2.5. Силы сопротивления движению поезда

Неуправляемые внешние силы, появляющиеся в процессе движения и препятствующие или способствующие движению поезда, называются силами сопротивления движению. Различают основное сопротивление движению W_о, возникающее вследствие качения или скольжения колес по рельсам, трения в цапфах подшипниковых узлов осей колес локомотива и вагонеток, и дополнительные сопротивления, возникающие на криволинейных участках пути W_кр и от уклона пути W_i.

Основное сопротивление движению, как любая сила трения, пропорционально нормальной составляющей веса движущегося колесного экипажа (рис.2.4). При наличии нескольких поверхностей трения как у движущегося колеса (в подшипниковом узле и на круге катания), эта пропорциональность учитывается приведенным значением коэффициента трения, который в теории рельсового транспорта получил название коэффициента сопротивления движению w.

G

F

G sin

v

N



L

G cos

Рис.2.4. Схема сил, действующих на колесные экипажи

Тогда основное сопротивление движению

, (2.8)

где G – вес экипажа;  – угол наклона пути.

Сопротивление от уклона пути представляет собой продольную составляющую силы тяжести движущегося экипажа, величина которой, в зависимости от направления его движения, может иметь положительный или отрицательный знак и выражается уравнением

. (2.9)

Силами сопротивления на криволинейных участках пути в практике расчетов подземного рельсового транспорта пренебрегают вследствие их малого удельного веса в общем сопротивлении движению. Тогда суммарное сопротивление движению отдельного колесного экипажа или поезда

. (2.10)

Наклон рельсовых путей при электровозной откатке не превышает 30 по условию технических возможностей ее эксплуатации. В этом случае cos  1,0, а sin = tg = i (уклон пути). Подставляя эти значения в уравнение (2.10), получим:

. (2.11)

С

Физическая сущность коэффициента сопротивления движению

илы трения, возникающие при движении колеса по горизонтальному пути, показаны на рис.2.5. Они представляют собой пару сил трения качения на ободе колеса и силу трения в подшипнике. Пара сил трения качения возникает от нормальной нагрузки на колесо (части веса экипажа) и нормальной реакции опоры, смещенной в сторону движения на величину k, называемую коэффициентом трения качения.

Рис.2.5. Силы, действующие

на ходовое колесо при перемещении его по горизонтальной плоскости

Максимальная величина момента пары трения качения М_к = kN.

Максимальная величина момента сил трения в подшипнике

,

где и – силы трения в подшипнике, d – диаметр цапфы,  – коэффициент трения скольжения в цапфе колеса или приведенный к диаметру цапфы коэффициент трения в подшипнике качения.

Максимальная сила тяги, необходимая для качения колеса, будет равна основному сопротивлению движения W_o и определяется из равенства моментов

где D – диаметр колеса.

Отсюда

или, учитывая, что D >> d,

, (2.12)

где – приведенное значение коэффициента основного сопротивления движению.

Колеса локомотива и вагонеток имеют конический профиль обода с ребордой. Поэтому при движении колес по рельсам возможно не только качение, но и поперечное скольжение обода относительно рельс, трение реборд о рельсы. Приведенный коэффициент основного сопротивления движению в этом случае будет равен

Таблица 2.2.