Склонность к возникновению боксования

Проведем упрощенный анализ процесса боксования в случае мягких и жестких характеристик тяговых двигателей. На рис. 1 представлены тяговые характеристики F(V) (кривая 1) и зависимости силы сцепления Т_сц = 1000 G_осц ψ в функции скорости (линия 2) при нормальном качении колеса ЭПС соответственно для двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Пусть в точе О началось проскальзывание колесной пары при скорости скольжения V_ск^/, т.е. возникает боксование. Тогда зависимость силы трения скольжения в функции скорости

Т_сц = 1000 G_осц ψ при скорости скольжения колеса от скорости V_ск^/ изобразится кривой 3.

Рис. Процесс возникновения боксования у двигателей параллельного возбуждения(а) и последовательного (б)

При возникновении боксования угловое ускорение, с которым колесная пара проскальзывает относительно пути, может быть определено из выражения

Где J – момент инерции колесной пары и связанных с ней вращающихся частей; R – радиус колеса.

Из этого выражения следует, что при F > 1000 G_осц ψ_ск угловое ускорение, а следовательно, и скорость скольжения растут, т.е. процесс боксования продолжает развиваться. И при F < 1000 G_осц ψ_ск скорость скольжения падает, и процесс боксования затухает.

Рассмотрим, как будет протекать процесс боксования у двигателей с жесткими характеристиками (рис. а) Пусть в точке О начался процесс боксования, вызванный уменьшением силы сцепления (линия 2^/). Сила сцепления при этом уменьшится со значения ОС до значения ОD. Зависимость 1000 G_осц ψ_ск от скорости изобразится кривой 3^/. Начнется проскальзывание колес относительно пути со скорости скольжения V_ск^/. Процесс боксования будет развиваться, скорость скольжения увеличиваться, но уже при небольшой скорости скольжения V_ск^// ускорение вращения колесной пары прекратится и будет наблюдаться незначительная непрерывная пробоксовка колесной пары, т.к. в этой точке сила тяги равна силе трения скольжения и соответствует отрезку О^/А^/. Следовательно, эта точка соответствует условию механической устойчивости. Если восстановить нормальные условия сцепления, сила тяги F^// (отрезок О^/А^/) станет меньше силы трения скольжения 1000 G_осц ψ_ск (отрезок О^/С^/). Угловое ускорение, а следовательно, скорость скольжения будут уменьшаться, что ведет к прекращению процесса боксования. Т.о., при жесткой тяговой характеристике возникший процесс боксования быстро прекращается.

У двигателей с мягкими характеристиками (рис.б) начавшийся процесс боксования со скорости V_ск^/ продолжает развиваться, т.к. сила тяги F^// (ордината АВ) становится больше силы сцепления 1000 G_осц ψ_ск (ордината АЕ) при любой скорости скольжения (например V_ск^//), в результате чего увеличивается скольжение и происходит дальнейшее падение силы тяги.

На подвижном составе, как правило, установлено несколько двигателей. Рассмотрим, как развивается процесс боксования в зависимости от способа соединения двигателей. Пусть z двигателей соединены последовательно и включены на напряжение сети U_кс. Если начнется проскальзывание одной из колесных пар, то характеристика двигателя, связанного с ней, станет более мягкой, т.к. напряжение на этом двигателе увеличивается и соответственно возрастает частота его вращения. Скорость скольжения этой колесной пары можно определить из выражения

Откуда

.

Если все двигатели соединены параллельно на напряжение , то скорость скольжения боксующей колесной пары V_ск можно определить из выражения

(1)

Откуда

. (2)

Сопоставляя выражения (1) и (2), можно записать, что

,

Т.е. при последовательном соединении двигателей скорость скольжения увеличивается в z раз по сравнению скольжения у двигателя, включенного непосредственно на постоянное напряжение. Соответственно в z раз жесткость тяговой характеристики такого двигателя будет меньше.