Силы сопротивления движению

 

                                                           m_эg cos = (m_э + m_с)gsin ,                                      (2.17)

 

Отсюда максимальная крутизна подъема, который может  преодолеть электровоз сцепной массой т_сп с составом массы т_с,

                                i=1000 .                               (2.18)

Рис. 2.10

   В качестве  примера на рис. 2.10 представлены зависимости i_max от массы m ПС, которые могут преодолеть электровозы, имеющие сцепную массу 184т (кривая 1) и 138т (кривая 2), при

=0,25 и постоянной скорости движения по подъему. Как видно, крутизна подъема резко снижается с ростом массы ПС вследствие увеличения его сопротивления движению. Поэтому, исходя из технико-экономических обоснований, уклоны круче 30%_о, на магистральных железных дорогах не устраивают даже на горных перевальных участках.

  

 

 

2.5.2. Сопротивление от кривизны пути

 

     Дополнительное сопротивление движению в кривых участках пути возникает из-за того, что центробежная сила прижимает гребни колес к наружному рельсу, вследствие чего возрастают силы трения. С ростом скорости это дополнительное сопротивление движению растет. При увеличении радиуса кривой уменьшается центробежная сила и соответственно дополнительное сопротивление движению. Кроме того, в кривой вследствие неизбежно возникающей разности кругов катания колес возрастают их продольные и поперечные проскальзывания. Сопротивление увеличивается также в результате возрастания сил трения в ходовых частях ПС при повороте тележек в момент входа и выхода из кривой. Это сопротивление снижается с уменьшением жесткой базы электровоза и вагонов: у тележечных четырехосных вагонов оно меньше, чем у двухосных.

     Из-за  сложности учета влияния всех  действующих факторов обычно пользуются эмпирической формулой, учитывающей только основной фактор-радиус кривой. Влияние скорости не учитывают, полагая, что поезда проходят кривые с ограничением скорости. На основании опытных данных дополнительное удельное сопротивление движению ПС, Н/кН, от кривой можно приближенно подсчитать для магистральных и промышленных дорог по формуле:

 

                                                                            w_r = 700/ ,                                                        (2.19)

 

где - радиус кривой, м.

    Если кривая задана не радиусом, а центральным углом _кр (градусы) поворота пути, w_r выражают через этот угол и радиус кривой. Так как длина кривой /360, то 

 

                                                                        w_r= 12,2 /s_кр.                                   (2.20)

 

    При расчете этого сопротивления по формулам (2.15) и (2.16) предполагается, что длина l_п ПС меньше или равна длине s_кр кривой (рис. 2.14, а), т. е. состав полностью располагается в кривой. Если l_п > s_кр (рис. 2.14, а), сопротивление от кривой условно разносят на всю длину поезда, т.е. считают, что дополнительное удельное сопротивление поезда от кривой, Н/кН,

 

                                                                                                                                                                                                 (2.21)

 

 

Рис. 2.11

       Для трамвайных четырехосных вагонов со значительно меньшей, чем у железнодорожных вагонов, жесткой базой удельное дополнительное сопротивление движению от кривых, Н/кН:

 

                                                                            w_r = 450/R_кр.                                                     (2.22)

 

    Для  подвижного состава с независимой установкой колес можно не учитывать дополнительное сопротивление от кривых.

    Удельное сопротивление движению поезда, Н/кН, на уклоне +i%_о, с расположенной на нем кривой радиуса R_кр:

 

                                                                          w = w₀ ± i + w_r;                                                      (2.23)

 

Полное сопротивление движению, Н:

 

                                                                        W=(w₀±i + w_r)mg                                                      (2.24)

 

где w₀-удельное основное средневзвешенное сопротивление движению всего ПС, подсчитанное в зависимости oт типа вагонов, электровоза и режима его движения.

 

2.5.3. Сопротивление от ветра

 

     Дополнительное сопротивление движению возникает и под воздействием ветра. Применительно к движущемуся ПС различают три разновидности ветра: лобовой, боковой и косой. Лобовой встречный ветер представляет прямое воздушное сопротивление движению, попутный – уменьшает сопротивление вследствие парусного эффекта. Иными словами когда он направлен по движению ПС, результирующая относительная скорость движения воздуха равна разности скоростей ПС и ветра. Если ветер направлен против движения ПС, относительная скорость воздуха равна сумме скоростей ПС и ветра. Поскольку влияние скорости на сопротивление воздушной среды меньше сказывается в пространстве между кузовом ПС и полотном железной дороги, скорость ветра учитывают, вводя коэффициент 0,8, т.е. считают

 

                                                                      W_B= ,                                                 (2.25)

 

где S - площадь поперечного сечения подвижного состава;

      - коэффициент обтекаемости;

      - скорость ветра.

 Знак плюс  берут при учете встречного  ветра, знак минус - попутного.

    Расчет осложняется при действии бокового ветра. Его действие проявляется в повышении фрикционного трения ходовых частей вследствие прижатия ветром ПС к одной из нитей рельсовой колеи. При этом наблюдается повышенное трение реборд о рельсы и осевых шеек в буксах, а также увеличенное трение от проскальзывания из-за качения колес кругами разного диаметра. В этом случае сопротивление, обусловленное им, можно представить в виде двух составляющих, из которых одна направлена по или против направления движения ПС, вторая - перпендикулярно ему. Первую составляющую учитывают по формуле (2.25). Учет второй составляющей более сложен, так как боковой ветер вызывает прижатие колес ПС к рельсу, вследствие чего увеличивается трение скольжения и сопротивление движению. Теоретическое решение этой задачи весьма сложно.

    Косой  ветер оказывает сложное воздействие  на движущийся поезд: продольная  составляющая такого ветра проявляется  в виде скоростного напора и поверхностного трения воздушного потока о стенки и ходовые части ПС, поперечная же составляющая действует на поезд как боковой ветер, то есть увеличивает фрикционное сопротивление. Следовательно, косой встречный ветер оказывает большее сопротивление поезду, чем косой попутный ветер.

    Большие трудности возникают и при проведении опытов по определению влияния ветра на сопротивление движению из-за турбулентности потоков воздуха и оценки направления ветра относительно движущегося ПС. Многочисленные опыты по определению сопротивления движению при ветре проведены на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.

     При высокоскоростном пассажирском движении ПС по эстакаде или высокой насыпи следует учитывать, что пики встречной и боковой ветровой нагрузки не только увеличивают сопротивление движению и ухудшают комфорт пассажиров, но и снижают степень устойчивости ПС: возникает опасность схода колес с рельс прежде всего первой тележки-наиболее разгруженной под действием опрокидывающего момента кузова от силы тяги.

    Дополнительное сопротивление движению ПС в тоннелях возникает вследствие возрастания сопротивления воздушной среды. ПС наподобие поршня создает в тоннеле избыток давления воздуха перед собой и разрежение за последним вагоном. Образующаяся разность (перепад) давлений вызывает движение воздуха вдоль тоннеля в пространстве между его стенками и боковой поверхностью ПС в сторону, обратную движению. Сопротивление воздушной среды W_Т при движении ПС в тоннеле может быть представлено в виде произведения сопротивления воздушной среды на поверхности и коэффициента , зависящего от габаритов тоннеля и внешних очертаний поезда:

                                         W_T=

                                                     (2.26)                                                       

 

2.5.4. Сопротивление от низкой температуры

 

    На сопротивление движению влияет и окружающая температура. При низких температурах повышается плотность наружного воздуха, увеличивается вязкость смазки, вследствие чего возрастает составляющая сопротивления движению, зависящая от сопротивления воздушной среды, и, как следствие, общее сопротивление движению. В диапазоне температур от

-30 до -50 °С сопротивление при скорости 100 км/ч возрастает примерно на 10-15%.

 

2.5.5. Сопротивление от подвагонных генераторов

 

Пассажирские  вагоны дальнего следования имеют генераторы электрической энергии с ременным или карданным приводом от оси. Работа этих генераторов вызывает дополнительное сопротивление движению вагонов, величина которого определяется мощностью установленного электрического оборудования и его нагрузкой. Большая часть современных жестких и мягких вагонов имеет по одному генератору мощностью от 3,5 до 4,5 кВт. По мере увеличения комфортабельности вновь строящихся пассажирских вагонов 
будет, очевидно, увеличиваться и номинальная мощность, и фактическая нагрузка подвагонных электрических генераторов.

Из этого  следует, что сопротивление движению, создаваемое подвагонными генераторами, будет с течением времени увеличиваться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. Введение
2. Силы сопротивления движению

2.1. Природа и классификация сил  сопротивления движению

       2.1.1. Основное сопротивление движению

       2.1.2. Сопротивление трения шеек  осей в подшипниках

       2.1.3. Сопротивление трения качения  колес по рельсам

       2.1.4. Сопротивление трения скольжения  колес по рельсам

                   2.1.5. Воздушное сопротивление

                   2.1.6. Сопротивление от рассеяния  энергии в пути

            2.2. Опытные данные и расчетные  зависимости основного сопротивления

                   Движению

                       2.2.1. Характер экспериментальных зависимостей

              2.3. Сопротивление движению в режимах  тяги, выбега и торможения

              2.4. Сопротивление движению при трогании с места и в начальный период движения

            2.5. Дополнительное сопротивление движению

                  2.5.1. Сопротивление от уклона пути

                  2.5.2. Сопротивление от кривизны  пути

                  2.5.3. Сопротивление от ветра

       3.  Методы определения сопротивления движению

           3.1. Метод выбега

            3.2. Автоматизированный метод выбега

            3.3. Метод разности скоростей

            3.4. Метод установившегося тока

            3.5. Динамометрический метод

            3.6. Метод скатывания

           3.7. Метод тока трогания

       4. Выбранные методы определения  сопротивления движению

            4.1. Метод выбега

           4.2. Метод разности скоростей

           4.3. Приборы для измерения и регистрации параметров движения