Образование силы тяги. Тяговая характеристика тепловоза

Основной закон локомотивной тяги

Как известно, источником механической энергии для создания силы тяги на локомотиве являются электродвигатели (ТЭД), которые располагаются на тележках локомотива и, будучи подключенными к источнику электроэнергии, создают на валах своих якорей вращающие моменты Мдв. Последние через зубчатые передачи (с коэффициентом передачи µ) образуют на колесных парах вращающие моменты Мк. Рассмотрим образование силы тяги на примере одной колесной пары – рисунок 1.2

Рисунок 1.2 – Образования силы тяги

G0 – сила тяжести локомотива, приходящаяся на одну ось колесной па- ры (или сила нажатия колеса на рельс), кН,

Вращающий момент колесной пары может быть заменен парой сил F1 и F2. При этом сила F1 приложена к оси колесной пары, а сила F2 – к рельсу в точке «С» касания колеса и рельса. Очевидно,

F1 = F2 =Fк.дв

Где F_к.дв - вращающий момент преобразованный в силу тяги двигателя F_к.дв., приложенная к оси колесной пары.

В соответствии с третьим законом Ньютона (при любом взаимодействии двух тел возникают силы, действующие на оба тела. Опыт показывает, что силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению)

F₁= -F₂

в точке «С» возникает реактивная сила Fсц, которая приложена уже к колесу, равна по величине силе F2, но противоположна ей по направлению. Таким образом, силы F2 и Fсцвзаимно уравновешивают друг друга, т.е. нижняя точка колеса как бы фиксируется на рельсе, и тогда под действием силы F1 ось колесной пары перемещается влево: начинается перекатывание колеса по рельсу, т.е. поступательное движение локомотива с составом с какой-то скоростью vi. При этом сила тяги локомотива Fкравна:

Fк= N0л × Fк.дв

Где N_0Л- количество осей локомотива

Силу Fсцназывают силой сцепления (колеса с рельсом). В результате образования именно этой силы создается мгновенный центр вращения колеса в точке «С» и происходит преобразование вращающего момента колесной пары в силу тяги

Fк.дв. При нормальном движении всегда:

Fк.дв. = Fсц.

Условием же нормального движения (без боксования) является следующее условие:

Fк.дв. £ Fсц.мах ,

Боксование (буксование) – вращение движущих колес локомотива с угловой скоростью, превышающей поступающую скорость движения локомотива.

Где Fсц.мах – максимально возможная (потенциальная) сила сцепления колеса и рельса,

Где Fсц.мах = 1000 × G0 ×y к

y к – коэффициент сцепления колеса и рельса.

Из (1.14) и (1.15) следует:

Fк.дв.£ 1000 × G0×yк

Вт £ Bсц.мах

Юз (юзование) - поступательным движением колеса по рельсу без вращения либо его вращение происходит против направления движения. Юз возникает в процессе торможения при т.н. срыве сцепления, когда тормозная сила превышает силу сцепления колеса с рельсом.

Но Bсц.мах , аналогично режиму тяги, равно:

Bсц.мах = 1000 × G0×yк

Получаем закон реализации нормального (без юза) процесса торможения:Вт£ 1000 × G0×yк , т.е. тормозная сила не должна превышать максимально возможную (потенциальную) силу сцепления колеса с рельсом.

Тяговой характеристикой локомотива называется зависимость силы тяги от скорости движения Fк =f(v). Наибольшая величина силы тяги необходима при трогании поезда с места, при наборе скорости и при движении по наиболее крутому подъему. Если бы величина Fк не зависела от скорости, а была бы все время постоянной, то тяговая характеристика изображалась бы прямой линией АБ, параллельной оси абсцисс, как это показано на рис. 6.23. Так как реализуемая

мощность локомотива равна произведению силы тяги на скорость (Nк = Fк • v), то ее зависимость от скорости при Fк = const выражается прямой линией ОС" (рис. 6.24). При этом полная мощность используется только при максимальной скорости. При меньших скоростях движения мощность локомотива недоиспользуется. В тоже время профиль пути состоит из подъемов, площадок и спусков, то есть является переменным. На подъемах сила тяги требуется больше, а скорость всегда меньше, а на спусках наоборот. В идеальном случае при переменном профиле пути тяговая характеристика соответствует закону равноплечей гиперболы (кривая ВС, рис. 6.23). При такой тяговой характеристике реализуемая мощность локомотива остается постоянной (линия В'C’, рис. 6.24), а следовательно, обеспечивается ее полное использование в широком диапазоне скоростей.

Конструкционная скорость локомотива — скорость локомотива, устанавливаемая с учётом допустимого воздействия его на путь, ходовых свойств, безопасности движения (предотвращения схода с рельсов) и прочности его деталей.

Расчетная скорость(Vр) – наибольшая скорость на участке, с которой может следовать поезд максимальной массы, установленной для данного типа локомотива и расчетного подъема неограниченной протяженности.

Техническая скорость (Vт) – средняя скорость движения при безостановочном пропуске поезда по участку, но с учетом фактически потерянного времени на разгоны и торможения из-за остановок поезда.