1.3. Основной закон локомотивной тяги

Вес (масса) локомотива равна:

Р_л= nП₀,

где n- количество колесных пар;

П₀-нагрузка на ось колесной пары, т/ось.

Сила сцепления колесных пар локомотива с рельсами:

Fсц= Р_лΨ,

Где Ψ- коэффициент сцепления колес локомотива с рельсами. Если нарушается (снижается) сцепление колесной пары с рельсами то уменьшается сила сцепления и наступает боксование, то есть:

Fk > Fсц.

Силу тяги создает локомотив, она регулируется машинистом изменением силы тока. Сила сцепления Р_сц не регулируется и зависит только от величины коэффициента сцепления колес с рельсами. Боксование – нестационарный процесс, когда окружная скорость колеса значительно превышает поступательную скорость локомотива. В результате чего :

- падает сила тяги и может произойти остановка (растяжка) локомотива с поездом;

- возникает круговой огонь на коллекторе якорях тяговых двигателей, повреждая их;

- появляются продольные толчки и удары между вагонами в поезде.

Чтобы не возникло боксование, накладывается техническое условие: силасцепления должна быть всегда больше силы тяги, то есть:

F_cu ^> F_K - это и есть основной закон локомотивной тяги.

Сотрудники СГУПСа д.т.н. профессор Пожидаев А.В. и к.т.н. доцент Ликратов Ю.Н. уточнили основной закон, используя теорию вероятностей (с вероятностью Р=0,997), и теперь его можно записать:

F_к= (0,6-0,7) F_сц ;

То есть сила тяги должна быть на 30-40% меньше силы сцепления для движения без пробоксовки.

Вывод: Для обеспечения устойчивости управляемого движения локомотива нельзя допускать превышение силы тяги над силой сцепления движущихся колес с рельсами.

1.3.1.Характеристики локомотивов

Тяговая характеристика - это зависимость силы тяги от скорости движения F(V) и предназначена для оценки тяговых свойств локомотива. Для каждой серии локомотива они приведены в ПТР [2].

У каждой электрической машины (тягового двигателя) есть электромеханические характеристики: это зависимости:

М(Iд) - вращающего момента от силы тока двигателя;

n (Iд) – частоты вращения якоря от силы тока двигателя;

η_д(Iд) -кпд от силы тока двигателя.

На основании электромеханических характеристик строятся (пересчитываются) электротяговая характеристика, F_K(I_a), У(I_Д), η_э(I_д), а на основании их уже тяговая. Для этого задаются величинами силы тока двигателя (I_Д = 100А, 200А, 300А и т.д.) и по нему по электротяговой характеристике определяют значения скорости (V) и силы тяги (F).

0

1

2

3

4

F_к

V

На построенные, таким образом, зависимости Fk (V) наносятся ограничения:

Линии 0-1 - ограничение по сцеплению колес с рельсами;

1-2 - ограничение по току перехода с одной позиции на другую позицию при ослаблении поля.(ОП).

2-3 - ограничение по потенциальному условию на коллекторе. Потенциал - это напряжение между коллекторными пластинами.

З-4 - ограничение по максимальной скорости локомотива.

Токовые характеристики - это зависимость силы тока от скорости I(V) Токовая характеристика также строится на основании электротяговых характеристик.

Токовые характеристики необходимы для расчета электрических машин (тяговых двигателей) на перегрев и для расчета расхода электроэнергии на тягу поездов. У электровозов постоянного тока те же ограничения, что и на тяговой характеристике.

Электровоз переменного тока имеет три токовых характеристики:

I_д (V) - зависимость силы тока тягового двигателя от скорости;

Ida (V) - зависимость действующего значения активного тока от скорости;

Id (V) - действующее значение приведенного к первичной обмотке трансформатора выпрямительного тока от скорости движения. На основании токовой характеристики Ida(V) строятся токовые кривые I(S),по которой совместно с кривой времени определяется расход электроэнергии на тягу поездов.

4

V

I_д

0

1

2

3

5

6

7

Характеристика Id (V) приведенного к первичной обмотке трансформатора выпрямленного тока и предназначена для расчета расстояний между тяговыми подстанциями.

V

I_da

Тепловые характеристики необходимы для расчета электрических машин (тягового двигателя, генератора) на перегрев. Это зависимости тепловых параметров т(1д) и Т(1д) от величины тока в двигателе .

Т,τ -тепловые параметры

'■/

Ө=τ +t_нв,

где Ө - нагрев электрических машин, °С

t_нв - температура наружного воздуха, °С

Но в тяговых расчетах пользуются понятием перегрев (τ) - это превышение температуры электрической машины над температурой окружающей среды.