Основы электрической тяги и торможения

1. Силы, действующие на поезд.

На поезд действует две группы сил, подразделяющиеся на внешние и внутренние. Наибольшее влияние на его движение оказывают внешние силы:

Fk - касательная сила тяги электровоза, образуется в результате передач вращающего момента от тягового электродвигателя к колёсным парам. Эта сила направлена по направлению движения.

W - сила сопротивления, образуется: в результате внутреннего трения подвижного состава; от взаимодействия пути и подвижного состава; воздействия воздушно средой; в результате движения по подъемам, кривым и ряду других причин. Эта сила направлена против движения.

В - тормозная сила, возникает от трения тормозных колодок о бандажи колесных пар или диски при пневматическом торможении, при работе тяговых электродвигателей генераторами в режиме рекуперативного торможения, от взаимодействия магнитного поля с рельсами при электромагнитном тормозе. Эта сила также направлена против движения.

Таким образом, сила тяги создает движение, а силы сопротивления и торможения ему препятствуют. В зависимости от величины этих сил и их соотно­шения существуют три режима движения поезда.

Режим тяги (движение с током), на поезд действует сила тяги и сила сопротив­ления. Между ними возможны следующие соотношения: Fk > W, +а, - движение ускоренное.

( такое соотношение сил машинист должен установить сам при взятии поезда с места или при разгоне его при движении);

Fk = W, а=0, V =const - движение с равномерной скоростью. (такое соотношение сил устанавливается автоматически при движении поезда по пло­щадке или по подъему),

Fk < W, - а, - движение замедленное.

(характерным примером возникновения такого соотношения этих сил является выход из строя группы тяговых двигателей или секции, следование по затяжному подъему).

Режим выбега (движение без тока). На поезд действует сила сопротивления, которая при движении по площадке и подъему препятствует движению, а на спуске способствует ему.

Режим торможения (движение без тока). На поезд действует тормозная сила и сила сопротивления. Между ними возможны следующие соотношения:

В > W, -а, - движение замедленное.

(такое соотношение сил свидетельствует о том, что машинист выполнил правильную разрядку тормозной магистрали и поезд обеспечен полностью тормозным нажатием). В= W, а = О, V = const - движение с равномерной скоростью (такое соотношение сил свидетельствует о том, что или машинист выполнил недос­таточную разрядку тормозной магистрали или поезд недостаточно обеспечен тормоз­ным нажатием).

B<W, + а, - движение ускоренное.

(такое соотношение сил свидетельствует о том, что поезд не обеспечен тормозным нажатием, то есть тормоза не работают).

Все силы измеряются в килограмм - сила (кгс) или в Ньютона

2. Образование силы тяги и её реализация.

Вращающий момент Мд тягового электродвигателя образуется в резуль­тате взаимодействия магнитного поля якоря с магнитным полем главных полюсов и выражается формулой:

Мд=См I Ф

где:

См - постоянная электромашины, отражающая ее конструктивные особенности: число пар полюсов, число проводников обмотки якоря, диаметр коллектора и т.д.

/ - сила тока.

Ф - величина магнитного потока.

Момент Мд, передаваясь через зубчатую передачу на колесную пару, образует на колесе вращающий момент колеса Мк

Мк = Мд  где: - число передаточное

Момент Мк можно представить в виде пары сил F и F1.Сила F приложена к центру оси колесной пары, а сила F1 - к точке касания ко­леса с рельсом. Если бы на колесо действовали только эти две силы, то колесо совершало бы вращательное движение на месте. Но поскольку, оно прижато к рельсу с силой Ро (часть вертикальной нагрузки, собственный вес) в точке каса­ния колеса с рельсом возникает реакция рельса на силу F1 в виде силы F2. При достаточном сцеплении колеса с рельсом эти силы равны по величине, но направ­лены в разные стороны, значит, они уравновешены. Неуравновешенная сила F, пе­редаваясь через буксу на раму тележки, вызывает поступательное движение колеса и является силой тяги колеса. Она является внешней силой, направлена по направлению движения и обозначается Fk.

F_к=C_f Ф

где: С_f- постоянная силы тяги

C_f = где: Дк - диаметр колеса

Исходя, из вышеприведенных выражений следует, что силу тяги регулируют силой тока и величиной магнитного потока главных полюсов.

Кроме этого, сила тяги каждой из серий электровоза, зависит от некото­рых его конструктивных величин. Сила тяги тем больше, чем больше передаточное число и вращающий момент тягового электродвигателя, т.е. его мощность. Однако при увеличении числа передаточного уменьшается скорость движения, но увеличивается сила тяги, и наоборот, что видно из ниже приведённых формул.

V = , n – число колесных пар

Кроме этого, сила тяги увеличивается при увеличении количества колёс­ных пар и при уменьшении диаметра колеса. При минимальном диаметре (мини­мальной толщине бандажа) сила тяги на 8-10 процентов больше.