Движение трамвайного вагона по рельсовым путям имеет сложный характер. Поступательное движение поезда вдоль оси пути неразрывно связано с вращением колесных пар и якорей тяговых электродвигателей. На это полезное поступательное перемещение подвижного состава накладываются колебательные движения кузова и пассажиров, которые возникают как из-за внешних воздействий на подвижной состав со стороны пути и окружающей среды, так и в результате взаимодействия между вагонами при использовании подвижного состава по СМЕ, так и между отдельными частями вагона, имеющими между собой упругие и жесткие связи. Рассмотрению подлежит только полезное движение подвижного состава. Расход энергии на паразитные колебательные движения учитываются в целом путем увеличения сопротивления движению подвижного состава.
Различают три основных режима движения подвижного состава трамвая:
· Режим тяги (движение трамвайного вагона под током). В режиме тяги к подвижному составу приложена сила тяги, развиваемая тяговыми электродвигателями. Сила тяги реализуется движущими колесными парами трамвайного вагона. Движущими колесными парами называются колесные пары, которые приводятся во вращение тяговыми электродвигателями. Из механики известно, что нарушения состояния покоя или изменение скорости движения центра тяжести тела можно совершить только под влиянием внешних сил, действующих на это тело. Следовательно, вращающий момент, развиваемый тяговым электродвигателем, не может вызвать поступательного движения подвижного состава, так как он обусловлен внутренними силами. Если бы вращающееся колесо не опиралось на рельсы, оно вращалось бы вокруг своей геометрической оси, не вызывая поступательного движения. Для поступательного движения подвижного состава необходимо наличие внешних сил. Такая внешняя сила возникает в результате сцепления движущихся колес с рельсами и называется сила сцепления. Ее называют касательной силой тяги на ободе движущегося колеса. Сила тяги ограничивается предельно допустимой силой сцепления, имеющей по сути своей природу силы трения. Если этот предел будет превышен, то произойдет срыв сцепления и может начаться боксование колес, при котором происходит повышенный износ бандажей. Сила сцепления равна произведению силы нажатия колеса на рельс на коэффициент сцепления. Коэффициент сцепления равен (приблизительно):
1. Для сухого и чистого трамвайного полотна, закатанного вровень с проезжей частью – 0,16 – 0,18
2. Для загрязненных рельсов (без буксового состояния пути) – 0,12 – 0,14.
3. Для открытого полотна при чистых рельсах – 0,18 – 0,20.
4. При неблагоприятных погодных условиях, листопаде и иных причинах образования буксового состояния пути – 0,04 – 0,06.
· Выбег (движение трамвайного вагона без тока). В режиме выбега отключается электропитание ТЭД и подвижной состав движется по инерции при постоянном воздействии сил сопротивления движению, вектор которых имеет направление, противоположное направлению движения. При движении подвижного состава возникают силы трения в его элементах, а также между колесами и рельсами, между наружными поверхностями подвижного состава и окружающим воздухом. При движении на подъеме или уклоне особое значение приобретает составляющая силы тяжести. Все эти силы и представляют собой силы сопротивления движению подвижного состава. При рассмотрении понятия силы сопротивления движению, вводится понятие полное сопротивление движению. Под полным сопротивлением движению понимают эквивалентную силу, приведенную к бандажам колесных пар, на преодоление которой затрачивается такая же работа, как и на преодоление всех действительных сил, противодействующих движению. Полное сопротивление движению включает в себя следующие составляющие:
1. Основное сопротивление движению (внутреннее трение в подвижном составе, взаимодействие колеса и рельсов на прямом горизонтальном участке пути и сопротивление воздуха).
2. Сопротивление движению на уклонах.
3. Сопротивление движению поезда на кривых участках пути.
4. Дополнительное воздушное сопротивление.
· Торможение. В режиме торможения на подвижной состав действует направленная против движения тормозная сила. Рассмотрим процесс ее образования. В тормозном режиме на каждую колесную пару вагона, вращающуюся по часовой стрелке (при движении вагона вперед), действует тормозной момент, направленный против часовой стрелки. В этом же направлении будет приложен и тормозной момент от внутреннего сопротивления в подшипниках и шестернях. В качестве третьей составляющей учитывается сила сцепления. Таким образом, в геометрическом сложении тормозную силу можно представить в виде равнодействующей, приложенной к центру тяжести трамвайного вагона.