7 Реализация силы тяги электровоза

7.1 Постановка задачи

В соответствии с основным законом локомотивной тяги нормальное движение (без боксования) может быть получено только при соблюдении условия

F_к.дв.i ≤ F_сц.р , (7.1)

где

F_сц.р = 1000 ∙ G_о ∙ ψ_кр . (7.2)

Отсюда следует, что полная реализация тяговых свойств электровоза будет определяться степенью использования коэффициента сцепления, осевой нагрузки локомотива и силы тяги каждого тягового двигателя.

Рассмотрим влияние процесса реализации коэффициента сцепления, конструкции ЭПС и условий работы тягового привода на реализацию силы тяги локомотива.

7.2 Реализация коэффициента сцепления

Физический процесс реализации сцепления колеса с рельсом определяется трением скольжения, возникающим в контакте колесо – рельс, вследствие сначала упругой деформации (сжатия) металлов колеса и рельса при реализации силы тяги, а затем их встречного движения (проскальзывания) относительно друг друга при перекатывании колеса. При этом линейная скорость колеса v_к оказывается больше линейной скорости движения электровоза v_э, что принято оценивать абсолютной скоростью скольжения v_ск:

v_ск = v_к – v_э, (7.3)

или относительной скоростью скольжения :

= (v_к – v_э) / v_э. (7.4)

Экспериментальные исследования (Меньшутин, ВНИИЖТ, 1960 г.) показали, что до скоростей движения электровоза V_э = 40…50 км/ч зависимость реализуемого относительного значения коэффициента сцепления от относительной скорости скольжения выглядит так, как показано на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Зависимость коэффициента сцепления от скорости скольжения колесной пары

1-я зона: _cк.i < _cк.кр.

Это зона упругих деформаций (упругое скольжение). Здесь имеет место нормальная реализация силы тяги: F_к.дв.i = F_сц.i. При этом увеличение силы тяги сопровождается не только увеличением степени использования коэффициента сцепления ψ_к.i, но и увеличением относительной скорости скольжения _ск.i (кривая 1).

Граница двух зон: _cк.i = _{cк.кр .}

Здесь _cк.i = _cк.кр – это критическое значение скорости скольжения, при котором имеет место полная реализация коэффициента сцепления. Критическим это скольжение называется потому, что его превышение приводит к срыву сцепления колеса с рельсом.

2-я зона: _cк.i > _{cк.кр .}

Это зона пластических деформаций. Здесь сцепление колеса и рельса уже сорвано, наступило боксование, при котором увеличение скорости скольжения сопровождается резким снижением коэффициента сцепления (кривая 2), а значит и максимально реализуемой силы сцепления колеса и рельса в процессе боксования:

Fсц.б.i = Fсц.р_.∙ _к.i , (7.5)

Дальнейший процесс развития боксования будет определяться соотношением сил F_сц.б.i(v) и F_к.дв.i(v). Зависимость же F_к.дв.i(v) определяется жесткостью тяговой характеристики электродвигателя, используемого на ЭПС. Рассмотрим отдельно процесс развития боксования для тяговых двигателей постоянного тока с различными системами возбуждения.

Примечание. Восстановление сцепления колеса с рельсом после его срыва происходит по кривой 3, которая располагается существенно ниже кривой 2.