Устройство и эксплуатация железнодорожного подвижного состава
Тяговые расчеты и тяга поездов – специальная дисциплина способствующая разрешению важнейших вопросов:
1. выбор типа локомотива и его основных параметров,
2. расчет веса состава,
3. расчет времени хода по перегону,
4. расчет тормозов;
5. определение расхода воды, топлива, эл.энергии;
6. обоснование требований к вагонному и путевому хозяйству;
7. решение задачи уменьшения сопротивления движению.
Силы, действующие на поезд. На поезд действуют внешние и внутренние силы. Для определения, какие силы являются внешними, а какие внутренними, представим поезд как систему материальных тел, а цент тяжести как материальную точку.
Внутренними по отношению к поезду будут силы, действие которых происходит от тел, входящих в данную систему, следовательно, внешними будут силы, исходящие от тел, не входящих в систему.
В поезде внешними по отношению к нему будут: притяжение земли, реакции, действующие от рельсов, а также воздействие среды, в которой движется поезд.
Внутренними силами будут взаимодействия между отдельными вагонами, узлами и агрегатами внутри поезда.
Внутренние силы в любой материальной системе являются силами парными, совпадающими по линии действия, равные по величине и противоположные по направлению. Поэтому равнодействующая внутренних сил в поезде и результирующий момент равны 0. Из этого следует вывод, что под действием внутренних сил центр тяжести материальной системы не может изменить своего положения в пространстве. Он может переместиться только под действием внешних сил.
На поезд действует множество разнообразных по величине и направлению сил. Силы или их составляющие, которые действуют на поезд по направлению движения можно свести к трем основным группам:
- силы, передающиеся от локомотива F;
- силы, оказывающие сопротивление движению W;
- тормозные силы Вт.
Силы сопротивления движению поезда. Между поездом и рельсами, а также окружающей средой возникают различные взаимодействия, в результате чего изменяется скорость движения. Такие взаимодействия порождают силы сопротивления движению.
Под силой сопротивления следует понимать всякие внешние неуправляемые силы, приложенные к поезду и направленные в сторону, противоположную движению поезда. Они возникают, как только поезд начинает двигаться, не зависимо от того где происходит движение.
По эксплуатационному признаку силы сопротивления делятся на основные (постоянно действующие) и дополнительные (временно действующие).
За основные силы сопротивления принимают такие, которые действуют на поезд при движении по ровной горизонтальной площадке с равномерной скоростью при нормальных климатических условиях.
При движении поезда в условиях, отличных от данных, возникают дополнительные силы сопротивления, основные из которых – сопротивление от подъема, от кривой и при трогании с места.
Силы сопротивления измеряются в кГ или Н.
Удельные силы сопротивления измеряются в кГ/т или Н/т.
Основными величинами расчета являются:
- сцепной вес локомотива Р, т;
- сцепной вес состава Q, т;
- полное сопротивление W, Н;
- удельное сопротивление ω, Н/т;
- полное основное сопротивление W0, Н;
- основное удельное сопротивление ω0, Н/т;
- полное сопротивление от подъема Wi, Н;
- удельное сопротивление от подъема ωi, Н/т;
- полное сопротивление от кривой Wг, Н;
- удельное сопротивление от кривой ωг, Н/т;
- полное сопротивление при движении Wк, Н;
- общее удельное сопротивление при движении ωк, Н/т.
К локомотиву относятся – W/, ω/; к вагонам - W//, ω//.
Расчет веса состава по руководящему уклону. Расчет веса состава производится при условии движения на расчетном подъеме с равномерной скоростью.
Сначала необходимо определить руководящий подъем.
Руководящий подъем – максимальный затяжной подъем, который не может быть преодолен поездом под действием его кинетической энергии. Вес состава в этом случае определяется по формуле
,
где Fк – расчетная касательная сила тяги для заданного в условии локомотива, кН;
Р – вес локомотива, т;
ω/0 – основное удельное сопротивление локомотива, Н/т;
ω//0 – основное удельное сопротивление вагона, Н/т;
где Vр – расчетная скорость, км/ч;
q0B – осевая нагрузка вагона, т.
Проверка веса состава при трогании с места. Рассчитанный вес грузового состава проверяется на трогание с места на остановочных пунктах, а также на руководящем подъеме по формуле
где Fк.тр – касательная сила тяги при трогании с места для заданного в условии локомотива, кН;
Р – вес локомотива, т;
ωтр/ - дополнительное удельное сопротивление локомотива при трогании, Н/т;
ωтр// - дополнительное удельное сопротивление вагона при трогании, Н/т.
Дополнительные удельные сопротивления рассчитываются в зависимости от типа буксовых узлов. Для букс на подшипниках качения
где q0л, q0в – осевая нагрузка соответственно локомотива и вагона, т.