Силы, действующие на поезд

Полные и удельные силы. В тяговых расчетах рассматриваются только те слагаемые внешних сил, приложенных к поезду, которые направлены вдоль линии движения поезда, так как именно они влияют на поступательное движение поезда по рельсовой колее. Это сила тяги сила сопротивления движению поезда 14и тормозная сила В.

Полные силы, т.е. приложенные ко всему поезду, измеряются в ньютонах

(Н) или килоньютонах (кН).

Удельные силы, приходящиеся на единицу веса поезда, измеряются в Н/кН (вес поезда измеряется в килоньютонах, поскольку масса поезда измеряется в тоннах):

удельная сила тяги:

(1)

удельное сопротивление движению:

(2)

удельная тормозная сила:

(3)

где Р - расчетная масса локомотива, т; Q - масса состава вагонов, т; — ускорение свободного падения,

Сила тяги локомотивов

Сила тяги образуется при взаимодействии колес локомотива с рельсами. Она приложена в точке касания колеса и рельса и поэтому называется касательной силой тяги F_k Сила тяги, кН, не может превысить силу сцепления колеса с рельсом:

	(4)

где - масса, приходящаяся на движущие оси локомотива; – коэффициент сцепления колеса с рельсом.

Расчетное значение коэффициента сцепления определяют по эмпирическим формулам в зависимости от скорости: чем больше скорость, тем коэффициент сцепления меньше, так как при возрастании скорости увеличивается проскальзывание колес. По этой же причине коэффициент сцепления уменьшается в кривых малых радиусов: у электровозов — в кривых радиусом R 500 м, у тепловозов — в кривых R 800 м. Так, коэффициент сцепления электровозов уменьшается в кривой R - 400 м на 7%, при R = 300 м — на 14%. Коэффициент сцепления тепловозов уменьшается в указанных кривых соответственно на 12% и 19%.

Расчетное значение коэффициента сцепления может быть достигнуто лишь при достаточно чистых рельсах, поэтому недопустимо попадание смазки на поверхность головок рельсов. За этим особенно важно следить на станциях и разъездах, где отправляются поезда и нужно обеспечить необходимую силу тяги при трогании поезда с места, и на крутых затяжных подъемах, где таr;е требуется большая сила тяги. Уменьшение коэффициента сцепления может привести к боксованию локомотивов, когда колеса вращаются, а локомотив остается на месте. Это вызывает интенсивный износ рельсов и бандажей колес.

Практическая работа 1

Определение удельных сил сопротивления движению поезда

Цель: определить все необходимые данные для расчета массы поезда.

Состав и порядок работы

1. Определение основного удельного сопротивления движению локомотива.

2. Определение основного удельного сопротивления движению вагонов.

3. Дать определение тяговых расчетов. Перечислить задачи, решаемые тяговыми расчетами.

4. Силы, действующие на поезд. Полные и удельные значения.

5. Силы сопротивления движению поезда. Основное и дополнительное сопротивление.

Ход работы

1. Основное удельное сопротивление движению локомотива:

, (5)

(на звеньевом пути в режиме тяги) кгс/тс;

, (6)

(на бесстыковом пути в режиме тяги) кгс/тс;

где - расчетная скорость, км/ч.

2. Основное удельное сопротивление движению вагонов:

(7)

где -удельное сопротивление 4- и 6-осных вагонов, кгс/тс;

- осевая нагрузка, т/ось.

, (8)

где - вес брутто вагона i-ой категории, т; - количество осей.

На основании исходных данных о каждой группе вагонов в составе определяется вес вагона брутто:

(9)

где - вес тары вагона i-ой категории, т; - грузоподъемность вагона i-ой категории, т, (приложение 2); - коэффициент полногрузности вагона (процент использования грузоподъемности), в долях единицы (определяется заданием).

Обычно состав поезда включает в себя вагоны различных типов. Поэтому, при определении удельного сопротивления для всего состава приходиться вычислять средневзвешенную величину из удельных сил сопротивления движению вагонов отдельных типов. Средневзвешенное удельное сопротивление движению вагонов определяется по формуле:

, (10)

где - коэффициенты (в долях единицы), соотношения 4- и 6-осных вагонов в составе по весу:

, (11)

, (12)

где - коэффициенты (в долях единицы), соотношения 4- и 6-осных вагонов в составе по количеству; вес брутто 4- и 6-осного вагонов.

Вопросы 3,4,5 студенты рассматривают самостоятельно.

Технические характеристики локомотивов и вагонов даны в приложении 1, 2,3.

Пример расчета 1

Необходимые для расчетов данные приведены в таблице 1. Расчет производится при движении подвижного состава по звеньевому пути. Вид вагона каждой категории студент выбирает самостоятельно, если это не определено заданием.

Таблица 1- Характеристики вагонного состава

Показатель	Вагоны
	четырехосные	шестиосные
Грузоподъемность , т	60	100
Вес тары , т	22	43
Соотношение по количеству ,%	85	15
Коэффициент использования грузоподъемности , %	85	90
Доля тормозных вагонов , %	100	90

Вес вагонов брутто:

=22+0,85

где 0,85- коэффициент использования грузоподъемности четырехосных вагонов в долях от единицы, =85/100=0,85.

=43+0,9

где 0,9- коэффициент использования грузоподъемности шестиосных вагонов в долях от единицы, =90/100=0,9.

Осевая нагрузка:

Средневзвешенная доля вагонов в составе:

Основное удельное сопротивление движению локомотива ВЛ10 на звеньевом пути в режиме тяги:

кгс/тс;

С учетом полученного значения осевой нагрузки

С учетом полученного значения осевой нагрузки

Средневзвешенное удельное сопротивление движению вагонов:

.

Вывод:

Таблица 1 - Исходные данные для практической работы 1

№ варианта	Серия локомо-тива	Вес локомо-тива Р,т	Длина локом. , м	Расчет-ная скорость , км/ч	Расчетная сила тяги ,Н	Сила тяги при трогании ,Н	Руководящий уклон
1	ВЛ10	184	33	46,7	451260	614110	6
2	ВЛ11	184	33	46,7	451269	614110	8
3	ВЛ11	276	50	46,7	676890	921160	10
4	ВЛ10у	200	33	45,8	492460	667080	11
5	ВЛ80к	184	33	44,2	480690	649422	7
6	ВЛ80с	190	33	43,5	502270	649422	9
7	ВЛ80с	285	50	43,5	753400	974130	6
8	ВЛ82	190	33	51,0	464990	640593	14
9	ВЛ23	138	17	43,3	349000	455000	8
10	ВЛ8	184	28	43.3	465000	607000	13
11	ВЛ80м	200	33	50,5	497000	680200	10
12	ВЛ60р	138	21	43,5	368000	496800	6
13	ВЛ10	184	33	46,7	451260	614110	9
14	ВЛ80к	184	33	44,2	480690	649422	8
15	ВЛ80с	190	33	43,5	502270	649422	7
16	ВЛ82	190	33	51,0	464990	640593	12
17	ВЛ60к	138	21	43,5	368000	496800	13
18	ВЛ80т	184	33	43,5	512000	662000	14
19	ВЛ80р	192	33	43,5	512000	690800	7
20	ВЛ82м	200	33	50,5	497000	680200	9
21	ТЭМ2	120	17	11	210000	354000	4
22	ТЭ3	254	34	20,5	404000	582000	13
23	2М62	240	36	20	400000	724000	12
24	ТЭ10	129	19	23,4	253000	382000	8
25	2ТЭ10л	260	34	23,4	506000	765000	11
26	2ТЭ10в	260	34	23,4	506000	765000	6
27	2ТЭ10м	276	34	23,4	506000	813000	8
28	3ТЭ10м	414	51	23,4	759000	960000	10
29	2ТЭ116	276	36	24,2	506000	813000	6
30	2ТЭП60	258	38	47	254000	410000	15

Тип локомотива	ВЛ8	ВЛ10	ВЛ11	ВЛ23	ВЛ60	ВЛ80	ВЛ82	2ТЭ11	2ТЭП60	2М62	ТЭМ2	ТЭ3	ВЛ60	ТЭ10	2ТЭ10	2ТЭ116
Доля вагонов в составе – (%)
4-х осные	80	70	65	15	50	30	60	47	24	85	56	73	20	66	77	13
6-и осные	20	30	35	85	50	70	40	53	76	15	44	27	80	34	23	87
Коэффициент использования грузоподъемности вагона -
4-х осные	0,95	0,93	0,87	0,79	0,86	0,8	0,92	0,89	0,81	0,85	0,95	0,77	0,85	0,75	0,72	0,74
6-и осные	0,88	0,82	0,9	0,92	0,85	0,9	0,86	0,81	0,92	0,78	0,85	0,84	0,83	0,95	0,85	0,65
Процент тормозных вагонов - (%)
4-х осные	90	80	90	80	80	90	80	90	90	80	80	80	90	90	90	90
6-и осные	85	90	100	90	85	90	100	90	80	80	90	100	85	90	100	85

Таблица 3- Технические характеристики вагонов

Тип вагона	Число осей	Грузо-подъемность,т	Масса тары, т	Длина,м
Полувагон	6	94	32	17
Полувагон	8	125	43,7	20
Полувагон без тормозной площадки	6	94	31,5	17
Крытый вагон	4	62	22,2	15
Платформа с металлическими бортами	4	63	20,8	14
Платформа с деревянными бортами	4	62	22	14
Полувагон с металлическим кузовом	4	63	21,9	14
Полувагон для битума	4	50	33,5	14
Хопперы для цемента	4	64	20	12
Цистерна универсальная	4	60	21,7	12
Цисцерна для нефтепродуктов	4	60	24	12
Цисцерна для битума	4	50	25	12

Контрольные вопросы

1 Назначение тяговых расчетов;

2 Силы, приложенные к поезду;

3 Сила тяги локомотива;

4 Сила торможения.