3. Расчет основного удельного сопротивления движению поезда.

Удельные силы сопротивления движению. Силы сопротивления движению поезда определяются силами трения и тяжести, которые пропорциональны весу поезда.

m = (P + Q) * g,

где: m – вес поезда, кг P – масса локомотива, кг, Q – масса вагонов, кг, g – ускорение свободного падения (9, 81 м/с 2 ),

Удельные силы сопротивления движению. Учитывая, что 1 кгс = 9, 81 Н, можно сделать вывод, что вес состава [ тс ] численно равен массе [ т ]. Почти все силы, противодействующие движению поезда, пропорциональны его весу, поэтому для удобства выполнения расчетов используют отношение сопротивления движения к его весу.

Удельные силы сопротивления движению

Удельные силы сопротивления движению. Удельное сопротивление движению поезда определяется отдельно для локомотивов и вагонов: локомотивадля P ‘W ‘ вагонов для Q “W “

Удельные силы сопротивления движению. Тогда полное сопротивление движению поезда определяется:

Сопротивление подвижного состава. Сопротивление пути: – трение качения колес по рельсам: Принимается: к = 0. 2 ÷ 0. 4 кгс/т ] т кгс

Сопротивление подвижного состава. Сопротивление воздушной среды: – лобовое, – межвагонное, – кормовое, – боковое, – подвагонное.

Силами сопротивления называются внешние силы, приложенные к поезду и направленные в сторону, противоположную движению. Некоторые из этих сил действуют постоянно и создают основное сопротивление движению. К этим силам относятся, в частности, силы трения в подшипниках, удары в рельсовых стыках, силы трения между колесами и рельсами, сопротивление воздушной среды.

За основное принимают сопротивление, которое испытывает поезд при движении по прямому горизонтальному участку пути с равномерной скоростью при нормальных метеорологических условиях, то есть при температуре от минус 10 до плюс 20 градусов Цельсия и при скорости ветра не более 5 м/с.

Поезд в тяговых расчетах рассматривается как система «состав + локомотив», при этом состав в свою очередь включает в себя группы вагонов различной категории. Поскольку технические и динамические характеристики различных единиц подвижного состава имеют большие различия, (число осей, вес тары вагона, осевые нагрузки, грузоподъемность и т.д.) расчет основного сопротивления движению поезда в целом происходит по следующей схеме:

определяется сопротивление движению вагонов разных категорий- WIIo(i);

определяется сопротивление движению состава в целом WIIo;

определяется сопротивление движению локомотива WIo;

определяется сопротивление движению поезда Wo.

Расчетные формулы для определения этих величин приведены в ПТР.:

Приведенные в ПТР эмпирические формулы позволяют определить значения основного удельного сопротивления каждого вида подвижного состава. Основное сопротивление движению равно произведению удельной силы сопротивления движению локомотива или вагона на их вес

Основное удельное сопротивление движению груженых грузовых вагонов, кгс/т, определяется по формуле:

где v - скорость движения, км/ч;

qo - средняя осевая нагрузка т/ось;

а,b и c - коэффициенты, зависящие от типа подвижного состава и типа пути.

Поскольку сопротивление движению локомотивов в зависимости от режима работы рассчитывают по разным формулам, целесообразно вначале определить сопротивление движению состава, а затем локомотива в нужном режиме. Основное сопротивление движению состава в ньютонах определяют как сумму сопротивлений движению каждого типа вагонов.

. 4. Силы дополнительного сопротивления движению подвижного состава.

Дополнительное сопротивление. – сопротивление от уклонов, – сопротивление от кривых, – сопротивление при особых условиях движения поезда.

Дополнительное сопротивление движению

К силам дополнительного сопротивления движению W' относят силы сопротивления, возникающие от уклонов, при движении в кривых участках пути, трогании с места; силы сопротивления, создаваемые подвагонными генераторами в пассажирских поездах, а также силы сопротивления, возникающие при низких температурах наружного воздуха, действие встречного или бокового ветра.

Дополнительное сопротивление от уклонов. Эта сила создается составляющей веса поезда, действующей на подъеме против движения поезда, а на спусках — по направлению движения.

Крутизна подъема определяется углом α. На железнодорожном транспорте крутизну подъемов i измеряют в тысячных долях (‰), равных отношению высоты подъема ВС к его длине АВ, умноженному на 1000.

Дополнительное сопротивление при движении поезда в кривой. При движении поезда в кривых участках пути колеса гребнем прижимаются к наружному рельсу. Сила реакции рельса вынуждает поезд двигаться криволинейно. Между гребнями колес и боковой поверхностью головки рельса возникает трение. При движении в кривых увеличивается также проскальзывание колес из-за разной длины наружного и внутреннего рельсов, несмотря на конический профиль рабочих поверхностей колес. При входе в кривые и выходе из них или при изменении радиуса кривой тележки поворачиваются относительно кузова, появляется трение в опорах и боковых скользунах.

Перечисленные силы трения, приведенные к ободам колесных пар, создают силы дополнительного сопротивления движению от кривизны пути.

Они возрастают с уменьшением радиуса кривой, а также зависят от скорости движения, вида подвижного состава, состояния пути и степени возвышения наружного рельса, боковых зазоров между рельсами и гребнями колес, степени износа колесных пар и их разбегов. Из-за большого числа факторов и сложных зависимостей сил сопротивления движению от условий эксплуатации дополнительное удельное сопротивление движению от кривых Wr (Н/кН) на эксплуатируемых дорогах определяют по эмпирическим формулам в зависимости только от радиуса:

Дополнительное сопротивление при трогании с места Силы трения в подшипниках при трогании поезда оказываются выше, чем при движении В меньшей степени на сопротивление движению при трогании влияют: повышенное трение качения колеса из-за больших деформаций колес и рельсов при стоянке по сравнению с деформациями при качении колес, нагрузки от колесных пар на рельсы, температура окружающего воздуха, качество применяемого масла.

Особенно большая разница в силах сопротивления при трогании и движении проявляется в подшипниках скольжения, у роликовых подшипников она значительно меньше. После трогания сила сопротивления движению резко снижается, так как трущиеся поверхности нагреваются и в зону трения попадает смазка (у подшипников скольжения при повороте колеса примерно на половину оборота)

Силы удельного сопротивления при трогании состава (основного и Дополнительного) определяют по эмпирическим формулам, рекомендованным ПТР, Н/кН:

Дополнительное сопротивление движению от подвагонных генераторов. Подвагонные генераторы обеспечивают пассажирские вагоны электрической энергией, необходимой для освещения, зарядки аккумуляторной батареи, работы электродвигателей вентиляционного агрегата и других установок, а также бытовых электрических приборов. Якорь генератора приводится во вращение от колесной пары вагона через редукторно-карданный или ременный привод, создавая дополнительное сопротивление движению вагона. wnr

Дополнительное сопротивление движению учитывают при скоростях движения 20 км/ч и выше. При низких скоростях это сопротивление в расчетах не учитывают.

Дополнительное сопротивление движению при низких температурах окружающего воздуха. При низких температурах возрастает вязкость смазки. Следовательно, повышаются коэффициенты трения в буксовых и моторно-осевых подшипниках и передаче подвижного состава, что приводит к увеличению сил сопротивления движению. Возрастает также и сопротивление воздушной среды вследствие повышения плотности воздуха при пониженных температурах.

Дополнительное сопротивление движению от ветра. Ветер изменяет силы сопротивления движению воздушной среды. При встречном ветре они возрастают за счет увеличения относительной скорости воздушного потока, которая равна сумме скоростей поезда и встречного ветра. Под действием бокового ветра подвижной состав смещается в сторону и возникает трение гребней колесных пар о боковую поверхность рельса подобно тому, что происходит при проследовании кривого участка пути. Попутный ветер уменьшает силы сопротивления движению поезда. Увеличение основного удельного сопротивления движению поезда от действия встречного и бокового ветра Wm учитывают коэффициентом к/ на который умножают основное удельное сопротивление движению поезда.

На участках пути, имеющих подъем, возникает дополнительное сопротивление движению. Оно вызывается работой составляющей силы тяжести, направленной против движения параллельно линии подъема. На спуске эта составляющая сопротивления не создает, а является ускоряющей силой. Величина дополнительного удельного сопротивления от подъема численно равна величине подъема, выраженной в тысячных. Например, при движении поезда на подъем с крутизной 8‰ удельное сопротивление от подъема будет wi — 8 кГс/тс. На уклоне wi принимается со знаком минус.

При движении в кривых участках пути появляется дополнительное сопротивление wr, вызываемое трением в ходовых частях подвижного состава, а также трением бандажа и гребня колеса о рельс. Это сопротивление определяется по эмпирической формуле

Wr = 700/R где R — радиус кривой в м.

После стоянки поезда слой смазки в подшипниках уменьшается, а вязкость смазки увеличивается из-за ее остывания. Это приводит к появлению дополнительного сопротивления при трогании с места.

При тяговых расчетах для пассажирских поездов необходимо учитывать дополнительное сопротивление движению, создаваемое подвагонными генераторами, мощность которых на вагонах без кондиционирования воздуха составляет 8—10 кВт, а на вагонах с кондиционированием 28—32 кВт.

На скоростном подвижном составе одним из элементов тормозной системы являются дисковые тормоза. Тормозные диски имеют вентиляционные каналы, расположенные между лопатками.

Таким образом, тормозной диск является своеобразным вентилятором. При скоростях движения 240— 250 км/ч через тормозной диск может прокачиваться 3000—4000 м3 воздуха в час. На это затрачивается определенная мощность. Поэтому при тяговых расчетах скоростных поездов необходимо учитывать дополнительное сопротивление движению от тормозных дисков. Полное сопротивление движению поезда на подъеме в кривом участке пути в общем случае складывается из сопротивления локомотива и сопротивления вагонов: