1.4 Організація екіпірування локомотивів

Екіпірування локомотивів — це забезпечення їх піском, мастилом, об­тиральним матеріалом, а тепловозів — також паливом і водою.

Екіпірувальні пристрої розміщуються на території основних і оборот­них депо, в пунктах обороту та іноді на приймально — відправних коліях станцій.

Екіпірування об’єднують з ТО-2 в основних і оборотних депо та ПТО, де ці операції виконують в закритих стойлах; іноді суміща­ють також зі зміною локомотивних бригад під поїздом — в цих випадках вона може виконуватись і на приймально-відправних коліях станцій.

Розміщення в депо і на пунктах екіпірувальних пристроїв (видачі піску, мастил, обтиральних матеріалів, заправлення паливом і водою) має забезпечувати послідовність і швидку підготовку локомотивів до роботи (рис.4.5):

Рис. 4.5. Схема розміщення екіпірувальних пристроїв для тепловозів у закритих утеплених деповських приміщеннях: Т, П,М,В — гнучкі шланги для подачі відповідно палива, піску, мастил і води.

2 Основи тяги поїздів. Поняття про тягові розрахунки

2.1 Сили, що діють на поїзд

На поїзд, що рухається, діють різні внутрішні та зовнішні сили. Внутрішні сили (обертальні моменти в електродвигунах, зубчатих пе­редачах, на осях колісних пар) урівноважуються всередині поїзда і не впливають на його рух.

Зовнішні сили, які впливають на характер руху поїзда:

• сила тяги локомотива Fк— сила, яку створюють тягові двигуни;

• сили опору рухові W — всі некеровані зовнішні сили, що перешкод­жають рухові (сили тертя між окремими частинами рухомого складу і колії, сили опору повітряного середовища, а також опір на підйомі, в кривих і ін.);

• гальмові сили В, що виникають у локомотиві та вагонах при вмиканні гальм.

На відміну від сил W, які в основному діють постійно і незалежно, си­ли Fк і В є керованими (їх регулює машиніст) і не можуть діяти одночасно.

Сили W, Fк і В можна замінити однією силою — рівнодійною, яку ще називають прискорювальною силою, а за від’ємного значення прискорен­ня — уповільнювальною.

F_р= F_к – W – В; Н. (4.1)

Залежно від того, які сили одночасно діють на поїзд, розглядають такі режими руху:

• режим тяги: F_р= F_к – W; Н (4.2)

• режим вибігу: F_р= – W; Н (4.3)

• режим гальмування: F_р= – W – В; Н. (4.4)

В розрахунках зручніше використовувати не самі сили, а їх питомі ве­личини — сили, віднесені до 1 кН сумарного навантаження від колісних пар на рейки, тобто до ваги поїзда.

питома сила тяги f=F_k/m×q; (4.5)

питома сила опору рухові w=W/m×q; (4.6)

питома гальмова сила b=B/m×q; (4.7)

питома рівнодійна сила ∫_p=F_p/m×q; (4.8)

де m×g - вага поїзда, кН

m - маса поїзда, т

g - прискорення вільного падіння, g= 9,8м/с.

Всі розглянуті сили стосуються ободів коліс і прикладаються в точках дотику коліс до рейок.

2.2 Створення сили тяги, її основні характеристики

Розглянемо сили, що виникають на ободі колеса (рис.4.6). Прикладе­ний до колеса обертальний момент М_к, що діє за годинниковою стрілкою, покажемо як пару прикладених сил: одну F₁ в точці А дотику колеса до рейки і другу F₂ — в центрі коле­са О. Якщо колесо не буде торкатись рейки, обер­тання колісної пари не приведе до руху локомоти­ва. Якщо колесо притиснути до рейки з силою Р₀, то в точці А під дією сили зчеплення колеса з рей­кою виникне горизонтальна реакція рейки F₃, рівна силі F₁ і протилежно їй направлена. Ця рівнодійна сила і називається дотичною силою тяги F_к.

Завдяки зчепленню колеса з рейкою ство­рюється необхідний упор, відштовхуючись від яко­го колесо починає рухатись. При цьому сили F₁ і F₃ і врівноважуються, а під дією сили F₂, якщо вона більше сил опору рухові, колесо починає повертатись навколо точки А — миттєвого центра обертання. Якщо цей центр переміщується на поверхні рейки, то і центр колеса і весь поїзд рухаються поступально в тому ж на­прямку.

Таким чином рух колеса локомотива можливий за умови:

F_к<F_кзч.;H, (4.9)

Де F_кзч — сила зчеплення локомотива з рейками;

Рис. 4.6. Схема створення сили тяги

Якщо ця умова не виконується, виникає буксування.

F_кзч =1000m_л×g×ψ_k, H, (4.10)

де m×g— зчіпна вага локомотива, кН;

m— маса локомотива, що припадає на тягові колісні пари;

ψ_к— розрахунковий коефіцієнт зчеплення (для різних локомотивів різний визначається за спеціальними емпіричними формулами).

Коефіцієнт зчеплення залежить від чистоти поверхні ободів і рейок, ат­мосферних умов (вологості, температури повітря, опадів), швидкості руху, схеми вмикання тягових електродвигунів (при паралельному він вищий, при послідовному — нижчий), форми поверхні кочення на ободі тощо.

Для оцінки взаємозалежності цих величин необхідно мати електроме­ханічні характеристики тягового двигуна на ободах тягової колісної пари, які показують: за­лежність сили тяги від затраченого струму І_д у вигляді графіка F_кд(І_д) - це електротягова характеристика; швидкості руху поїзда V від І_д у вигляді графіка У(І_д) — швидкісна характеристика; магнітного потоку Ф від 4 у ви­гляді графіка СФ(Ід) — це магнітна характеристика; коефіцієнта корисної дії від І_д у вигляді графіка ή(І_д) — характеристика коефіцієнта корисної дії.

Підведена до тягового електродвигуна напруга U_д урівноважується електрорушійною силою Е і падінням напруги в обмотках І_д ×r.

U_д=Е+І_д+r, В (4.11)

де r – опір обмоток двигуна, Ом;

Е – електрорушійна сила, В;

І_д – сила струму, а;

І_д×r – падіння напруги в обмотках, В.

Е=С×Ф×V, В, (4.12)

де С – постійна електрорухомого складу;

Ф – магнітний потік, Вб;

V – швидкість руху, км/год.

V = , км/год; (4.13)

F_kd= 3,6 ; Н (4.14)

де η_д – к.к.д. на валу електродвигуна;

η_п – к.к.д. передачі.

На підставі швидкісних і електротягових характеристик будують тягові характеристики локомотивів (рис. 4.7).

Криві, які показують залежність сили тяги локомотива F_к від швидкості руху V, називають тяговими характеристиками.

Для різних величин швидкості, виходячи із швидкісних характеристик, визначають одержані тяговими електродви­гунами струми І_д, і відповідно до них — сили тяги на ободах кожної рушійної колісної пари.

Сила тяги локомотива визначається:

F_к=n_д×F_кд, Н (4.15)

де n_д- кількість тягових електродвигунів локомотива.

Одержані сили тяги .F_к1, F_к2... за швидкості V1,V2...

відкладають на гра­фіку (рис. 4.8) і з’єднують плавною кривою F_к (V) — це лінія сили тяги.

Рис. 4.7. Магнітна (лінія 1),

електротягова (лінія 2) і швидкісна

(лінія 3) характеристики тягового

електродвигуна послідовного збудження.

Робоча зона характеристик обмежується в зоні малих сил тяги найбільшою допустимою швидкістю (лінія 5), на яку розрахований локомо­тив, в зоні великих сил тяги — силою зчеплення коліс з рейками (лінія 3), яку визначають за формулою 4.10: F_кзч= 1000 m_л×g×ψ_к, або комутацією тягових електродвигунів (лінія 2), за яким наступає іскріння щіток і дуга.

На тепловозах найбільша сила тяги може обмежуватись пусковим струмом внаслідок нагрівання тягових двигунів чи генераторів у період пуску і розгону (лінія 1).

Після побудови графіка вибирають ті обмеження, за яких сила тяги менша.

Для побудови графіка питомих сил тяги f_к(V) взяті з тягових характеристик абсолютні величини сил тяги (з урахуван­ням обмежувальних ліній) ділять на вагу поїзда m×g (маса поїзда m=m_л+Σm_в, де m_л— маса локомотива, Σm_в — маса всіх ва­гонів).

Для зручності користування графіком при тягових розрахунках питомі тягові характеристики будують у другому квадранті, де швидкість відкладають на осі ординат, а питомі сили тяги — на осі абсцис вліво (рис. 4.10).

Лінія 2 на такому графіку одержується шляхом перерахунку тягової характеристики, а лінія 1 відповідає обмеженню зчепленням.

Рис. 4.8. Тягова характеристика локомотива: Рис. 4.9. Питома тягова харктеристика

1 – лінія обмеження пусковим струморм;

2 – лінія обмеження комутацією ТД;

3 – лінія обмеженнясилою зчепдлення коліс з рейками;

4 – лінія сили тяги; 5 – лінія обмеження найбільшою

допустимою швидкістю.

2.3 Сили опору рухові поїзда

Сили опору рухові поїзда поділяються на основний опір, який постійно діє на поїзд і додатковий, який може на окремих ділянках шляху.

Основні сили опору складають сили тертя між окремими частинами рухомого складу, сили взаємодії рухомого складу і колії, сили опору повітряного середовища.

Головною складовою частиною сил тертя рухомого складу є сили тертя в буксових підшипниках.

Опір руху під час взаємодії рухомого складу і колії виникає внаслідок:

• тертя кочення між колісними парами і рейками;

• тертя ковзання колісних пар внаслідок їх конічності, бокових зазорів між гребенями колісних пар і рейками, різниці в діаметрах коліс однієї колісної пари;

• проходження колесом нерівностей колії , стиків, внаслідок коливань рухомого складу.

Опір повітряного середовища пояснюється появою підвищеного тиску повітря перед лобовими стінками поїзда, зниженням тиску за хвостовим вагоном, наявністю тертя повітря і рухомого складу та появою завихрень. Цей опір зростає інтенсивніше при швидкостях більше 100км/год.

Локомотиви мають різний опір при роботі під струмом і на холостому ході. При холостому ході до сил основного опору додаються сили тертя в елементах зубчатої передачі.

Сили основного опору рухові в Н/кН визначають за допомогою спеціальних формул:

w_o=k₁+k₂×V+k₃×V², Н/кН (4.16)

де k₁,k₂,k₃ – емпіричні коефіцієнти;

V-швидкість руху рухомого складу.

Для різних локомотивів і вагонів w_o різні. Наприклад при русі на ланкових коліях електровозів і тепловозів під струмом питомий основний опір складатиме:

w'_o= 1,9+0,01×V+0,0003×V², Н/кН (4.17)

Холостим ходом

w´_х=2,4+0,011×V+0,00035×V²,Н/кН (4.18)

Для навантажених 4-вісних вагонів на роликових підшипниках:

w´´_o=0,7(3+0,1×V+0,0025×V²)/m_во,Н/кН (4.19)

де m_во–маса що припадає на одну вісь (>6т)

Для порожніх чотиривісних вагонів на роликових підшипниках:

w´´_o=1,0+0,044×V+0,00024×V²),Н/кН (4.20)

На безстикових коліях значен­ня питомих основних опорів, зви­чайно, менші.

Питомі основні опори рухові наносять на графіки(рис 4.10) ,які використовують у тягових розрахунках.

Абсолютна величина основного опору рухові, за розрахунковими питомими силами, буде складати:

Рис. 4.10. Графік основного питомого опору локомотива при русі на лінії з ланковою будовою колії: 1 – під струмом; 2 – холостим ходом.

Для локомотивів під струмом:

W´_o=w´_o×m_л×g, Н (4.21)

де m_л- маса локомотива, т;

для локомотивів на холостому ходу:

W´_х=w´_х×m_л×g, Н (4.22)

для вагонів: W´´_o=w´´_o×m_в×g, Н (4.23)

де m_в – маса вагона,т

Загальний основний опір рухові всіх вагонів поїзда в якому перебувають різного типу вагони складається з основних опорів кожного вагона :

W´´_o=w´´_o1×m_в1×g+w´´_o2×m_в2×g+…w´´_і×m_ві×g=

=w´´_o×m_с×g; Н (4.24)

Питомий основний опір рухові вагона составу поїзда визначається:

w´´_o=W´´_o/(m_с×g), Н/кН, (4.25)

де m_с – загальна маса вагонів у поїзді. т

Основний абсолютний опір рухові всього поїзда W_o в режимі роботи локомотива під струмом буде складати:

W´_o=w´_o×m_л×g+w´´_o×m_с×g, Н, (4.26)

Де m_л-маса локомотива,т

При русі локомотива холостим ходом (на вибігу):

W_oх=w_х×m_л×g+w´´_o×m_с×g, Н, (4.27)

Основний питомий опір рухові поїзда w_oпри роботі локомотива під струмом:

w_o=(w´_о×m_л+w´´_o×m_с)/(m_л+m_с), Н/кН, (4.28)

холостим ходом (на вибігу)

w_o=(w_х×m_л+w´´_o×m_с)/(m_л+m_с), Н/кН, (4.29)

Для питомих опорів будуються графіки (рис 4.11), які використовуються в тягових розрахунках. Загальний питомий опір рухові поїзда w_k складається з основного w_o(w_oх) і додаткового w_д:

w_k=w_o+w_д або w_k=w_oх+w_д, Н/кН, (4.30)

Загальний опір рухові поїзда W_к буде складати :

W_к=w_к×m×g, Н (4.31)

Додатковий опір рухові складають сили, що виникають при русі поїзда на підйомі, в кривих, за низьких температур, вітрі та при роботі підвагонних генераторів пасажирських вагонів.

Рис. 4.11. Графік основного питомого опору Рис. 4.12. Створення сили додаткового

при русі поїзда на лінії з ланковою опору на підйомі.

(стиковою) будовою колії.

При русі на горизонтальній колії сила ваги поїзда направлена верти- кально вниз і не створює горизонтальних сил. Якщо поїзд рухається на підйомі (рис.4.12), то сила ваги G розкладається на дів складові: G₁ – діюча перпендикулярно рейкам і W_і – направлена проти руху, яка називається додатковим опором рухові від підйому.

Питомий додатковий опір рухові від підйому і буде дорівнювати:

w_і=і, Н/кН, (4.32)

де і – ухил у тисячних (‰): для підйому має знак «+», для спуску – «-».

Питомий додатковий опір від кривих визначається за емпіричною формулою:

w_r=700/R; Н/кН, (4.33)

де R – радіус кривої, м.

Якщо крива задана не радіусом, а центральним кутом α° і довжиною кривої S_кр, :

w_r=12,2×(α°/S_кр); Н/кН, (4.34)

Якщо крива менша довжини поїзда L_п, то:

w_r=12,2×(α°/ L_п); Н/кН, (4.35)

Додатковий опір, що виникає внаслідок збільшення в'язкості мастил у вузлах тертя і підвищення щільності повітря при зниженні температури, а також від зустрічного чи бокового вітру визначається за спеціальними таблицями, приведеними в Правилах тягових розрахунків (ПТР).