Сила тяги локомотива

Силой тяги называют внешнюю силу, приложенную к движущим колесам локомотива в направлении его движения, которая вызывает перемещение локомотива и состава. Тяговая мощность тепловоза зарождается в цилиндрах дизеля и снимается с его коленчатого вала в виде вращающего момента. Поэтому существует понятие «эффективная сила тяги», отнесенная к валу дизеля тепловоза. Но дизель нельзя использовать непосредственно в ка­честве тяговой машины, потому что в пределах рабочих чисел обо­ротов коленчатого вала его вращающий момент и тяговое усилие мало изменяются от скорости вращения. В то же время в тепловозе, как в любом локомотиве, во-первых, необходимо иметь наибольшую силу тяги при взятии поезда с места и, во-вторых, нужно, чтобы она изменялась в широких пре­делах в зависимости от про­филя пути, скорости и дру­гих обстоятельств.

Для приспособления дизеля к условиям тяги поездов между валом дизеля и колесными парами применяют промежуточные передачи. Эти передачи позволяют преобразовать постоянный вращающий момент коленчатого вала дизеля в переменный на колесных парах тепловоза.

Наиболее распространеннойявляется электрическая передача, сочетающая хорошие тяго­вые способности электродвигателей с последовательным возбужде­нием и возможность автоматического управления работой дизель-генератора.

Сила тяги тепловоза появляется в результате взаимодействия колес с рельсами при прикладывании вращающего момента М_дв от тяговых электродвигателей к колесным парам (рис. 1). Возникающий при этом вращающий момент колеса М, может быть заменен парой сил, дающей тот же результат. Одна из этих сил F_K приложена к центру оси колеса, другая F_Kl-—в точке К касания бандажа с рельсом. Указанная пара сил, действующая на плече, равном половине диаметра колеса, стремится провер­нуть колесо вокруг его геометрической оси. Проворачиванию препятствует сила сцепления колеса с рельсом F_c, возникающая как противодействие силе F_kS. Причем сила сцепления появляется неизбежно, так как бандаж и головка рельса, плотно прижатые друг к другу нагрузкой на ось Р, имеют на своей поверхности множество мелких неровностей. Горизонтальное усилие от колеса на рельс F_Kl воспринимается указанными неровностями и на основании третьего закона механики порождает ответную (реактивную) силу F_c от рельса на колесо. Физически силу сцепления можно представить в виде упора, не позволяющего колесу про­скользнуть по рельсу. Одинаковые по величине, но противопо­ложные по направлению силы F_kS и F_c взаимно уравновешиваются, а оставшаяся сила F_K вызывает перекатывание и поступа­тельное движение колесной пары по рельсам. Через узлы экипаж­ной части тепловоза сила F_K от каждой колесной пары передается на тележку и далее на раму тепловоза.

Для ускорения поезда нужно, чтобы сила тяги локомотива была больше сил сопротивления. Сила тяги возникает при передаче вращающего момента от ТЭД к колесным парам. Вращающий момент на колесной паре определяется по формуле:

М_{к =} М_дв м п_п,

Где: М_{дв –} вращающий момент на валу якоря ТЭД,

м – передаточное число тягового редуктора;

п_п, -КПД передачи.

Силой тяги называется внешняя сила, приложенная к движущим колесам локомотива в направлении его движения.

Вращательный момент М_к заменяем парой сил F и F₁

В точке касания колеса с рельсом согласно 3-го закона Ньютона возникает реактивная сила F_сц, действующая от рельса на колесо. Эта сила препятствует проскальзыванию колеса относительно рельса. Одинаковые по величине и противоположно направленные силы F₁ и F_сц взаимно уравновешиваются, а оставшаяся сила F вызывает поступательное движение колесной пары.

Сумма сил F всех тяговых электродвигателей и является силой тяги локомотива.