Силы, действующие на поезд

Силы, действующие на поезд, делятся на внеш* н и е - притяжение земли (вес поезда), реакции рельсов, воздействие среды (воздуха), и внутренние - силы взаимодействия между отдельными вагонами Ц локомотивом, силы парные и равные по величине, сов<> падающие по линии действия и противоположно направленные. Равнодействующая внутренних сил равна нулю. Под действием только внутренних сил центр тяжести материальной системы или тела, т. е. поезда, не может изменить своего положения в пространстве, он может перемещаться только под действием внешних сил. В режиме тяги на поезд действуют силы, передающиеся от электровоза или моторного вагона электропоезда, силы, оказывающие сопротивление движению состава и в режиме торможения - искусственные силы сопротивления движению (тормозные) (рис. 1).

Кроме того, во всех случаях необходимо учитывать силу инерции (свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения - первый закон динамики). Все это можно представить равнодействующей Г_у, т. е. силой, представляющей разность

Рис. 1. Распределение сил в поезде:

1 - сила тяги, » - сила сопротивления; В - сила торможения, с - центр тяжести поезда между силой тяги и силами сопротивления 1'У - Р - - ю - 3.

Сила Ру выводит поезд из состояния покоя или равномерного прямолинейного движения, т. е. является ускоряющей:

где а - ускорение;

т - масса поезда (приведенная).

Различают три основных режима ведения поезда: тяга, «выбег» и торможение. В режиме тяги движение может быть ускоренное, если сила тяги больше сил сопротивления /¦'><•?>; равномерное, если сила тяги равна сила:.: сопротивления движению Г = ы, т. е. поезд движется с установившейся скоростью; замедленное, если скла тяги меньше сил сопротивления движению /^;<о), т. е. поезд движется с замедлением.

В режиме «выбега» силы Ь' и В равны нулю. Величина т может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, па каком профиле пути находите:; поезд, и движение может быть замедленным, равномерным пли ускоренным. Такое же явление наблюдается и з режиме торможения.

Сила тяги. Внешнюю силу, приложенную к движущимся колесам локомотива в направлении его движения и вызывающую перемещение локомотива и состава, называют силой тяги. Рассмотрим, как возникает эта сила.

При работе тягового двигателя электровоза его вращающий момент от якоря через зубчатую передачу передается колесной паре. Представим себе, что электровоз приподнят мощным подъемным краном, и когда вращающий момент двигателя приведет колесную пару во вращение, локомотив не сдвинется с места, так как движение его невозможно при отсутствии внешней силы. Нели электровоз стоит на рельсах, то вращающий момент, действующий на колесную пару, можно представить в виде двух сил (нары сил), как это показано на рис. 2. Сила Т⁷ приложена к центру оси колесной пары, а сила /м, направленная в противоположную сторону,- к ободу колоса в точке его соприкосновения с рельсом. По законам механики сила

Рис. 2. Образование силы тяги на ободе колеса:

Г -сила, приложенная к центру колеса: - внешняя сила, Л1_Ь -

вращающий момент: г'-радиус колеса; О - центр колеса; О' - точка соприкосновения колеса с рельсом; ₁ - реактивная сила, приложенная к ободу колеса

Сила Р по отношению к поезду является внутренней и непосредственно не может обеспечить поступательное движение поезду, для этой цели необходима внешняя сила.

Такая сила образуется за счет сцепления колеса с рельсом в точке О'.

Из рис. 2 видно, что сила /д приложена к рельсу. От приложения силы возникает реактивная сила Р_кд (по третьему закону Ньютона), равная по величине, противоположная по направлению и приложенная к ободу колеса.

Вращающий момент М_к или пара сил Р- /д стремится повернуть все точки колеса вокруг центра О, но сила трения, возникающая в точке О, под действием веса поезда, препятствует этому вращению.

Сила Рид--реакция рельса на обод колеса. Это внешняя сила но отношению к поезду; она но существу является тем упором, который препятствует активной силе /д сдвинуть колесо относительно рельса, т. е. представляет ничто иное, как силу тяги Р> = Р_хг. При увеличении силы /д увеличивается реактивная сила Р_кя, но сила

Если сила Т⁷) не превосходит некоторой предельной величины, опорная точка колеса неподвижна относительно рельса и является мгновенным центром вращения колеса Внешняя сила Е_Кд будет непрерывно перемещать мгновенный центр вращения колеса вдоль рельса. В соприкосновение с рельсом будут приходить все новые точки бандажа, оказывающиеся мгновенными центрами вращения колеса.