3. Факторы определяющие основное сопротивление

Трение скольжения колес по рельсам. Качение колес по рельсам сопровождается их проскальзыванием, вызывающим силу трения скольжения между колесами и рельсами проскальзывание вызвано конусностью рабочих поверхностей бандажей колесных пар. Эти колебания уменьшаются при натянутых автосцепках, под действием силы тяги локомотива, например в случае движения поезда по подъему Удельная сила сопротивления от трения скольжения колес по рельсам составляет 0,15...0,4 Н/кН.

Удары на неровностях пути. При прохождении стыков и неровностей пути возникают удары, которые вызывают силы, действующие против направления движения поезда под действием нагрузки q, от колеса на рельс он, несмотря на накладки, прогибается, и колесо наезжает на следующий рельс в точке А. На колесо действует внешняя сила R, направленная перпендикулярно его поверхности.

Если эту силу разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие, то горизонтальная сила W направленная против движения, явится силой сопротивления движению от стыка.

Аналогичная картина возникает и при прохождении других неровностей пути. Эта сила зависит от скорости движения нагрузки от колес на рельсы, расстояния между стыками, зазора в стыке. Сила сопротивления движению от стыков уменьшается при длинных и более тяжелых рельсах и щебеночном балласте. Наибольший эффект дает применение бесстыкового пути. В среднем сила сопротивления движению поезда от ударов на неровностях пути составляет 0.05...0.5 Н/кН.

Сопротивление воздушной среды. При движении поезда перед его лобовой частью образуется зона сжатого воздуха, который оказывает встречное давление на лобовую стенку локомотива. Боковые поверхности и крыши подвижного состава соприкасаются со струями скользящего по ним воздуха, увлекают часть его за собой, создавая поток воздуха и трение части воздуха о стенки подвижного состава. В междувагонном пространстве и у выступающих частей образуются завихрения.

Под подвижным составом часть воздуха увлекается поездом, создаются завихрения и поток, соприкасающийся с верхним строением пути. За последним вагоном поезда образуется разрежение. Эти явления вызывают внешние силы, действующие на поезд, направленные против движения. Их называют силами сопротивления воздушной среды. Данные силы зависят от площади поперечного сечения поезда, его длины, взаимного расположения разных типов вагонов в составе, формы лобовой части локомотива и задней стенки хвостового вагона, наличия выступающих частей у подвижного состава и от скорости движения.

Сила сопротивления воздушной среды примерно пропорциональна квадрату скорости и имеет важное значение при скоростном движении. Наименьшим сопротивлением обладает поезд, имеющий обтекаемую «сигарообразную» форму с выпуклой лобовой и хвостовой стенками без выступов и неровностей на подвижном составе.

Требованиям обтекаемости в большей мере удовлетворяют высокоскоростные электропоезда. Так, высокоскоростной электропоезд ЭР200, рассчитанный на движение со скоростью до 200 км/ч, имеет закругленную в плане и скошенную верхнюю часть головного и хвостового вагонов, убранные внутрь вагонов поручни и другие выступающие части.

Рассмотренные составляющие сил сопротивления движению зависят от большого числа факторов, в том числе случайных, учет которых чрезмерно усложняет расчеты. Поэтому основное удельное сопротивление движению каждого вида подвижного состава определяют по эмпирическим формулам, полученным ВНИИЖТом на основании обработки результатов испытаний.

Эти формулы приводят в ПТР и справочниках отдельно для звеньевого (стыкового) и бесстыкового пути, а для локомотивов, электро- и дизель-поездов — в режиме тяги или электрического торможения (под током) и на холостом ходу (выбег или механическое торможение). Ниже приведены формулы для некоторых видов подвижного состава дорог, Н/кН.

В тяговых расчетах различают основное и дополнительные силы сопротивления движению поезда. Основное сопротивление (полное -W_О, удельное - w_O) действует на поезд при движении по прямому, горизонтальному участку пути, его появление определяется:

Дополнительные сопротивления это - сопротивление от уклона (полное -W_i , удельное w_i)и сопротивление от кривой (полное -W_R , удельное w_R).

Основное сопротивление действует на поезд постоянно и всегда направлено в сторону противоположную движению (т.е. величина отрицательная). Сопротивление от кривых, возникающее в следствии увеличения сил трения колес подвижного состава и пути при движении экипажа в кривых так же всегда отрицательно. Сопротивление от уклона в зависимости от знака уклона может быть отрицательным - при движении на подъем, а может быть и положительным - движение на спуск.