Конспект

лекций

по

предмету «Управление и техническое обслуживание электропоездов»

Составлен преподавателем ДТШ № 1

Банновым А.А.

Москва

ДТШ № 1

Московской железной дороги

2009 год.

Тема 6.1 Основы тяги и торможения электропоезда

1. Силы, действующие на поезд

На каждый вагон поезда действуют силы как непрерывно, так и временно. Непрерывно действует сила тяжести Р. Сила тяги F, сила сопротивления движению W и тормозная сила В – временные.

Создаваемый тяговым двигателем вращающий момент Мд, который через зубчатую передачу передается на ось колесной пары, можно представить в виде пары сил F` и F1, приложенных: F`- к центру оси колесной пары, F1 – в точке а касания колеса с рельсом. Сцепление колеса с рельсом препятствует действию силы F1. Результатом сцепления является сила реакции рельса Fр, равная силе F1, но направленная в противоположную сторону. Силы F1 и Fр взаимно уравновешиваются. Неуравновешенной остается лишь сила F`, которая и вызывает поступательное перемещение колесной пары. Эту силу называют силой тяги.

2. Образование силы тяги

Сила тяги поезда прямо пропорциональна вращающему моменту тягового двигателя, передаточному отношению зубчатой передачи, количеству тяговых двигателей в поезде, обратно пропорциональна диаметру ведущих колес моторного вагона и зависит от К.П.Д. передачи.

Сила тяги (касательная сила тяги) Fк передается от Т/Д, через тяговый редуктор, оси колесных пар моторных вагонов, через буксовые узлы (через поводки на ЭТ, ЭД на кронштейны рам тележек моторных вагонов.)

Далее рамы тележек моторных вагонов передают горизонтальные силы на надрессорные брусья ( через горизонтальные поводки на ЭТ, ЭД и на ЭР2 с большими номерами), от надрессорных брусьев через подпятники и пятники на шкворневых балках рам кузова (на прицепах) или через резиновые амортизаторы и шкворни (на ЭТ, ЭД и на ЭР2 с большими номерами) силы передаются на рамы кузовов моторных вагонов и через резиновые поглощающие аппараты, тяговые клинья, тяговые хомуты на корпуса автосцепок.

3. Силы сопротивления движению поезда.

При трогании с места и движении на электропоезд действуют неуправляемые машинистом силы, стремящиеся остановить электропоезд. Эти силы называют силами сопротивления движению (сопротивлением движению).

При расчетах обычно используют удельное сопротивление движению, т.е. сопротивление, приходящееся на единицу массы состава или отдельного вагона. Удельное сопротивление выражают в килограмм-силах на тонну (кгс/т). Сопротивление обозначают буквой W, а удельное – w.

Сопротивление движению условно делят на две группы - основное и дополнительное.

«W= Wосновное + Wдополнительное»

4. Основные и дополнительные сопротивления.

4.1. Основное сопротивление движению поезда.

Основное сопротивление движению поезда «Wосновное» складывается из:

сопротивление от трения в деталях оборудования;

сопротивление пути на прямых горизонтальных участках;

сопротивление воздушной среды.

Сопротивление от трения в деталях оборудования электропоезда определяется конструкцией и состоянием: буксовых подшипников колесных пар, подшипников тяговых двигателей, температурой наружного воздуха, скоростью движения и т.д.

Сопротивление пути на прямых горизонтальных участках зависит от прогиба рельсов при прохождении вагонов по ним, сжатия бандажей и рельсов в месте их соприкосновения, ударов на стыках и неровностях пути, проскальзывания колес относительно рельсов и виляния вагона в пути.

Сопротивление воздушной среды (при отсутствии ветра) характеризуется трением о воздух наружных поверхностей вагонов, а также тормозящим действием завихрений воздуха, возникающих перед электропоездом, между вагонами и хвостовым вагоном. Оно зависит от формы вагонов и скорости движения.

4.2. Дополнительное сопротивление движению поезда.

Дополнительное сопротивление движению поезда «Wд» появляется при движении поезда по кривым участкам «Wr» , от подъемов (уклонов) «Wi», от встречного и бокового ветра «Wв», от низких температур «Wt».

Wд = Wr + Wi+ Wв+ Wt

Дополнительное сопротивление движению приводит к заметному уменьшению скорости «V» поезда (с двигателями последовательного возбуждения) и автоматически к увеличению потребляемой энергии (т. е. тока) из тяговой подстанции (из–за уменьшения противо - Э.Д.С в обмотках якорей ТЭД).

А увеличение потребляемой энергии (тока из тяговой подстанции I_я) приведет к увеличению силы вращающего момента ТЭД (Мвр= I_я Ф C^е) и силы тяги поезда Fк без участия машиниста.

Сопротивление от кривых участков пути возникает при движении в кривых участках пути, когда гребни бандажей колесных пар прижимаются к боковой поверхности головки наружного рельса. Это приводит к возникновению трения между ними. Одновременно происходит поворот тележек вокруг шкворней, перемещение скользунов тележки по скользунам кузова, сжатие пружин упругих площадок, горизонтальное перемещение автосцепок – все это вызывает появление дополнительного сопротивления движению.

Сопротивление от уклонов (подъема или спуска), обозначается буквой i, определяют как отношение разности высот (от горизонтальной линии) начала и конца уклона к длине участка, на котором расположен уклон. Принято разность высот выражать в метрах (м), а длину участка – в километрах (км). Тогда уклон будет выражен в тысячных (условный знак 0/00). Например, на участке протяженностью 3 км путь поднимается на 18 м. Уклон для данного участка i = 18 : 3 = 6 0/00.

Удельное дополнительное сопротивление от уклона wi, измеряемое в кгс/т, принимают численно равным уклону, измеряемому в 0/00:

w i = i.

Дополнительное сопротивление движению от уклона:

Wi = Р wi = 570  3 = 1710 кгс.

Р – масса поезда (ЭР2) – 570т;

wi - удельное дополнительное сопротивление от уклона – 3 кгс/т ( i=30/00)

Сопротивление движению, возникающее при ветре, особенно ощутимо при высоких скоростях движения поезда. На одних и тех же участках пути ветер бывает различным по силе и направлению, поэтому точный подсчет вызываемого им сопротивления движению затруднен.

5. Сцепление колес с рельсами. Коэффициент сцепления. Причины боксования, его последствия и меры предупреждения. Ограничение силы тяги по условиям сцепления.

5.1. Поступательное движение вагонов может быть осуществлено только при наличии сцепления колес с рельсами. Важное значение имеют силы взаимодействия между молекулами плотно прижатых друг к другу колеса и рельса.

5.2. Для оценки зависимости сцепления от нагрузки, состояния рельсов и ряда других факторов пользуются отвлеченной величиной, называемой физическим коэффициентом сцепления и обозначаемой греческой буквой  «пси».

Коэффициент сцепления колес с рельсами всегда меньше единицы. Установлено, что наименьшее значение (0,12…0,15) коэффициент сцепления имеет при влажных загрязненных, покрытых масляной пленкой рельсах. На сухих, посыпанных мелким песком рельсах коэффициент сцепления достигает своего большего значения – от 0,35 до 0,4.

Сила сцепления, возникающая между всеми колесами моторного вагона с рельсами,

Fсц = 1000 Р к

Где 1000 – коэффициент для перевода тонн в килограммы;

Р – расчетная масса моторного вагона, т.

Пример: Рассчитаем силу сцепления колесных пар моторного вагона ЭР2Р (масса 69т с пассажирами 165 чел.) с рельсами, расчетный коэффициент 0,22:

Fсц = 1000 Р к = 1000  69  0,22 = 15180 кгс.

Этот пример показывает, что значение силы сцепления составляет известную часть от массы вагона. Коэффициент сцепления определяет размер этой части.

5.3. При увеличении скоростей движения, малых значениях коэффициента сцепления, упругом смятии рельсов и бандажей колес в точке их соприкосновения, неравенстве диаметров бандажей колес, насаженных на одну ось (особенно во время движения поезда в кривых участках пути), колесные пары начинают проскальзывать относительно рельсов и вращаться с повышенной частотой вокруг своей оси. Поступательное движение колесной пары замедляется или вовсе прекращается. Это явление называется боксованием. Чтобы не допустить боксования колес, касательная сила тяги Fк, зависящая от вращающего момента двигателя Мд, должна быть меньше или равна силе сцепления. Это условие можно выразить в следующем виде:

Fк < Р к

При боксовании повышается частота вращения якоря ТЭД, связанного с данной осью. Боксование колес вызывает быстрое нарастание проката бандажей колесных пар и увеличивает местный износ головок рельсов. Частота вращения якоря ТЭД связанного с боксующей колесной парой, резко возрастает, что ведет к увеличению э.д.с. двигателя. Прежнее распределение напряжения сети нарушается, и большая его часть приходится на этот ТЭД.

Машинисту следует принимать меры для предотвращения боксования колесных пар при ведении электропоезда, учитывать состояние рельсов, загруженность вагонов пассажирами, наличие кривых участков пути.

5.4. Контролируется боксование реле боксования РБ1, РБ2 на (ЭР1,ЭР2) или датчиками боксования «Э1», «Э2», «Э3» на электропоездах ЭТ, ЭД.

На ЭР1, ЭР2 при боксовании снижается уставка РУ до 75А в цепи ТЭД вместо 175А без боксования. Это приводит к приостановке работы реостатного контроллера на моторном вагоне с боксующей колесной парой.

На электропоездах ЭТ, ЭД отключается блок «БРУ» на боксующем моторном вагоне - прекращается работа реостатного контроллера на период боксования.

Если боксование разносное - отключаются линейные контакторы «ЛК» и «ЛКиТ» и реостатный контроллер переходит на 1-юпозицию.

Во всех случаях на пульте машиниста загорается лампа «РБ».