового двигателя по высоте, что привело бы к понижению его мощности. увеличение передаточного числа µ может происходить за счет увеличения или радиуса большого зубчатого колеса r3 (рис.2), или радиуса малого зубчатого колеса (шестерни). Однако к настоящему времени эти возможности практически исчерпаны: большое зубчатое колесо грузовых электровозов, имея число зубьев 88, нижней частью (с учетом кожуха передачи) выходит за габариты подвижного состава по отношению к деталям автоматизированных сортировочных горок станций, а радиус шестерни не может быть снижен по условиям ее прочности.
Под силой тяги электровоза Fк подразумевают сумму сил тяги Fкд, развиваемых всеми колесными парами электровоза. Таким образом, основными путями увеличения силы тяги электровоза следует считать повышение числа колесных пар (числа секций у электровоза) или вращающего момента тяговых двигателей; однако и увеличение момента имеет свои ограничения.
Следует заметить, что при одинаковом токе тяговых двигателей (одинаковом моменте Мд) электровозы с колесами, изношенными по диаметру, имеет несколько большую силу тяги (но и меньшую скорость движения). Так, толщина новых бандажей грузовых электровозов допускается до 100 мм, а предельно изношенных – 40 мм, т.е. наибольшая разность диаметров новых и изношенных колес 120 мм, что составляет почти 10% полного диаметра колеса. Таким образом, электровоз с новыми бандажами при прочих равных условиях, будет развивать силу тяги почти на 10% меньшую, чем с предельно изношенными.