Основное сопротивление движению


Основное сопротивление движению зависит от многих факторов, поэтому теоретическим путем определить значение основного сопротивления движению очень сложно. Представим его в виде двух составляющих: основного сопротивления движению, обусловленная трением в подшипниках подвижного состава, трением качения и скольжения колес по рельсам или дороге, деформацией пути и сопротивление воздушной среды при отсутствии ветра:

W0 = Wо тр +Wо аэр,

Сопротивление движению от трения.Наиболее су­щественной является величина Wo тр, состоящая из суммы сопротивления движению от трения в подшипниках подвижного состава, качения и скольжения колес по рельсам или дороге и сопротивление движению от деформации пути:

.

Сопротивление трения в подшипни­ках. Силы трения в буксах колесных пар, в под­шипниках тяговых электродвигателей и передаточных механизмах зависят от коэффициентов трения и давления между трущимися поверхностями.

В момент трогания подвижного состава сопротивление воздушной среды, сопротивление движению со стороны пути будут равны нулю и все сопротивление движению будет сосредоточено в подшипниках. Особенно суще­ственна эта величина в подшипниках скольжения, так как в состоянии покоя между шейкой и вкладышем отсутствует жидкостная пленка, особенно после длитель­ной стоянки. В этом случае в момент трогания поезда движение шейки в подшипнике скольжения начинается при сухом трении, которому соответствует наибольшее значение коэффициента трения.

Затем, когда шейка оси приходит во вращение, она захватывает смазку. Начинается образование жидкостной пленки между вкладышем и шейкой и появление так назы­ваемого масляного клина, что способствует уменьшению коэффициента трения.

Коэффициент трения зависит также от температу­ры окружающего воздуха. При низкой температуре вязкость смазки увеличивается, что приводит к увеличению коэффициента тре­ния и соответственно сопро­тивления движению в момент трогания поезда после дли­тельной стоянки. При высо­кой температуре вязкость смазки уменьшается. Поэто­му в зимнее время следует применять менее вязкие сма­зочные материалы, в лет­нее время - наоборот.

При роликовых подшип­никах составляющая сопро­тивления от трения будет меньше, так как коэффициент трения роликовых подшипников значительно меньше, чем у подшипников скольжения. Кроме того, при трогании подвижного состава, оборудованного ролико­выми подшипниками, не происходит заметного увели­чения коэффициента трения и, следовательно, сопро­тивления движению.

При трогании с места сопротивление от трения в роликовых буксах составляет около 10% соответствую­щего сопротивления букс со скользящими подшипни­ками и в меньшей степени зависит от продолжитель­ности стоянки поезда. Это является важным преиму­ществом роликовых подшипников.

Сопротивление от трения в буксах вагонов, осевых подшипниках колес троллейбуса зависит от отношения внутреннего диаметра подшипника к диаметру круга качения колеса, нажатия на шейку оси, коэффициента трения.

Коэффициент трения зависит от материалов, из которых изготовлены шейки и подшипники, способа подачи масла к трущимся поверхностям, смазки, температуры окружающего воздуха.

В пределах эксплуатационных скоростей коэффициент трения φ для подшипников скольжения в среднем равен 0,005 - 0,01 и для роликовых подшипников - 0,001- 0,002. Этим ориентировочным значениям коэффициента трения соответствуют удельные значения основного сопротивле­ния движения от трения подвижного состава с подшипни­ками скольжения, равные 0,5 - 1,0 Н/кН, и с роликовыми подшипниками, равные 0,1 - 0,2 Н/кН.

Сопротивление от трения качения Wк. При качении колеса вдоль рельса или дороги под дейст­вием силы нажатия колеса на рельс происходит упругая деформация бандажа и рельса или колеса и дороги. Ко­лесо и рельс непрерывно меняют свою форму и снова ее восстанавливают. Сопротивление от трения качения коле­са зависит от нажатия колеса на рельс или дорогу, ра­диуса круга качения колеса, а также площади опорной поверхности колеса, причем, чем больше эта площадь, тем выше потеря энергии и, следовательно, значение сопротив­ления движению.

Для рельсового транспорта площадь опорной поверх­ности определяется твердостью материала, из которого изготовлены бандажи колес и рельсы, профилем бандажа и головки рельса. Для безрельсового электрического транспорта с резиновыми колесами (пневматическими баллонами) площадь опорной поверхности колеса зависит от давления в баллонах, формы и состояния поверхности колес, а также от материала покрытия дороги. Удельное сопротивление движению от трения качения на рельсовом транспорте равно 0,2 - 0,4 Н/кН. На безрельсовом транс­порте оно значительно выше.

Сопротивление от трения скольжения Wск. В процессе движения подвижного состава одновре­менно с качением неизбежно и проскальзывание колес относительно рельсов. Это трение обусловлено различием диаметров кругов качения колес, закрепленных жестко на одной оси, конусностью бандажей, а также неровностью пути. Поэтому колесная пара при своем движении прос­кальзывает как вдоль, так и поперек рельса. На безрель­совом транспорте также происходит проскальзывание колес относительно пути.

На преодоление сил трения при проскальзывании затрачивается энергия, которая и определяет составляю­щую сопротивления движению от скольжения Wск. Подсчитать эту энергию сложно, так как при этом необ­ходимо учесть множество факторов.

Основными из них являются скорость движения, конструкция ПС, износ бандажей и рельсов. На рельсовом транспорте составляющая удельного сопротивления движению от скольжения колес не превышает 0.2 – 0.4 Н/кН.

Сопротивление движению от деформации пути. Так как строение пути неоднородно и обладает переменной упругостью, то при движении ПС имеют место его деформация и просадка. В свою очередь эти неровности пути вызывают колебания в отдельных элементах ПС, которые усиливают деформа­цию пути. Сопротивление движению от неровностей пути для рельсового транспорта при сварных стыках и хорошем состоянии пути незначительно. При плохом сос­тоянии и содержании пути эта составляющая сопро­тивления движению значительно увеличивается. На без­рельсовом транспорте это сопротивление зависит от не­ровностей пути по траектории качения колеса, от скорости движения.

Зависимость Wо тр от скорости движения.В результате экспериментальных исследований была установлена зависимость составляющей основного сопротивления движению, обусловленной силами трения Wo тр от скорости движения которую можно представить в виде Wo тр = А + Вv, где А и В - постоянные, которые зависят от конструкции буксы, конст­рукции пути и типа колесной пары.

Если движение начинается с нулевой скорости, то при низких скоростях наблюдаются высокие значения основ­ного сопротивления движению от трения, это явление объясняется выдавливанием смазки как в буксах с под­шипниками качения, так и в буксах с подшипниками скольжения. В последних начальное значение сопротив­ления движению от трения значительно выше.

При расчетах увеличением основного сопротивления движению при v = 0 пренебрегают, так как в эксплуатации оно преодолевается за счет значительного запаса силы тяги, которым обладает, как правило, подвижной состав городского электрического транспорта (ГЭТ).

Сопротивление воздушной среды Wo аэр. При движе­нии подвижной состав испытывает сопротивление воз­душной среды. При этом, с одной стороны, происходит непосредственное трение воздуха о наружные поверхности подвижного состава. С другой стороны, воздушные массы получают ускорение от лобовой и хвостовой поверхностей поезда, а также от неровностей его боковых поверхностей. Массы воздуха получают ускорение и накапливают ки­нетическую энергию, которая в дальнейшем расходуется на трение между отдельными слоями воздуха.

Аэродинамическими исследованиями движения тела неизменяемой формы в воздухе установлено, что при пос­тоянной скорости движения составляющая основного соп­ротивления Wo аэр приблизительно пропорциональна произ­ведению квадрата скорости на площадь поперечного се­чения подвижного состава S:

где Сх — коэффициент обтекаемости, который определяется, как правило, опытным путем.

Для подвижного состава небольшой длины характер­ным размером S является наибольшая площадь попе­речного сечения кузова головного вагона.

Как показали проведенные исследования, от формы движущегося тела при одной и той же площади его поперечного сечения существенно зависит сопротивление воздушной среды. Путем изменения формы кузова можно в значительной степени снизить коэффициент обтекаемос­ти. Этим самым можно уменьшить сопротивление движе­нию и, следовательно, расход электрической энергии.

Следует отметить, что составляющая W0 аэр при отно­сительно низких скоростях движения (до 40 - 50 км/ч) мала по сравнению с Wo тр. Поэтому на городском транс­порте обтекаемые формы (с хорошей аэродинамикой) придают только скоростному подвижному составу.

Для подземных линий метрополитена условия взаимо­действия подвижного состава и воздушной среды отли­чаются от условий для наземного транспорта. Двигаясь в тоннеле, поезд выталкивает воздух подобно поршню в насосе. При этом перед поездом возрастает давление воз­духа, а позади его образуется разрежение. Одновременно воздух перемещается навстречу движению поезда по зазору между ним и стенками тоннеля, что создает относитель­но большое сопротивле­ние движению, даже при низких скоростях движения.

Для подземных ли­ний метрополитена со­противление от взаимо­действия поезда и воз­душной среды в тоннеле является составляющей ос­новного сопротивления движению. Для наземного городского транспорта сопротивление воздуха в тон­неле относится к дополнительному сопротивлению дви­жения.



Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 2534;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.012 сек.