8. Влияние конструкции механической части и электрической схемы на тягово-сцепные качества электровоза

Силу тяги всего электровоза F_к реализуемую без боксования, определяют как сумму сил тяги, развиваемых каждой колесной парой. Однако одна или несколько колесных пар находятся в наиболее неблагоприятных условиях по сцеплению и начинают боксовать раньше, чем будут реализованы наибольшие силы тяги остальными колесными парами локомотива. Это связано с перераспределение нагрузки колесных пар на рельсы, расхождением характеристик тяговых электродвигателей, диаметров бандажей и т.д. В результате наибольшая сила тяги электровоза оказывается меньше суммы наибольших сил тяги, развиваемых каждой колесной парой, и ограничивается той из них, которая имеет пониженную силу сцепления.

Чтобы колесные пары локомотива работали без боксования, должно быть выдержано условие ;где- касательная сила тяги локомотива, Н;– сцепной вес локомотива, кН.ψ - коэффициент сцепления локомотива.

Важным фактором является и равномерность нагрузок от колесных пар на рельсы. Наибольшую силу тяги локомотива можно получить при равномерном распределении веса локомотива между движущимися колесными парами, чтобы каждая из них развивала наибольшую силу тяги. В действительности достичь равномерных нагрузок от колесных пар на рельсы трудно.

Касательная сила тяги условного двухосного локомотива F_к=F+F(рисунок 1) приложена на уровне головки рельса, а силы сопротивления движению от состава действуют на кузов электровоза через автосцепные приборы. Эти силы, направленные в разные стороны, приложены на плече h, равном высоте оси автосцепки над уровнем головок рельсов; они образуют так называемый опрокидывающий момент Мо, который разгружает переднюю по ходу колесную пару на величину ΔGки перегружает заднюю колесную пару на ту же величину.

; У реального электровоза, например, у четырехосной секции электровоза перераспределение вертикальных нагрузок происходит как между тележками (фактически эта ситуация рассмотрена выше), так и между колесными парами в каждой тележке.

Для исключения указанного недостатка применяют:

- противоразгрузочные устройства с пневмоприводом, которые переносят центр приложения вертикальной нагрузки от кузова на раму тележки вперед по ходу движения электровоза.

- системы низкой тяги (электровозы ВЛ85, ЭП1, ЭП10), которые обеспечивают передачу касательной силы тяги от рамы тележки на кузов в максимально низкой точке, расположенной почти на уровне головок рельсов. Тем самым снижают опрокидывающий момент для тележки.

Развеска локомотива изменяется и вследствие неравномерного прогиба рельсов под нагрузкой от колес, особенно при проезде неровностей пути. Весьма существенны и колебания подрессоренной части локомотива. При колебаниях кузова и тележек локомотива каждая колесная пара периодически то разгружается, то перегружается вследствие прогиба рессор и пружин рессорного подвешивания. В момент разгрузки колесная пара может потерять сцепление с рельсом, а при перегрузке – восстановить его. Наступает так называемое прерывистое боксование. В том случае, когда сцепление при перегрузке не восстанавливается, начинается разносное боксование со значительным увеличением частоты вращения колесной пары.

Колебания локомотива, а следовательно, и степень разгрузки колесных пар зависят от конструкции его экипажной части, жесткости рессорного подвешивания и характеристик гасителей колебаний, жесткости пути и наличия на нем неровностей (стыков), а так же от скорости движения.

Расхождение характеристик тяговых двигателей и диаметров колесных пар так же являются отрицательным фактором. Колесная пара, которая развивает самую большую силу тяги, раньше потеряет сцепление с рельсами и начнет боксовать.

Среди прочих факторов на реализацию сцепления и, соответственно на тягово-сцепные качества электровоза определенное влияние оказывают соединение его тяговых электродвигателей (ТД) и распределение вертикальных нагрузок от колесных пар на рельсы. Известно, что при прочих равных условиях и движении электровоза без боксования колесных пар при последовательном соединении ТД подведенное напряжение распределяется между двигателями равномерно, т.е. U_д1 = U_д2=…. При этих же условиях и параллельном соединении ТД обеспечивается равномерное распределение тока между двигателями, т.е. I_д1 = I_д2=….

В условиях боксования отдельных колесных пар при последовательном соединении ТД U_д1 ≠ U_д2≠…, при этом напряжение на двигателе боксующей колесной пары увеличивается, а у двигателей остальных колесных пар он снижается. Аналогичное явление наблюдается и при параллельном соединении ТД: .I_д1 ≠ I_д2≠…, при этом ток двигателя боксующей колесной пары уменьшается, а у двигателей остальных колесных пар он увеличивается. За счет перераспределения вертикальных нагрузок от колесных пар электровоза на рельсы в режимах тяги и электрического торможения наблюдается повышенное проскальзывание разгруженных колесных пар: в тяге – боксование передней колесной пары, при торможении – юз задней.