4.6. Факторы, влияющие на реализацию силы тяги.

Реализация силы тяги определяется коэффициентом сцепления, реализуемым электровозом в целом. Ранее были рассмотрены факторы, влияющие на величину коэффициента сцепления одного колеса. С учетом того, что не только все колесные пары электровоза, но и даже отдельные колеса одной и той же колесной пары находятся в неодинаковых условиях, силу сцепления, реализуемую электровозом в целом нельзя найти простым перемножением величины силы сцепления одного колеса на количество колес электровоза. Она будет всегда меньше указанного произведения:

F_сц э < N_к  F_к, но ,

т.е. силу сцепления электровоза в целом следует определять как алгебраическую сумму сил, реализуемых отдельными колесами.

Поскольку реализация сил сцепления определяется прежде всего реализацией коэффициента сцепления, то можно, по аналогии с факторами, влияющими на коэффициент сцепления, выделить три основных группы параметров, влияющих на реализацию силы сцепления:

0. изменение силы давления колеса на рельс;

1. геометрические характеристики взаимодействующих поверхностей колеса и рельса;

2. состояние взаимодействующих поверхностей колеса и рельса.

В свою очередь, каждая группа факторов подразделяется на подгруппы и отдельные факторы.

Изменение силы давления колеса на рельс:

0. статическая неравномерность распределения массы электровоза по отдельным колесным парам и отдельным колесам – вызвана неизбежными неточностями при монтаже оборудования внутри кузова электровоза, а так же отклонениями при изготовлении отдельных деталей;

1. вертикальные колебания электровоза, вызванные прохождением неровностей пути – зависят от геометрической и динамической характеристики пути, скорости движения и состояния рессорного подвешивания электровоза, включая гасители колебаний;

2. продольные колебания поезда – зависят от технической возможности тягового привода по плавности регулирования силы тяги, квалификации машиниста, плана и профиля пути и динамических характеристик состава. Продольные динамические усилия вызывают скачкообразное изменение силы сопротивления движению, а, следовательно, и момента, вызывающего перераспределение сцепной массы между колесными парами электровоза.

При движении поезда возникнет сила, которая вызывает разгрузку первых по ходу колесных пар.

Р ассмотрим это явление на примере двухосного локомотива, который ведет поезд в режиме тяги с установившейся скоростью. Так как сила тяги реализуется в местах контакта колес с рельсами, а сила сопротивления движению от состава действует на уровне автосцепки, то возникает вращающий момент

М = Wh = 2F_кh,

который первую по ходу колесную пару разгружает, а последнюю – догружает на величину

.

Это означает, что сцепная масса электровоза недоиспользуется на

.

Для оценки разгружающего действия силы тяги существует понятие коэффициента использования сцепной массы

.

Здесь m_к – статическая сцепная масса, приходящаяся на одну колесную пару. Для тележечных электровозов _и = 0,86 ... 0,94.

Кроме рассмотренного случая аналогично можно учесть перераспределение нагрузок на колесные пары от расположения ТД и действия сил инерции при неустановившемся движении.

Геометрические характеристики взаимодействующих поверхностей колеса и рельса:

0. величина проката бандажей колесных пар и форма поверхности с прокатом – зависит от характеристик участка, на котором эксплуатируется электровоз;

1. величина износа головок рельсов и форма изношенной поверхности;

2. радиус кривых участков пути – зависит от соотношения скорости движения поезда в кривой и величины возвышения наружного рельса. При несоответствии скорости и возвышения наружного рельса гребень бандажа одного из колес прижимается к боковой поверхности рельса. При этом ухудшается взаимодействие другого колеса и рельса. Идеальный вариант – полная компенсация действия центробежной силы за счет возвышения наружного рельса.

Состояние взаимодействующих поверхностей колеса и рельса:

0. наличие масляной пленки – зависит от характера основного груза, перевозимого по участку;

1. климатические особенности участка;

2. подача песка под колеса электровоза.

Р азличие характеристик ТЭД и диаметров колесных пар:

Вследствие неточностей при сборке, а так же невозможности изготовить два абсолютно одинаковых изделия, ТЭД установленные на ЭПС неизбежно будут иметь некоторый разброс тяговых характеристик. Поэтому два соседних ТЭД будут развивать разную силу тяги при одинаковой линейной скорости движения.

Как известно, сила тяги на ободе колеса обратно пропорциональна диаметру колеса, а следовательно большую силу тяги будет развивать колесная пара с меньшим диаметром.

.

Жесткость тяговой характеристики:

Д опустим, что имеются два двигателя с мягкой характеристикой 2 и жесткой – 1. При работе их в точке К пересечения с ограничением по сцеплению 3 произошло снижение силы сцепления на F. Так как точка К лежит выше нового значения силы сцепления (точка М) произойдет срыв сцепления и начнет развиваться боксование. При увеличении частоты вращения ТД с жесткой характеристикой происходит ее пересечение с новым ограничением по сцеплению (точка N). Сцепление восстанавливается. При развитии боксования ТД с мягкой характеристикой разрыв между силой тяги и силой сцепления растет с увеличением скорости – боксование стремиться перейти в разносное. Т.е. ТД с мягкими характеристиками имеют большую склонность к боксованию.

Тип тягового привода:

Различают два основных типа тягового привода – групповой и индивидуальный. Поскольку боксование – это процесс случайный, воспользуемся вероятностными методами. Обозначим вероятность реализации силы тяги без боксования i-й колесной пары как Р_i, а вероятность боксования – Q_i. Поскольку в основе определения лежат события противоположные, то Р_i + Q_i = 1. Так же примем допущение, что вероятности боксования всех колесных пар одинаковы и равны Р. Тогда в целом для электровоза с индивидуальным приводом

.

Вероятность срыва сцепления

.

Так как вероятность боксования отдельной колесной пары достаточно мала, то приближенно можно записать

.

Предположим, что для восьмиосного электровоза Q = 0,01. Тогда

(1 – 0,01)⁸  0,92;

1 – 0,92 = 0,08;

8  0,01 = 0,08.

Таким образом, при индивидуальном приводе вероятность боксования электровоза пропорциональна количеству колесных пар.

Боксование электровоза с групповым приводом возможно только при срыве сцепления всех колесных пар:

.

Так как величина вероятности боксования меньше единицы, то электровоз с групповым приводом имеет гораздо меньшую вероятность боксования.