какие силы действуют на поезд

НЕМНОГО ИЗ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА

Теория движения поезда является составной частью прикладной науки о тяге поездов, изучающей вопросы движения поездов и работы локомотивов. Для более ясного понимания процесса работы электровоза необходимо знать основные положения этой теории.
Прежде всего рассмотрим основные силы, действующие на поезд при движении,— это сила тяги F, сопротивление движению W и тормозная сила В. Машинист может изменять силу тяги и тормозную силу; силой сопротивления движению управлять нельзя.
Как же образуются эти силы, от чего они зависят?
Мы уже говорили, что каждая движущая колесная пара электровоза имеет отдельный тяговый двигатель, который связан с ней зубчатым редуктором (рис. 3, а). Малое зубчатое колесо редуктора (шестерня) насажено на вал тягового двигателя, а большое — на ось колесной пары. Отношение числа зубьев большого колеса к числу зубьев малого называют передаточным отношением i. Если пустить в ход тяговый двигатель, то на его валу создается вращающий момент. Частота вращения колесной пары будет в i раз меньше частоты вращения вала двигателя, зато вращающий момент соответственно в i раз больше (если не учитывать коэффициента полезного действия зубчатой передачи).
Рассмотрим условия, необходимые для того, чтобы электровоз начал двигаться.

В процессе ведения поезда для уменьшения скорости, остановки или для поддержания его постоянной скорости на спусках применяют тормоза, создающие тормозную силу В. Тормозная сила образуется вследствие трения тормозных колодок о бандажи колес (механическое торможение) или при работе тяговых двигателей в качестве генераторов. В результате прижатия тормозной колодки к бандажу силой К (см. рис. 3, б) на нем возникает сила трения Т= фкК, где фк — коэффициент трения. Благодаря этому образуется сила сцепления В на бандаже в точке его соприкосновения с рельсом, равная силе Т. Сила В является тормозной: она препятствует движению поезда.
Максимальное значение тормозной силы определяется теми же условиями, что и силы тяги Fк. Чтобы избежать юза (скольжение без вращения колес по рельсам) при торможении, должно быть выполнено условие
Т тяга (движение под током), выбег (без тока), торможение.
В момент трогания и в период дальнейшего движения под током на поезд действуют сила тяги Fк и сопротивление движению поезда W. Характер изменения скорости в зависимости от времени на участке кривой ОА (рис. 5) определяется разностью сил FK и W, называемой ускоряющей силой тяги. Чем больше эта разность, тем больше ускорение поезда. Сопротивление движению, как уже было отмечено,— величина переменная, зависящая от скорости. С увеличением скорости оно возрастает. Поэтому если сила тяги неизменна, ускоряющая сила тяги будет уменьшаться. После некоторой точки О’ сила тяги уменьшается. Затем наступает такой момент, когда Fк= W и поезд под током двигается с постоянной скоростью (участок кривой АБ).

Далее машинист может отключить двигатели и продолжить движение на выбеге (участок БВ) за счет кинетической энергии поезда. При этом на поезд действует только сила сопротивления движению W, снижающая его скорость, если поезд не движется по крутому спуску. При включении машинистом тормозов (от точки В до точки Г) на поезд действуют две силы — сопротивление движению W и тормозная сила В. Скорость поезда снижается. Сумма сил В и W представляет собой замедляющую силу. Возможен и такой случай движения, когда поезд движется по крутому спуску и машинист использует тормозную силу для поддержания постоянной допустимой скорости.

Источник

Силы, действующие на поезд

Рис. 1. Распределение сил в поезде:

Сила Ру выводит поезд из состояния покоя или равномерного прямолинейного движения, т. е. является ускоряющей:

Различают три основных режима ведения поезда: тяга, «выбег» и торможение. В режиме тяги движение может быть ускоренное, если сила тяги больше сил сопротивления /¦’> ; равномерное, если сила тяги равна сила. сопротивления движению Г = ы, т. е. поезд движется с установившейся скоростью; замедленное, если скла тяги меньше сил сопротивления движению / ; 7 приложена к центру оси колесной пары, а сила /м, направленная в противоположную сторону,- к ободу колоса в точке его соприкосновения с рельсом. По законам механики сила

Рис. 2. Образование силы тяги на ободе колеса:

Сила Р по отношению к поезду является внутренней и непосредственно не может обеспечить поступательное движение поезду, для этой цели необходима внешняя сила.

Такая сила образуется за счет сцепления колеса с рельсом в точке О’.

Из рис. 2 видно, что сила /д приложена к рельсу. От приложения силы возникает реактивная сила Р_кд (по третьему закону Ньютона), равная по величине, противоположная по направлению и приложенная к ободу колеса.

Вращающий момент М_к или пара сил Р- /д стремится повернуть все точки колеса вокруг центра О, но сила трения, возникающая в точке О, под действием веса поезда, препятствует этому вращению.

Сила Рид—реакция рельса на обод колеса. Это внешняя сила но отношению к поезду; она но существу является тем упором, который препятствует активной силе /д сдвинуть колесо относительно рельса, т. е. представляет ничто иное, как силу тяги Р> = Р_хг. При увеличении силы /д увеличивается реактивная сила Р_кя, но сила

Если сила Т 7 ) не превосходит некоторой предельной величины, опорная точка колеса неподвижна относительно рельса и является мгновенным центром вращения колеса Внешняя сила Е_Кд будет непрерывно перемещать мгновенный центр вращения колеса вдоль рельса. В соприкосновение с рельсом будут приходить все новые точки бандажа, оказывающиеся мгновенными центрами вращения колеса.

Экономия электроэнергии на электро-подвижном составе

Электродинамический тормоз электровозов ЧС2 Т и ЧС200

Рассмотрены устройство и работа основного электронного оборудования, применяемого в электродинамическом (реостатном) тормозе системы «Шкода». Применительно к электродинамическому тормозу электровозов ЧС2 Т и его модификации на скоростном электровозе ЧС200

Источник

Какие силы действуют на поезд

3.1. СИЛЫ И РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ

[ПСОТП, ОТПОсип] В процессе движения поезда на него действуют различные внутренние и внешние силы. Как известно из механики, внутренние силы уравновешиваются внутри системы и не влияют на ее движение. На характер поступательного движения системы влияют только внешние силы или их составляющие, направленные по ходу движения или в противоположную сторону.

Рис.3.1-1. Силы, действующие на поезд

К внешним силам, действующим на поезд, относятся:

— касательная сила тяги F_к, создаваемая локомотивом во взаимодействии с рельсами и приложенная к ободам ведущих колес;

— тормозная сила В_т, создаваемая тормозными средствами поезда во взаимодействии с рельсами и приложенная к ободам тормозных колес;

Силу тяги и тормозные силы называют управляемыми, т.к. их можно регулировать. На силы сопротивления движению воздействовать нельзя, поэтому их называют неуправляемыми.

Сила тяги направлена по движению поезда, тормозная сила действует в противоположном направлении. Силы сопротивления, как правило, также действуют против движения. Исключение составляет случай движения по спуску.

По законам механики несколько сил, действующих на точку или механическую систему, можно заменить одной силой, которую в теории тяги поездов называют ускоряющей F_у или равнодействующей F_д силой:

Одновременно три составляющие равнодействующей силы на поезд не действуют, т.к. в один и тот же момент времени не имеет смысла тратить топливо (электроэнергию) на реализацию силы тяги локомотивом и использовать тормозную систему локомотива или вагонов. В зависимости от того, какие силы действуют в данный момент на поезд, различают следующие режимы движения:

Равнодействующие силу, имеющую отрицательное значение, иногда называют замедляющей силой.

1 кгс = 1 кг * g = 9.81 Н, (3.1-2)

Силы, действующие на весь поезд, локомотив, вагон и т.п. называют полными и обозначают прописными буквами (F_к, W, B_т). Силы, действующие на единицу массы, называют удельными и обозначают строчными буквами (f_к, w, b_т)

В случаях, когда поезд рассматривают как единое целое с неизменной длиной и равноускоренным движением всех его подвижных единиц (т.е. при описании его движения одним дифференциальным уравнением), местом приложения сил считается середина поезда. Причем учитываются суммарные силы, действующие на все составной части поезда (локомотив, вагон, группу однотипных вагонов и т.д.). В противном случае, силы, действующие на отдельные составной части поезда, учитываются отдельно и местом их приложения являются середины этих частей.

Источник

Силы, действующие на поезд

Во время движения на поезд действуют различные силы. Они могут оказывать свое влияние временно или постоянно, достигать различной величины и иметь направление в сторону движения поезда или против. К таким силам относятся сила тяги, тормозная сила и силы сопротивления движению. При торможении, как правило, сила тяги не оказывает влияния на поезд и остаются лишь тормозная сила и силы сопротивления.

Тормозной силой называется искусственно создаваемая и управляемая человеком сила, направленная против движения вагона, локомотива или поезда в целом. Применяется эта сила в тех случаях, когда необходимо: снизить скорость движения поезда; остановить поезд в заранее намеченном месте; остановить поезд при возникновении препятствия на пути или лри появлении запрещающего сигнала. Тормозную силу обозначают буквой В_т и измеряют в кгс.

Силы сопротивления бывают двух видов: основные и дополнительные. Первые возникают в результате трения шеек осей о подшипники, трения качения и скольжения колес по рельсам, а также от сопротивления воздуха движущемуся подвижному составу. Эти силы, обозначаемые буквой действуют постоянно и направлены против движения поезда.

Дополнительное сопротивление возникает при движении поезда на подъем в результате действия соста в л я ю ще й Щ от веса поезда Q. Если поезд идет по горизонтальному пути (рис. а), эта составляющая равна нулю и вес поезда не изменяет характера движения.

При следовании по спуску (рис. б) силаЩ направлена в сторону движения и, следовательно, уменьшает тормозную силу. На подъеме (рис. в) сила направлена против движения поезда и способствует его торможению.

Основные и дополнительные силы сопротивления, действующие на поезд, обычно измеряют в кгс.

На железнодорожном транспорте применяют следующие виды торможения:

фрикционное, при котором силы трения создаются непосредственно на поверхности катания колес подвижного состава или на специальных дисках, жестко связанных с колесными парами. Силы трения на поверхности катания колес создаются при помощи колодочного тормоза путем прижатия тормозных колодок I к колесам (рис. а). На поверхности специального диска 2 (рис. б) сила трения создается прижатием к нему тормозных накладок 3. Такой тормоз называется дисковым;

реверсивное, осуществляемое переключением тяговых двигателей на режим генераторов — источников тока. Такое торможение часто называют электрическим или динамическим. Оно бывает рекуперативным с возвращением вырабатываемой электроэнергии в контактную сеть или реостатн ым, когда ток поглощается специальными резисторами, в которых электрическая энергия превращается в тепловую и затем рассеивается в окружающую среду;

магнитно-рельсовое, достигаемое воздействием башмаков 4 (рис. в) с электромагнитами на рельсы.

Основным видом торможения, применяемым на железных дорогах, является фрикционное при помощи колодочного тормоза. Электрическое (рекуперативное или реостатное) торможение применяется на моторных вагонах и некоторых локомотивах. Дисковые и магнитно-рельсовые тормоза используются в скоростных пассажирских поездах.

Образование тормозного момента происходит так. Если к вращающемуся колесу, нагруженному силой @ (рис. а на стр. 6), прижать тормозную колодку с силой К, то между поверхностью катания колеса и колодкой возникнет сила трения В_к. Эта сила на плече, равном радиусу г, создает тормозной момент В_кг, направленный против вращения колеса.

Однако этот тормозной момент, создаваемый внутренней ло отношению к вагону или локомотиву силой, не может сам по себе произвести торможение. По законам механики необходимо приложить еще момент от внешней силы. Такой силой является сила С — реакция рельса, или сила сцепления колеса с рельсом в точке касания.

Таким образом, в результате взаимодействия внутренних и внешних сил создается тормозной момент.

При электрическом торможении поезда машинист выключает тяговые двигатели, но поезд ло инерции, а на спусках и под действием силы тяжести продолжает двигаться. На колесо действует вращающий момент от силы С (рис. б) сцепления колеса с рельсом и от равной ей силы С_х, приложенной в центре колеса. Этот момент передается на вал якоря тягового двигателя. Поскольку этот двигатель переключен машинистом на режим генератора, при вращении якоря создается электрический ток. Таким образом, механическая энергия движущегося поезда будет затрачиваться на вырабатывание электрической энергии и скорость поезда начнет снижаться.

Расположение тормозных колодок на колесе бывает одностороннее и двустороннее. При одностороннем расположении (рис. в) к колесу прижимается одна колодка, что упрощает тормозную рычажную передачу и облегчает ее обслуживание. Однако если колодки чугунные, то эффективность торможения при этом заметно снижается вследствие уменьшения коэффициента трения между колодкой и колесом при большом удельном давлении на колодку.

Двустороннее расположение колодок (рис. г) усложняет рычажную передачу и ее обслуживание, но зато обеспечивает большую эффективность торможения, особенно с чугунными колодками. Объясняется это тем, что при одинаковой силе нажатия на колесо удельное давление на колодки при двустороннем их расположении почти в 2 раза меньше, чем при одностороннем.

На грузовом подвижном составе применяется прямодействующий автоматический тормоз.

Ручка крана машиниста такого тормоза имеет несколько положений. При / положении происходит зарядка и отпуск тормоза (рис. а). Сжатый воздух подается компрессором 9 в главный резервуар 8, а оттуда — в питательную магистраль 7. Тормозная магистраль I через кран машиниста б сообщается с питательной магистралью, тормозной цилиндр 2 через воздухораспределитель 4 — с атмосферой, а запасный резервуар 3 через обратный клапан 5 — с тормозной магистралью.

Во время торможения (рис. б) ручку крана машиниста 6 переводят в III положение. При этом давление в тормозной магистрали 1 снижается (воздух через кран машиниста выпускается в атмосферу), воздухораспределители 4 приходят в действие, разобщают тормозные цилиндры 2 с атмосферой и сообщают их с запасными резервуарами 3. Под давлением сжатого воздуха поршни тормозных цилиндров перемещаются, а тормозные колодки при помощи системы тяг и рычагов (рычажной тормозной передачи) прижимаются к колесам.

Чтобы сохранить необходимое давление воздуха в тормозных цилиндрах, ручку крана машиниста переводят в положение II — ле-рекрыши. В зависимости от величины снижения давления воздуха в магистрали торможение может быть полным или ступенчатым. Отпуск тормозов также бывает полным или ступенчатым.

Кран машиниста осуществляет автоматическое пополнение утечек воздуха из тормозной сети, а также наполнение запасных резервуаров через воздухораспределители. Благодаря этому тормоз становится неистощимым и называется прямодействующим.

Автоматическим тормоз называется потому, что в случае обрыва поезда или повреждения его тормозной магистрали, а также при открывании стоп-крана он автоматически приходит в действие.

При наполнении тормозных цилиндров сжатым воздухом из запасных резервуаров через воздухораспределители происходит торможение поезда.

После выпуска воздуха из цилиндров через воздухораспределители в атмосферу наступает отпуск тормозов.

Торможение. В начале наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом происходит скачок давления, который необходим для того, чтобы преодолеть сопротивление поршня и деталей тормозной рычажной передачи и ускорить их холостой ход до момента прижатия тормозных колодок к колесам.

Дальнейшее наполнение цилиндра может осуществляться ступенями или сразу до полного давления, как показано на диаграмме о.

Наибольшая величина давления р в тормозном цилиндре составляет 3.8—4,2 кгс/см 2 для пассажирских вагонов, 3,8—4,5 кгс/см 2 для грузовых на груженом режиме, не менее 2,8 кгс/см 2 — на среднем режиме и в пределах 1,4 — 1,8 кгс/см 2 — на порожнем режиме торможения.

Время наполнения I измеряется после повышения давления в цилиндрах от 0 до 3,5 кгс/см 2 и при проверке на испытательном стенде должно быть для тормозов пассажирского типа в пределах 5—7с при пневматическом управлении, 3—4 с при электрическом управлении, а для тормозов грузового типа — 15—20 с.

Отпуск тормоза. В процессе отпуска тормоза воздух выпускается из цилиндров полностью — полный отпуск, как показано на диаграмме б, или частично — ступенчатый отпуск.

При проверке на испытательном стенде время отпуска после полного служебного торможения составляет для тормоза пассажирского типа 9—12 с, а для тормоза грузового типа 15—25 с на равнинном режиме и 35—40 с на горном режиме.

Источник

Система электронного обучения СамГУПС

Для поиска одного или нескольких слов в тексте, просто введите их, разделяя пробелами. Используются все слова длиннее двух символов.

Для вызова формы расширенного поиска нажмите кнопку поиска ничего не вводя в поле.

Общий форум системы электронного обучения

Лекция 2-4 по тяговым расчетам для СЖД 71-75

Лекция 2-4 по тяговым расчетам для СЖД 71-75

Лекция 1-2

План лекции

1.1 Назначение и сущность тяговых расчетов

1.2 Нормативные документы

2 С ила тяги локомотива

2.1 Виды тяги и типы локомотивов для грузового движения

2.2 Реализация силы тяги

2.3 Тяговые характеристики локомотивов

2.4 Расчетные сила тяги и скорость движения локомотива

3 Силы сопротивления движения

3.1 Основное сопротивление движению

3.2 Дополнительные сопротивления движению

1 Общие положения

1.1 Назначение и сущность тяговых расчетов

При разработке проектов железных дорог необходимо:

разместить устройства и сооружения (раздельные пункты, устройства энергоснабжения, локомотивного и вагонного хозяйства и др.);

запроектировать план и продольный профиль трассы пути (параметры плана и профиля);

решить ряд эксплуатационных задач – определить весовую норму, выбрать тип и мощность локомотива, разместить светофоры, определить пропускную и провозную способность ж.д., установить ограничения скоростей движения поездов по условиям безопасного торможения и т.д.;

оценить и выбрать наиболее рациональные варианты проектных решений.

В процессе эксплуатации составляют плановые графики движения поездов, определяют необходимые возвышения наружного рельса и др.

Все эти задачи требуют умения определять скорости и время движения поезда, максимально-возможную массу состава, а также рассчитывать энергетические показатели (расход топлива или электроэнергии, механическая работа силы тяги и сил сопротивления, работа тормозных сил).

Чтобы решить указанные задачи используют тяговые расчеты, в которых скорость движения поезда увязана с действующими на него силами. При этом использованы известные законы прикладной механики.

силы, действующие на поезд в разных режимах движения;

установим зависимость между равнодействующей, приложенной к поезду, и скоростью и временем движения (уравнение движения поезда);

рассмотрим методы определения скорости и времени хода, а также энергетических показателей (расходы энергоресурсов и другие показатели);

кроме этого, мы изучим тормозные задачи, способы определения массы состава и др.

Нормативные документы

При выполнении тяговых расчетов должны быть выполнены также требования федеральных и ведомственных документов (СП, ПТЭ и другие регламентные материалы).

1.3 Модель поезда

В тяговых расчетах принимается ряд допущений, упрощающих расчеты, но вместе с тем обеспечивающих необходимую точность результата. Например, в большинстве случаев поезд рассматривается как материальная точка, расположенная в центре тяжести поезда (в середине его длины) и концентрирующая в себе всю массу поезда (рисунок 1.1).

Вместе с этим, в некоторых задачах тяговых расчетов длина поезда учитывается дополнительно (протяженность ограничения скоростей по отдельным устройствам, расчет дополнительного сопротивления от кривой и т.д.).

1.4 Силы, действующие на поезд

В тяговых расчетах рассматриваются только те внешние силы, приложенных к поезду, которые направлены по линии движения поезда, так как именно они влияют на поступательное движение поезда по рельсовой колее. К ним относятся: сила тяги F, сила сопротивления движению поезда W и тормозная сила В. Сила тяги и тормозная силы управляемы машинистом, сила сопротивления движения зависит от подвижного состава, плана и продольного профиля, режима движения и других условий эксплуатации.

Полные силы, т.е. приложенные ко всему поезду, измеряются в ньютонах (Н) или килоньютонах (кН).

Удельные силы, приходящиеся на единицу веса поезда, измеряются в Н/кН (вес поезда измеряется в килоньютонах, поскольку масса поезда измеряется в тоннах):

удельная сила тяги

удельное сопротивление движению

удельная тормозная сила

2 С ила тяги локомотива

2.1 Виды тяги и типы локомотивов для грузовых перевозок

На сети железных дорог общего пользования ОАО «РЖД» в поездной работе при грузовых перевозках, в основном, обращаются локомотивы двух видов тяги: электрическая локомотивная и тепловозная. В пассажирском движении при электрической тяге имеет место также моторвагонная тяга (пригородное и скоростное пассажирское движение).

Электровозы постоянного тока: восьмиосные – ВЛ8, ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ11 (две и три секции), 2ЭС6, 2ЭС4К и другие.

Электровозы переменного тока: восьмиосные – ВЛ80 различных индексов, 2ЭС5К и другие.

Тепловозы, в большинстве случаев, имеют электрическую передачу (ТЭ). Источником движения является дизель, работающий на дизельном топливе. От него работает генератор электрической энергии, питающий тяговые электродвигатели. На сети ОАО «РЖД» в настоящее время обращаются тепловозы 2ТЭ10 и 2ТЭ116 различных модификаций, 2ТЭ70, 2ТЭ25К и другие.

В указанных локомотивах использованы тяговые коллекторные электродвигатели постоянного или пульсирующего тока. В последние десятилетия внедряют асинхронный тяговый привод. Асинхронные бесколлекторные двигатели позволяют увеличить надежность эксплуатации за счет исключения коллекторного узла и щеточного аппарата [3]. Уменьшаются расходы на техническое обслуживание, снижаются расходы цветных металлов. Кроме того, возрастает мощность и линейная скорость ротора, а также улучшаются условия сцепления колес с рельсами. КПД асинхронных двигателей увеличивается на 1-2 %.

2.2 Реализация силы тяги

Сила тяги образуется при контакте колес локомотива с рельсами. На ось колесной пары от тягового электродвигателя действует момент М (рисунок 2.1). Этот момент можно разложить на пару сил F₁ и F₂. Сила F₂ приложена в точке касания колеса с рельсом и компенсируется реакцией, равной силе сцепления F, которая должна быть не более 1000р₀gψ_k, где р₀ – масса локомотива, приходящаяся на одну ось; ψ_k— коэффициент сцепления колеса с рельсом.

Так как сила тяги приложена в точке касания колеса и рельса, она называется касательной силой тяги F _k .

Таким образом, сила тяги, кН, не может превысить силу сцепления колеса с рельсом. В целом, для локомотива должно быть выполнено условие

Расчетное значение коэффициента сцепления определяют по эмпирическим формулам в зависимости от скорости. Например, для электровоза ВЛ10 и ряда других локомотивов этот коэффициент определяется по формуле

Коэффициенты зависят от типа локомотива и приведены в ПТР. Чем больше скорость, тем коэффициент сцепления меньше, так как при возрастании скорости увеличивается проскальзывание колес.

Источник