При движении поезда возникают силы трения в узлах подвижного состава, силы взаимодействия между Подвижным составом и путем, между окружающей воздушной средой и подвижным составом, а также силы сопротивления движению поезда на уклонах. Суммарная всех этих сил обычно направлена против направления движения и только на крутых спусках совпадает с ним.

Сопротивление движению поезда (локомотива, электропоезда, вагонов) разделяют на основное и дополнительное. Основное сопротивление движению поезда возникает в результате:

взаимодействия между элементами подвижного состава (трение в подшипниках тяговых двигателей, в передаточных механизмах, в буксах колесных пар и т. д). Величина этих сил зависит от коэффициента трения и сил нормального давления между трущимися поверхностями. В свою очередь коэффициент трения сам зависит от множества различных факторов. На него влияют состояние и свойства трущихся поверхностей, температура окружающей среды, вязкость смазочных материалов, скорость относительного перемещения и т. д;

взаимодействия подвижного состава с рельсами (трение в точках касания колес с рельсами, упругая деформация рельсов, пластическая деформация пути, поперечное скольжение колес относительно рельса, трение гребней о головку рельса, удары на стыках, стрелках, крестовинах и т. д.),

взаимодействия подвижного состава с окружающей средой. Оно вызывается давлением воздуха на лобовую поверхность подвижного состава, разрежением воздуха за последним вагоном и трением поверхности подвижного состава о воздух.

Сопротивление резко возрастает с увеличением скорости. Немалую роль играет форма локомотива, электропоезда и вагона.

Полное основное сопротивление движению поезда т0 складывается из основных сопротивлении движению локомотива ю'о и состава ш"о, т. е. ш0 = а', 0-1-а)"0.

Для удобства выполнения тяговых расчетов вводят понятие удельного сопротивления движению, т. е. силы сопротивления, приходящейся на 1 тс веса поезда, локомотива или состава. Удельное основное сопротивление (кгс/тс):

для локомотива аі0' = а»и'//>; для состава а\>" = а’0"/С?; для поезда ши = ®/(Р + 0),

где Р и <3 - вес соответственно локомотива и состава, тс.

Правилами тяговых расчетов (ПТР) для определения основного удельного сопротивления движению подвижного состава рекомендованы опытные формулы (табл. 1).

В табл. 1 даны значения удельного основного сопротивления движению для электровозов, вагонов и электропоездов при различных скоростях, подсчитанные но этим формулам. Следует отметить, что средняя нагрузка на рельс от одной колесной пары <70 (принято т/0 = = 17,5 тс) входит в знаменатель дроби, т. е. при большей нагрузке четырех- и шестиосных вагонов удельное сопротивление их движению уменьшается.

Для удобства расчетов при скоростях, не кратных числу 10, удельные сопротивления представлены также в виде графических зависимостей (рис. 3, а, б). Сравнивая кривые 1 и 2 (рис. 3, б), видим, что снижение удельной нагрузки на ось значительно повышает сопротивление движению (состав с одним и тем же полным весом, но с недогруженными вагонами «идет» более «тяжело», чем состав хорошо загруженный). Для электропоездов удельное сопротивление движению представлено графически на рис. 3,г.

На механическую работу, производимую электропоездами для преодоления основного сопротивления движению, тратится значительная часть энергии. При

Таблица 1

Удельное сопротивление, кгс/тс, для скоростей, км/ч

Род подай* юго состава

Расчетная формула

10

20

30

40

60

60

70

80

90

100

110

Электровоз при дЬиже-нин:

под током

к\1 = 1,9 + 0,011' + 0, 00Г Зо2

2,03

2,22

2,47

2,78

3,15

3,58

4,07

4 62

5,23

5,9

6,63

без тока

к>о' = 2,4+ 0,01о + 0,С0035о3

2,55

2,76

3,05

3,4

3,82

4,32

4,88

5,52

6,23

7,4

7,65

Пассажирские цельнометаллические вагоны

и»о" = 1,2 + 0,01о + 0,0С02о2

1,34

1,54

1,74

2,0

2,3

2,64

3,02

3,44

3,9

4.4

4,94

Грузовые четырехосные

и„ 3,0 + 0, Ю + 0.0025О2

0,93

1,04

1,17

1,33

1,51

1.71

1,99

2,24

2,54

2,88

-

вагоны иа роликовых подшипниках

“»0 - '*91 “Г

Яо

Грузовые четырехосные

т,, 0 7г 8 + 0,1о + 0,0025оа

1,23

1,33

1,46

1,61

1.8

2,02

2,26

2,56

2,93

3,18

-

вагоны на подшипниках скольжения и шестиосные вагоны на роликовых подшипниках

Щ) и, 1 -р

Яо

Электропоезда ЭР1, ЭР2 нз 10 вагонов под током

щ,' = 1,1+0,010+ 0,000226о»

1,22

1,39

1,6

1.9

2,2

2,5

2.9

3,3

3.9

4,4

без тока

шх = 1,243 + 0,182о + 0,000226о2

1,45

1,798

1,99

2,333

2,72

3,15

3,63

4,15

4,71

5,32

Зависимость удельного основного сопротивления движению от скорости

Рис. 3 Зависимость удельного основного сопротивления движению от скорости:

а - электровоза (под током) a>'o=f(o), 6 - цельнометаллических пассажирских вагонов (и), в - грузовых вагонов а>'“/(п).

/-четырехосных на подшипниках скольжения (<?о=14,5 тс), 2 - четырехосных иа подшипника скольжения и шестиосных на роликовых буксовых подшипниках (9о=17,5 тс), 3 - четырехосных иа роликовых подшипниках

~17,5тс),

г - электропоездов в режимах тяги и выбега (<п=»Ю вагонов) ш'с=’1(^) *

электрической тяге на пригородных участках на основное сопротивление движению затрачивается около 25- 30 % всей расходуемой энергии.

На участках с равнинным профилем, а также на высокоскоростных направлениях на преодоление сил сопротивления движению локомотивами в пассажирском движении затрачивается около 80 % общего расхода электроэнергии.

Для грузовых поездов этот расход колеблется от 30 до 70% общего расхода.

Для электровозов с к. п. д. тяговых двигателей 91 % удельный расход энергии на преодоление основного сопротивления движению составляет

где Зш<| - удельный расход электроэнергии, Вт-ч/тс-км;

2,725 - коэффициент для 'перехода от килограмм-сила-метров к ватт-часам.

Для электровозов переменного тока <2о~3,1а>0.

На преодоление основного сопротивления при передвижении груженых четырехосных вагонов (на подшипниках скольжения) со скоростью 70 км/ч на расстояние 100 км при весе состава 4000 тс расходуется энергий

100

А> = За; 0 3 = 3-2,26-4000 - = 2712 кВт ч.

Основное сопротивление движению поезда значительно возрастает с увеличением скорости, а следовательно, возрастает расход электроэнергии. Достаточно сказать, что при скорости 50 км/ч оно составляет 2,2 кгс/тс для электропоезда, а при скорости 100 км/ч эта величина возрастает в 2 раза и составляет 4,4 кгс/тс. Следовательно, локомотивным бригадам при вождении поездов необходимо выбирать режим ведения поезда в зависимости от резерва времени, при котором скорость следует* поддерживать близкой к средней, т. е. не делать больших перепадов.

Анализируя зависимость а»(о), отметим, что при возрастании скорости в 2 раза в зоне малых (до 30 км/ч), средних (до 60 км/ч) и высоких скоростей (до 100 км/ч) прирост удельного сопротивления неравномерен. Необходимо учитывать, что сопротивление движению на холостом ходу увеличивается, так как часть кинетической энергии расходуется на вращение якорей тяговых двигателей, соединенных зубчатой передачей с колесными парами. При движении под током это сопротивление относят к тяговому двигателю.

Силы сопротивления, которые действуют не непрерывно, а возникают лишь в определенные моменты при движении поезда, называют дополнительным сопротивлением движению поезда. К ним относятся силы сопротивления, возникающие при прохождении кривых, подъемов или уклонов, от ветра, от прохождения тоннелей, при трогаиии с места, при изменении температуры окружающей- среды. Для уменьшения дополнительного сопротивления движению смягчают профиль пути, увеличивают радиусы в кривых и смазывают боновые поверхности головок наружных рельсов в кривых или гребни бандажей специальной смазкой, закрывают двери грузовых вагонов, конструктивно выполняют электропоезда и пассажирские вагоны для скоростного движения более обтекаемой формы.

Сопротивление от уклонов. Удельное сопротивление движению также зависит от профиля пути

li: 10*.

Полное удельное сопротивление

w = од, Ь ИЦ или +

Поезд, двигаясь на подъем или спуск с постоянным значением i (%о), испытывает дополнительное постоянное сопротивление, поэтому энергия на его преодоление определяется независимо от энергии, расходуемой на преодоление основного сопротивления движению:

Для поезда ЭР1 (ЭР2) при езде на подъем (вес поезда принят 565 тс-10 вагонов) полный расход электроэнергии

где а, =0,2725-10-1 -2,725 Вт ч/тс км уде іьііькі расход энергии на 1 те веса поезда и на 1%о подъема па расстояние 1 км пути

На рис. 4 показана схема сил, действующих на подъеме. Силой сопротивления на подъеме является сила (P + Q) sin a=w,. Эта сила препятствует движению поезда на подъем.

Крутизна уклона ±i (%o)=iga или tga=i/1000, так как на железных дорогах углы а малы, то можно принять sina=tga±i (% о) (+для подъема и - для спуска), тогда tc\=(P-|-Q) tg a=(P-i-Q) і (%<>), а в удельных величинах

Силы, действующие на поезд на подъеме

Рис 4. Силы, действующие на поезд на подъеме:

Р _ вес эдектротън, ф __ зес поезда

Сопротивление от кривых участков пути. При движении по кривым под действием силы инерции гребни колесных пар прижимаются к боковой поверхности головки наружного рельса, что приводит к возникновению трения между ними. При большой кривизне пути, малом поперечном разбеге колесных пар в трехосных тележках не только концевые колесные пары прижимаются к наружному рельсу, но и средние (2-я и 5-я) к внутреннему рельсу. Кроме того, возникают дополнительные усилия в опорах кузовов и ударно-тяговых приборах. Все эго вызывает дополнительное сопротивление движению в кривой, -л), =700//? (где /? - радиус кривой, м).

Большое сопротивление движению возникает при низких температурах окружающей среды в основном за счет повышения вязкости смазки в узлах трения. Например, при скорости 80 км/ч и температуре воздуха минус 30° С это повышение сопротивления принимается 7 -9 % для грузовых вагонов и 4-5 % -для электропоездов и пассажирских вагонов. Для уменьшения сопротивления движению электровозов и электропоездов необходимо своевременно производить смазывание трущихся частей и деталей.

Силы, действующие на поезд | Экономия электроэнергии на электро-подвижном составе | Выбор контрольного участка для замера сопротивления движению

Рекомендуемый контент: