1.2. Пойыздың басқарылатын қозғалысы туралы есепті қою және оны шешуге жүйелі қарау

Пойыз қозғалысын есептеу үшін құрам массасы, локомотив сериясы, тежеу құралдар, жол пішіні, темір жол бойында станцияның орналасуы берілуі керек. Механикалық қозғалысты және жылжымалы құрам күйінің параметрлерінін анықтау қажет. Бұл параметрлер локомотив жұмысының сенімділігін және қауіпсіздік жағдайын сақтаудағы қойылған мақсатқа қол жеткізеді.

Қойылған есепте белгілі бір мақсатпен жүретін күрделі жүйенің басқарылатын қозғалысы туралы айтылған. Күрднлі жүйе қолзғалысы есебінің мақсатын анықтау және әдісін тиаңдау үшін жүйелі қарау кеңінен қолданылады, жүйенің жүріс-тұрысын зерттеу үшін жүйенің әр түрлі элемнттерінің өзара байланысын ескеру жүйелі қараудың мәні болып табылады.

Өзара байланыс элементтердің қарапайым механикалық тұтастығы сияқты емес, мақсатқа қол жеткізудегі олардың өзара әрекетінің бір тұтастығындай қарастырылуы керек. Демек, пойызды автономды жүйедей емес, темір жол жүйесіндей буын ретінде, ал оның қозғалысын тасымалдаудың технологиялық процессінің бір бөлігі ретінде қарастырамыз.

Жүйелі қарауға сәйкес пойыз қозғалысының мақсаты жол мақсатты қызметінен анықталуы қажет, оған темір жолдың оң үлкен өткізгіштік және алып жүргізушілікті пойыз қозғалысының массасы мен жылдамдығын жоғарылату жолымен қамтамасыз етеді. Әлбетте, қозғалысты басқару және басқа есептер тізбектеліп жүруі мүмкін, бірақ, олардың барлығы негізгі мақсат шегінде шешілуі қажет. Жүйенің жүріс-тұрысын және күшін басқару жолымен мақсатқа қол жеткізуге болады. Осы жолмен пойыз қозғалысы табиғи қозғалыстан қароағанда мақсатқа бағытталған болып табылады. Пойыз теміржол жүйесіндегі элемент болғандықтан, оның қозғалысын басқару тұтас қызметке, тасымалдау технологиясына және қозғалысын график бойынша ұйымдастыруғабағынады.

Мақсатқа жету жету дәрежесі болып пойыздың басқарылатын қозғалысының оңтайлығы шамасы қызмет етеді. Мұндай шама болып пойыз қозғалысының қабылданған ұйымдастыруда және берілген техникада теміржолдың және стансаның өткізгіштік пен алып жүрушілік қабілеті деңгейі табылады. Оңтайлы қозғалысқа жетуге ұмтылу локомотив пен вагонның жұмыс сенімділігі және қозғалыс қауіпсіздігінің жағдайы бойынша жіберілітіндерден және пойыз ресурсында мүмкін шектерден шықпауы керек. Ол үшін тартым есептеріне сенімділік бойынша шектеулердің, тежеулердің және тартымның нормативті параметрлері белгіленген.

Объектінің күйі мен жүріс-тұрысы туралы ақпаратсыз кез келген басқару мүмкін емес болғандықтан, темір жолдың барлық торабында пойыз қозғалысын есептеу үшін нігізгі ақпарат ретінде жылжымалы құрамның біртұтас паспорттың сипаттамалары белгіленген. Әр түрлі жолдардың нақты пайдалану жағдайында натуралды эксперимент – сараптама пойыз қозғалысы параметрлері туралы ең құнды ақпарат беріледі, сондықтан реттеу үшін тартым есептері және интенсификациясы резервтері мен тартым үнемділігін іздеулер қолданылады.

Физикалық табиғаты әр түрлі, өзара ететін көптеген элементтердің (дизель, тартым берілісі, экипаж, вагондар, жол, СЦБ және байланыс т.б) мақсатқа бағытталған қозғалысқа қатысуы, сондай-ақ, адамдарды қандайда бір физикалық заңда нігізделген, күрделі жүйенің қозғалысын матеметикалық жазу қиындатады. Мұндай күрделі есепті шығару үшін математикалық модельдеу қолданылады [25;28;38;]. Әр түрлі процесстегі математикалық модельді құруда және зерттеуде жеңілдететін болжамдар мен олардың арасындағы арнайы қатынастар мақсатқа бағытталған қозғалыстың есебін жалпы шешуді табуға мүмкіндік береді. Мақсат қызметі, жүйелі қарау және математикалық модельдеу пойыз қозғалысын зерттеуде, болжауда негіз қалаушыұстанымдар болып табылады.

1.3. Пойыз тартымы мен қозғалысын математикамен модельдеу

Кез-келген процесстер кеңістікте және уақытпен жүреді сондықтан жүйенің жүріс-тұрысы ағымды уақыт қызметінде күйдің фазалық координатының өзгеруімен анықталады. Жүйенің жүріс тұрысы оның күйінің уақытына тарихи сияқты қарастырылады және қарапайым дифференциалды теңдеумен жазылады.

Алты еркін дәрежелісі бар еркін дене үшін классикалық механикадағы алты дифференциялды тікте көрсетіледі. Егер жүйе өз ара байланысқан н денелерден түратын болса онда оның қозғалысын жазу үшін н есе үлкен теңдеу қазет. Егер поезд құрамындағы әрбір вагонның жүріс – тұрысын жазуға талпынса мұндай есеп ЭВМ – нің өзінде шешіле алмайды. Поездың жүріс – тұрысын жазу былай күрделінеді: механикалық, термодинамикалық, электромагниттік және басқа дифференциялды теңдеу оның параметрлері көптеген факторларға түзу емес тәуелділікке ие оны әрдайым өлшеу мүмкін емес, сондай – ақ оларды интегралдаудың белгісіздігін анықталмауын және мүмкін еместігін тудырады.

Эксперименттер осы процеске мол сенімділікпен тек маңызды фокторларды есептеп шығаруға болатындығын көрсетті. Мұндай ыңғай модельдеу теориясына әкелді. Процесті түбегейлі талдап сипаттаудан оларды модельдеуге көшуі күрделі жүйенің жүріс – тұрысын зерттеу мен болжаудың ең жалпы әдісі болды. Қозғалысты басқару теориясында күрделі жүйенің жүріс – тұрысын зерттеудің методологиясын анықтайтын негізгі түсінік болып табылады. Математикалық модель деп шегінде зерттелетін процестер параметрлерінің есептеу процедурасы негізінде түп нұсқасының жүріс - тұрысы туралы қажетті ақпаратты беретін жуықтаудың алынған дәрежесі математикалық қатынастар жүйесін айтады. Математикалық қатынас бастапқы шарты дифференциялды теңдеуді және шектеуді көрсетеді. Есептеу процедурасына оңайлататын болжамдар мен теңдеулер жатады.

Модель білімнің нақты саласы талабымен әрдайым байланысты болғандықтан, ол тен зерттеу мақсатына қызығушының тудыратын процестер мен ерекшеліктерді көрсету керек. Күрделі көп параметрлі жүйеде физикалық табиғаты әртүрлі және барлық жүйенің жүріс – тұрысына қатысы бар процестер бір уақытта жүруі мүмкін болғандықтан, біртұтас математикалық модельді құру мүмкін емес. Мұндай жағдайда жеке процестерді көрсететін бірнеше модельдерді құрады. Бір обьектінің мұндай модельдері өзара белгілі бір қатынаста болады. Бір модельді құру қорытындысының, екіншісін құру үшін қолданады. Мысалы алғашқы тартым есебінде механикалық қозғалыстың моделі құрылады V(S) оның негізінде жүрілген жолға қозғалыс уақытына тартым генераторының немесе электрлі қозғалтқышы жолына және олардың орамасының қызуына, механикалық жұмысқа, поезд тартымына кететін отын шығынына жылдамдықтың тәуелділік моделін құрайды және зерттейді.

Математикалық модельдерді құру және түп нұсқасының жүріс – тұрысын сыртқы ортаны модельді шешу қорытындысы бойынша зерттеу процедураларын математикалық модельдеу деп атайды. Оның негізіне процесс сипаттайтын теңдеудің теңдігі (аналогия) және айнымалы түп нұсқа мен модель арасындағы қатынастың бір қатарлығы жатады. Математикалық модельдеу әдісінің дамуы ғылыми бағытты жасауға әкелді-теңестіру (идентификация) теориясы. Нақтылы жүйенің жүріс – тұрысы ретінде өзгеруін бақылай отырып жасауға болады. Тек кіру және шығу параметрлері бақылауға болатын, ал ішкі құрылысы мен процесстің белгісі болып қалатын шартты жүйе қара жәшәк атағын алуы (40,28,23). Қара жәшік әдісін қолдану жүйенің сыртқы параметрлерінің өзгеруі бойынша жүріс – тұрысын алдын ала болжауға болады. Бұл жағдайда қозғалыс есебі біршама жеңілдетіледі, сондықтан қара жәшік әдісі кеңестіру теориясыеда негізгі алынатындар табылуы және қызығушының жүйенің құрылыуына емес, оның жүріс – тұрысына туатын күрделі басқаратын жүйені модельдеу кеңінен таралды. Поездар тартымы теориясында қара жәшік әдісі кеңінен қолданылады. Мысалы, механикалық қозғалыцсты есептеу үшін тарту күшін немесе тежеу күшін есептеуге болады, ал сыртқы әсерлер деп – қозғалыс кедергілерін, ал шығу деп – жылдамдық пен жүрілген жол. Сонда ғана энергияның түрлену, дизель ішіндегі күштің тарт у берілісінің, тежеу жүйесінің көмекші агрегаттардың күшінің пайда болуы процестерінің модельдерін құру қажеттілігі жоқ.

Пойыз тартымы мен қозғалысы процессін модельдеу келесі тізбектікпен жүргізіледі: 1) ауызша-жазбаша моделін қүру; 2) оның негізінде қозғалыс заңын аныктайтын математикалық модельді қүру; 3) пойыздың шекті күйі шегінде мақсатқа жетуге бағытталған модельді зерттеу; 4) туп нүсқаға барабар анықтайтын натурды эксеримент; 5) модельді зерттеу қорытындыларын реттеу және шешім қабылдау.

1.4 Пойыз тартым мен козғалысыныц ауызша-жазба модельдерін қүру

Ауызша-жазба модель күрделі жүйенің қүрылымы, касиеті, күйі мен жүріс-түрысы туралы жеткілікті негізделген болжамдар зацы жинағын керсетеді. Бүл модель жүйенің күйін және жүріс-түрысын болжауға қажетті математикалық модельді қүрудың ақиараттық негізі болып табылады.

Ауызша жазба моделін қүруда алдымен жүйенің жағайындалуын, күрылымын және зерттеу мақсатын, оның күйі мен жүріс-түрысын анықтайтын физикапық зацдарды, жүйе туралы негізгі ақпараттардың болуын жөне оның сыртқы ортамен өзара әсерін белгілейді. Одан кейін жүйе бөліктерінің өзара өрекетінің жоне сыртқы ортаның осершің ең

маңызды парметрлерін ресурс сенімділігі жене байланыс үстайтын шектеулерді шығарады және сөзбен жазады; жүйенің жүріс-тұрысын математикалық түрде жазуға мүмкіндік тудыратын, жеңілдетілген болжамдарды делелдейді; есептін нақтылығымен дүрыстығы дәрежесін белгілейді.

Жүйенің физикалық зацдарды мен оның белгіленуі өндірістік процесстің мағынасымен жөне табиғатымен анықталады. Темір жол көлігінін, өндірістік прцессінің маңызыдылыгьш К. Маркс аныктады: «Адамдар мен тауарлар арнайы көлік күрылымен бірге жүреді, қозғалыс келік күралымен, онын орын ауыструы өзі тудыратын ондіріс процессі болады». Сондықтан, пойыз козғалысы мен тартылатымының базалық моделін күру үшін классикалық механикалық заңдардын параметрлерді (тоқ, тартым машинасының кернеуі, олардың орамасыньщ қызу температурасы және т.б.) тиісті математикалық модельдерді күрумен аныктайды. Сонымен бірге тартым режимін анықтайтын базалық модель және осы модеьдердін физикалық заңдары қолданылады.

Ауызша-жазба моделін қүру нөтежиесіиде алынатын (шығатын) болжамдар негіз болып табылады, оған сейкес жүйенің жүріс-түрысының математикалық сипатталуын жүргізеді. Пойыздар тартымы теориясында келесі болжамдар қабылданды:

I болжам. Пойыздыц механикальщ цозгалысыи бір еркін дәрежесі бар математжалық түрде сипаттауга бопады. Жүйенің еркін дәреже саны байланысты үстайтындармен анықталуы. Пойыз үшін оның мақсатқа бағытталған қозғалысының еркін дөрежесін анықтайтын байланыстарды ғана ескерген жеткілікті. Байланыс болып авто ілінісу қүрылғысы мен рельстер табылады. Авто ілінісу қүрылғысы локомотивпен ваондарды бірқалыпты жылдамдықпен және удеумен жүргізуіп камтамасыз ететін ішкі байланыс үстау рөлін атқарады. Егер, мақсатка бағытталған қозғалысты ғана ескеріп, жылжымалы қүрамның тербелмелі қозгалысы мен өзара орын ауыстыруын ескермесек, онда, есепте пойыз өлшемін ескермеуге болады жөне оның қозғалысын өзгермейтін жүйенің үдемелі қозғалысы деп қарастырады. Классикалық механикада мүндай қозғалыс математикалық түрде жүйенің түтастай қозғалысы - деп сипатталады, яғни жүйенің барлык массасы оның орталығындағы материалдық шығарылған нүкте. Тартым есептерінде пойыз қозғалсын, пойыз ортасына ораласқан материалдык нүктенің қозғалысы ретінде сипаттайды.

Рельстер сыртқы байланыс үстау релін атқарады. Бүл байланыс пойызды бір бағытга қозгалуын қамтамасыз етеді (рельс бойы); демек, пойыз еркін бір дәрежесі бар. Еркін бір дәрежесі бар материалды иүктенін қозғалысын сипаттау үшін бір дифферениналды теңдеу жеткілікті.

Сондықтан, пойыздың мақсаты бағытталған қозғалысы бір еркін дережесі бар материалды нүктенің қозғалысы ретінде бір дифференциалды теңдеуменен жазуға болады. Бүл тартым есебін ондйлатады, бірақ кейбір қате жіберрушілік болады.II болжам. Пойыз қозгалысыи алдын-ала болжау үшін тек сырпщы күштерді есептеген жеткілікті, сыртқы куштер мацсапща багытталган қозгалысты аньщтаііды жоне оның багытымен сөйкес кечгді.

Өзгермейтін жүйенің ішкі күштерінің жүмысы нөлге тең, себебі, күштер өзара теңеледі; демек оларды қозғалысты математикалық сипаттауда ескермеуге болады. Тартым есебінде тек пойыз қозғалысының бағытымен сөйкес келетін сыртқы күштері есептейді (коллинеарлы күштер). Егер, коллинеарлы күштер бір нүктеге түсіріген болса, онда оларды алгебралық қосуға және қозғалыс жылдамдығын қорытынды күштің әрекетімен карастыруға болады.

Пойыз қозғалысын аыктайтын сыртқы күштер санына тартым күшті, козғалысқа келтірілетін кедергі күші және тежеу күші жатады. Есеп қолайлы болу үшін бүл күштерді локомотив пен вагондар донғалағының тығынына түсірілді. Қорытынды күшті пойыздың 1 т массасынына келтіреді жене оны меншікті деп айтады.

Ш болжам. Жүйе ішіндегі процесстер динамикасыи есептемей, жүйеиің кіруі мен шыгуы бойынша цозгалысты алдын-ала болжау мүмкун, онымеи тартым, тежеу және цозгалыс кедергісі күштеріиің статикальщ сипатамаларын тартым есептерінде колдануга мүмкүядік береді.

Күштердің сипатамасын қүрылғылық жүмысы түрақты болған жоне қозғалыстың жылдамдығы бір калыпты болған стационарлы жагдайда өткізілетін тожіребилер қорытындысы бойынша түрғызады. Басқару режимін нсмесе сыртқы жүктемені ауыстырғанда күпітің өзгерілуін белгіленген бір процесстен екіншісіне өткенде ескермейді. Мүндай сипаттаманы статикалық деп атайды. Пайдалануда динамикалық процесстер басым, сондықтан өту процесстерінін уақытын ескерген жөн. Бірақта типтік динамикалық сипаттамаларды жол желісі үшін күру оту процесстерінің күрделі физикалык табиғатынан және олардың ор жергілікті, әртүрлі жағдайда және пойыз қозғалысын үйымдастыруға төуелділігінен мүмкүн емес. Сондықтан тартым есебінде статикалық сипаттаманьі жалпы желілік априорды ақпарат ретінде колдануға тура келеді. Егер жүйе козғалысы есебінде қара жәшік өдісіп және кибернетика мен классикалық механикада қабылданған кдшыктан әсер ету принцибін қолдансак; онда динамикалық жүйенін, қозғалысын есешеуге статикалық сипаттамаларды кейбір қателіктермен қолдануға болады. Осы негізінде пойызды қара жөшік деті кабылдаймыз және кіру параметрлерінің езгеруін бакылап (қозғалыс кедсргісі. тартым жөне тежеу күштері), шығу параметрлерінің жүрілген жол мен қозғалыс жылдамдығы езгеруі бойынша оның жүріс-түрысын ету процессін есептемей анықтайтын боламыз. Қашықтықтан әсер ету принцибіне сөйкес былай болжауга болады: белгіленген бір қозғалыстан екіншісіне өтуде күштің ...езде езгеруі болады жөне станционарлы емес (түраксыз) жағдайда қозғалысты болжау үшін сгатикалық сипаттаманы қолдану мумкіндігі туады. Машинистің тежеу кранының түткасы мен бақылаушысы позициясын ауыстыруда немесе

тіктігі әртүрлі пішін элементтерінің шегінен пойыздың орталык массасы еткенде бір қалыпты күштің бірқалыпсыз өзгеруін шартты түрде кабылдайды.

IV болжам. Тартым есебін оңайлату үшін пойыз күшінің үздіксіз сызықты емес функцшсының тілімді қагідық - сызықты аппроксимацыясы жіберіпеді. Ол теңдеуді Коши есебі турінде шешуге мумкіндік береді.

Егер, жүйеге әсер ететін күштердің бірі жылдамдыққа төуелді болса, онда оның козғалысы туралы есепті тек козғалыстың дсфференциалды суперпозиция принцибін қолдану мүмкіндігі туу үшін қозгалыс сызықты болу керек (жүйенің қорытындылайтын қозғалыс әрбір күштіц жеке өсерімен туатын қозғалыстар соншамасына тец). Біракта, жүйснің қозғалысын анықтайтын күш функциясы түзу емес, сондыктан күрделі сызықты емес дифференциалды теңдеуді шешуді кажет стеді жөне жүйенің қасиеті оньщ жүріс-түрысына төуелді, демек мүнда суперпозиция прицибін колдануға болмайды.

Ол үшін шекті жерде жол берілген шекте сызықты емес фупкцияга сызыкты етуді (линеаризациялау) жүргізеді, суперпозиция принцибін қолданады жөне дифференциалды теңдеуді Коши есебі үлгісінде шешеді. Аз ауытқу принцибі бойынша кванттау әдісімен линеаризацияны жүргізеді. Тең әсер ету күштерінің үздіксіз сызықты емес функциясып қозкалыстың жылдамдығының аз интервалы бойьшша дискретті (үздікті) тілімді -сызықтымен ауыстырады. Сонда ғана, әрбір интервал шегінде күшті түрақты деп, және интервалды тиісті орташа жылдамдықты қабылдауға болады.

Бүл физикалык көзқарасқа тең, яғни бір калыпсыз баяулатынған қозғалысты бір қалыпты үдеумен ауыстырады. Мүндай мүмкіндік есепте шамалы қателік жібереді, ойткені пойыз массасының түрақты уақыты локомотив пен қүрамнын қуатты энергиялы қүрылғысының түрақты уакытынан жоғары. ВНИИЖТ өдісімен уақыт интервалы бойынша тежеу есебін шешетін болсақ, уақыт факторын тежеу өсерінде біршама нақты " есептеуге болады.

Үздікті - сызықты фуикциясы жылдамдық интервалы аз болган сайын, негізгіге жақын келеді. Оны күруды аппроксимация (жакындау) деп атайды. ТЕЕ (ПТР) нормативі бойынша апроксимация 10 км/сағ кем емес жылдамдық интервалымен шектеледі.

Осыдан барып, пойыздың ауызша-жазба моделін күру үшін оны бір еркін дәрежесі бар өзгермейтін жүйе деп есептеуге болады. Бір дорежесі бар өзгермейтін жүйеге пойыз узындығы ортасындағы массасын келтіретін сыртқы күштср есер етеді және ол пойыз қозғалысының бағытымен сәйкес келеді (немесе оның бағытымен қарама-қарсы). Егер күштер жылдамдыққа төуелді болса, онда қозғалысты дифференциалды теңдеуді шешу жолымен ғана болжауға болады. Бүл еркін дөрежесі бар пойызға бір дифференциалды гендеудің озі жетеді.

Күрделі жүйенің жүріс-түрысын есептеу үшін кара жөшік өдісін қолданады. Қара жәшік әдісі жылдамдығы аз интервалды априонды ақпарат ретінде статикалық сипаттамаларды қолдануга мүмкүндік береді. Күштер сызықты болмағандықтап, сызыкты емес дифференциялды теңдеуді шешү қиын. Пойыз моделін қүру үшін статикалык сипаттаманы үзінді-сызықты аппроксимациялауды жүргізуге жөне қозғалыстың дифференциялды теңдеудің Коши есебі үлгісінде шешуде суперпозиция принцибін қолдануға мүмкіндік беретін ауытқуы аз пршщипті қолданады. Жылдамдықтың өрбір интервалында қозғалыстың берілген режиміне және интервалда орташа арифметикалық жылдамдыкка сәйкес келетін мән бойьгнша түрақты тең өсер ететін күшті қабылдауға болады. Күштің байланысына қарай қозғалыс режимі келесідей бөлінеді:

1. Тартым - локомотивтің тартым күші Ғк және қозгалыс кедергісінің күші 1¥к өсер етеді; ,-,

2. Бос жүріс — бір күш әсер етеді 1¥к;

3. Тежеу - 1¥к күші мен тежеу күші Вт өсер етеді.

Режимдер ауысқанда немесе сыртқы жүктемеде узақтан всер ету принцибіне сойкес тең әсер ететіп күштердің секірмелі (скачкообразный) езгеруі болуы мүмкін. Тең өсер етуді қүрайтын күштердің қатынасына қарай пойыз қозғалысының сипаты анықталады. Мысалы, үдемелі қозгалыс - егер, тартым күші қозғалыс кедергісі күшінен үлкен, баяулатылған - тартым күші кедергі күшінен аз, бірқалыпты олар езара тең. Пойыздың түрақтылық қасиеті бар, сондықтан ол өрқашанда кез-келген қозғалыс режимінде тең шамалы жылдамдыққа талпынады.

1.5. Пойыз қозғалысы мен тартымының математикалық моделін құру

Пойыз қозғалысын дифференциалды теңдеудің ауызша-жазба моделі ескеріліген қорытындысы математикалық модельді құруды көрсетеді. Ол үшін жүйенің кинетикалық энергиясының өзгеруі туралы теореманы қолданамыз.

Жүйенің кинетикалық энергиясы классикалық механикада келесі түрде қалыптасады: механикалық жүйенің кинетикалық энергиясының өзгеруі оның кейбір орын ауыстыруында осы орын ауыстырудағы ішкі және сыртқы күш жұмысының алгебралық қосындысына тең.

1 болжамға сәйкес, пойыздың ішкі күшінің жұмысы нөлге тең, сондықтан оны ескермейміз. Сонда, энергияны сақтау заңына сәйкес:

dТ= (Ғк- - Вт)ds (1.1)

мұндағы:T - пойыздың кинетикалық энергиясы, кг ; Ғк - локомотивтің жанама тартым күші, Н; - пойыз қозғалысына келтірілетін жалпы кедергісі, Н; Вт - тежеу күші, Н; s- пойызбен жүрілген жол, км.

Жолдың және жылдамдығы аздап өсірілуі шегінде күшті тұрақты деп қабылдайды, сондықтан оларды дифференциалды түрде көрсетпеуге де болады. Вт жөне >Ғк күштерін теріс мәнімен қабылдайды, өйткені олар пойыз қозғалысына кері бағытталған. Пойыздың тек үдемелі козғалыстан басқа тартым электрлі қозғалтқыштың тісті берілісінің, жәкірдің және қос доңғалақтың айналмалы қозғалысына ие екендігін ескереміз. Сондықтан Кениг теоремасын қолданған жөн: өзгермейтін механикалық жүйенің кинетикалық энергиясы жүйенің орталықты массасы жылдамдығымен және инерция орталығы айналасындағы айналмалы козғалыстың кинетикалық энергиясымен бірге барлық массасымен үдемелі қозғалысының кинетикалық энергиясының қосындысына тең.

Егер пойыз түзу бойымен қозғалса, онда оның инерция орталығы айналасындағы айналуын ескермеуге де болады. Тек жүйенің жеке бөліктері өздерінің инерция орталығының айналасындағы айналуын есептеу қажет.

Пойызға Кениг теоремасын былай қалыптастыруға болады: пойыздың кинетикалық энергиясы пойыз ұзындығының ортасында орналасқан инерция орталығындағы пойыздың барлық массасының жылдамдықпен үдемелі қозғалысты кинетикалық энергиясының соммасына және тісті берілістің, қозғалтқыш жәкірінің және қос доңғалақтың өздерінің инерция орталығында айналуының кинетикалық энергиясының соммасына тең.

Мұнда пойыздың кинетикалық энергиясы келесі формулаларымен анықталады:

T=m (1-2)

мұндағы: т — пойыз массасы, v - пойыздың үдемелі қозғалысының жылдамдығы, км/сағ; I_кв, І_kl, І_я - вагон мен локомотивтің тартым қозғалтқышының жәкірінің тиісті инерциясының полярлы моменттері; w_кв, w_кl w_я вагон мен локомотивтің тартым қозғалтқышы жәкірінің тиісті бұрыштық жылдамдығы.

Тартым есебі ыңғайлы болу үшін айналмалы массаны үдемелі қозғалысқа келтіруді жүргіземіз. Қозғалысқа келтіру буын етіп пойыз доңғалағын қабылдаймыз. Жүйенің айналмалы массасының және келтірілген массаның эквиваленттілік шарты болып олардың кинетикалық энергиясының теңдігі табылатындығыны белгілі. Осы негізде былай жазамыз:

мұндағы: т пойыз массасы, ол үдемелі қозғалысқа келтірілген.

Айналатын масса инерциясының полярлы моменттерін анықтаймыз:

мұндағы: т_кв, m_кl,, т_я - вагонның, локомотивтің айналатын қос доңғалақтарының және тиісті берілісті тартым электрлі қозғалтқыш жәкірінің тиісті массалары.

Локомотив пен вагонның доңғалақтар радиусын тиісті: Я_kв, Я_кl, деп белгілейміз, ал қозғалтқыштың тиісті берілісінің беріліс санын белгілейміз.

Бұрыштық жылдамдықты үдемелі қозғалыстың жылдамдығы арқылы көрсетеміз:

Онда, (1.3) өрнекке қойғаннан кейін келесі өрнекті табамыз:

Қысқартқанан кейін:

Айналатын бөліктердің келтірілген массасын т_вр белгісімен белгілейміз, сонда келтірілген масса т_п = т + т_вр . Есепті оңайлату үшін

т_вр /m = ү қатынасын жүргіземіз, сонда т_n =т(1 + ), ал пойыздың кинетикалық энергиясы: Т=m(1+ ) /2. 1 + өрнегін пойыздың айналатын массасының инерция коэффициенті деп атайды. Кейбір орын ауыстыруда пойыздың кинетикалық энергиясының өзгеруін құрайтындар: dТ = m(1+ )d /2= m(1+ )vdv. Бұл өрнекті (1.1) тендеуге қоямыз және тартым режимдегі қозғалыс үшін келесі өрнекті табамыз:

m(1+ )vdv=( )ds (1.4)

ds = vdt m = ауыстыруды жүргіземіз. Мұндағы ,- құрам мен локомотив массасы, т. Осыдан барып ( ) және қысқартқаннан кейін: ( ) немесе

(1.5)

Алынған қатынастың физикалық шамасының өлшеміне көңіл аударайық. Өйткені физикалық шаманың өлшем бірлігі көлікте және халыкаралық жүйеде (СИ) кейбір ерекшеліктерге тән. Өлшем жүйесінде масса кг-мен өлшенеді, арақашықты - м-мен, уақыт-секундамен, жылдамдық — м/с-мен, үдеу - м/сг, күш - Н-мен, көлікте пойыз массасы - т; пойыз жүретін жол - км; уақыт - сағ; жылдамдық - км/сағ; үдеу - км/сағ². Көгеренттік (сәйкес келуші) ережесін сақтау үшін өлшем бірлігін сандық сәйкес келуін жүргіземіз. Мынаны ескереміз: 1Н күші = 1кг*м/

ал ( ) тоннадағы 1000х( ) кг-дағыға тең. Осыдан:

1000 саг

=12.96

Белгілейік: 12,96/(1+ )=£, ал пойыз массасы бірлігіне келтірілген бір қалыпты әсер ететін күш, ( ) Н/т. Осыдан, дифференциалды теңдеу былай жазылады:

(1-6)

(1.6) тендеуі пойыздың механикалық қозғалыс заның әрбір уақытта, басқаратын және ауытқуатын күштер, айналайын масса инерциясы ескерілген үдеу мен масса арасында болатын қатынаста көрсетеді. Жол мен жылдамдықтың фазалық координаттарын берілгенде ол пойыздың механикалық күйін анықтайды және оның әрі қозғалуын білуге мүмкіндік береді.

(1.6) теңдеу тартым режиміндегі пойыз қозғалысының математикалық моделін көрсетеді. Тежеу режимінде (1.6) теңдеуі былай өрнектеледі:

(1.7)

бос жүріс режимінде

(1.8)

4 параметрінің физикалық табиғатын білу үшін меншікті бірдей әсер ету

күшін бірге теңестіреміз = 1 Н/т, сонда , демек, пойыздың массасының әрбір тоннасына 1 Н үдету күші әсер ететін үдетуді көрсетеді.

Егер = т_BP/т мәні белгілі болса, = 12,96 (1 + ) мәнін табуға болады.

Отандық жылжымалы құрам үшін анықталғандар: төрт ості жүктелген вагондарға = 0,028. - 12,61; төрт ості бос вагондарға = 0,084, = 11,96; жолаушылар вагондарына = 0,04, = 12,46; тепловоздарға = 0,12, = 11,57; электровоздарға = 0,19, = 10,89;

Тартым есебін оңайлату үшін орта мәні қабылданған: - 0,0583, = 12,24;

Пойыз қозғалысының қорытынды теңдеуді жалпы түрде көрсетуге болады:

Есеп қолайлы болу үшін = 12,24 км/сағ² = 0,204 км/сағ*мин = 0,0034 км/сағ*с тең мәнін кей кезде қабылдайды.

(1.9) теңдеудің интегралдау арқылы пойыздың қозғалыс жылдамдығын, жүрген жолын және кеткен уақытты, тәжіребилік мақсатта қолданылатын сандық мәндерді анықтайды. Тәжіребилік мақсат - темір жолының тасымалдау процесін жоспарлауда, ұйымдастыруда және технологиясында бірінші роль атқаратын жол торабында пойыз қозғалысы кестесінің құрылуы мен қалыптастыру жоспарының әзірлемелері. Бұл теңдеуді интегралдау үшін пайдалану жағдайында пойыздың күші мен жүріс-тұрысын анықтайтын факторларды білу қажет. Осы мақсатпен қозғалысты анықтайтын -F_k, В_т, W_k күштердің тәуелділігін оқып білу қажет.

№21-22 Лекция

Локомотивтің тартым күші. Локомотив тартымының негізгі заңы

2.1. Локомотивтің тартым күші мен ілгермелі қозғалысын тудыру механизмі

Пойыздың қозғалыс жылдамдыгы мен тартым күші - темір жол жұмысының маңызды параметрлері. Бұл параметрлермен тартым учаскесінің өткізгіштік және тасымалдаушылық қабілетін, локомотивтің өнімділіктігі мен үнемділігін анықтайды. Пойыз массасының нормасы және оның қозғалысының жылдамдығы локомотивтің жанама тартым күшінің, есептеме жылдамдығының и_рнормативті - есептеме мәндерімен және тартым сипаттамасымен Ғ_k(v) анықталады.

Бірақ, жанама тартым күшін тура өлшеумен анықтау қиын, сондықтан оны жанама өлшеу әдісімен анықтайды: локомотивке тіркелетін вагон-зертхана динамометрмен. Локомотив авто тіркемесіндегі пайдалы тартым күші мәнін өлшейді және онымен жанама тартым күші мәнін есептейді.

Ол үшін Ғ_п мен Ғъ күштерінің туу механизмі және схема бойынша тартым қозғалтқышынын айналу моментігінің тізбекте тәртіпте тартым электрлі қозғалтқышы - жетектің тісті берілісі - локомотивтің қозғалатын қос доңғалағы - локомотив рамасы - локомотивтің авто ілінісуі - локомотивке бірінші болып тіркелетін вагонның авто ілінісуі туралы ұғым қажет.

Қорытындыны оңайлату үшін келесі пікірлерге (болжамдарға) сүйенеміз: пойыз тұрақты жылдамдықпен түзу көлденең жол бойымен қозғалады, доңғалақтың рельс бойымен тербелеуі материалдың деформациясыз және сырғанаусыз абсолютті қатты дене ретінде жүреді; тісті берілісі - түзу тісті; шестерня мен тісті доңғалақ тартым қозғалтқыш білігіне және қос доңғалақ осіне тегісінше қатты отырғызылған. Локомотивтің қозғалатын қос доңғалағының, тісті берілістің және қозғалтқыш жәкірінің инерциясын; қозғалатын осьтер арасындағы жүктемелі, рессорланған массасының тербелуінен болатын динамикалық жүктемені, энергияны диссипативті күштермен жойылу және т.б. қайта болуді ескермейміз.

Бұл құбылыстарды теорияда ескеру күрделі, айқын емес және бұл жағдайда қажеті шамалы. Өйткені олар пайдалы тартым күші шамасына Ғ_п жиынтықпен бейнеленеді.

Айталық берілгендер: қос доңғалақтан рельске түсетін жүктеменің

тұрақты мәні П; тиісті берілістің беріліс саны µ; тартым қозғалтқыш

білігіндегі айналу моменті және айналу жиілігі ; I индексті және 2

индексті тісті доңғалақты шестерняның радиустары r; қозғалаты

доңғалақтың радиусы , (2.1 сурет).

Шестерня 1 тісті доңғалаққа 2 айналу моменті тістер арасындағы үйкеліс шығынын ескеріліп беріледі: Мі=М_dп, мұндағы _п - тісті берілістің ПӘК (2.1, а сурет) Тістердің өзара әсер етуі ілінісу бойымен п -п жүреді, ілінісу шестерня радиусы r_в1 мен тісті доңғалақ радиусының r_в2 негізгі шеңберіне жанама пайда болады. Ілінісу полюсы болып шестерня мен тісті доңғалақтың бастапқы шеңберінің түйісу нүктесі табылады. Түйісу нүктесі олардың қатысты қозғалысының орталығы болады. Ілінісу полюсы ілінісу бойында әрқашан жатады. Демек шестернядан тісті доңғалаққа түсірілген активгі күш Ғ₁₂ және тісті доңғалақтан шестерняға түсірілген Ғ₂₁ реактивті күш Ньютонның үшінші занына сәйкес ілінісу бойымен қарама-қарсы бағытта әсер етеді.

Осы күштердің әрекет ету бағытын ескеріп жетекші шестерняның Мі+ = 0 және жетекші тісті доңғалақтың М₂+ =0 бірдей солжақты теңдеуін құрамыз. Күшке қатысты теңдеуіне рұқсат беріп, келесі теңдеуді айтамыз:

Ғ₂₁ = —М / r_wі * соs = - / *

Ғ₁₂ =

Мұндағы және ; - шестерня мен тісті доңғалақтардың тиісті бастапқы шеңбер радиустары; - ілінісу бұрышы.

2.1-сурет. Тартым күшін тудыру механизмі.

а— тісті ілінісудегі күштер;

б - доңғалақ-моторлы блокта әсер ететін күштер;

в - локомотивтің тартым күші.

Ғ_І2 мен Ғ₂₁ күштері тісті беріліс тірегінде реакция тудырады, осыдан барып жұптар күші (Ғ₂₁ Ғ₀₁) мен (Ғ₁₂Ғ₀₂) туады.

Тісті доңғалақ 2 және қозғалатын доңғалақ 3 қос доңғалақтың бір осіне қатты отырғызылған, сондықтан бір тұтас болып және бір бағытта айналады (2.10-сурет). Қос доңғалақ осінің серпімді деформациясын ескермесек, тісті доңғалақтың айналу моменті М₂ мен қозғалатын доңғалақтың айналым моменті М_к бір жазықтықта әсер етуді деп есептеуге болады. Осы негізінде олардың мәндерін теңестіреміз: Ғ_кd * және оған қатысты Ғ_кd1:

Ғ_кd1=

Буксаға ось мойыны Ғ_кd мен Ғ_кd1 күшінің әсер ету нәтижесінде 0₂ ось бойында қос доңғалақты сағат тіліне қарама-қарсы айналдыруға ұмтылатын күштер жұбы (Ғ_кв1, Ғ_кв) пайда болады. Оған қос күштер және П күшінің әсерімен пайда болған - доңғалақ пен рельстің ілінісу күші Ғ_кв2 кедергі жасайды. Ал Ғ_кв күші R_k иығында әсер ете отырып, қос доңғалақты с шапшақ айналу орталығы маңында айналдыруға ұмтылады. Осыдан барып, доңғалақтың тербелуі туады.

П жүктемесі рельстен доңғалаққа берілетін N реакциясын тудырады. П және N күштерінің екеуі де сыртқы, өйткені локомотив жүйесіне кірмейтін рельс пен жердің әсерінен болады. Олар мөлшері бойынша өзара тең, қарама-қарсы бағытталған және қозғалыс бағытына перпендикуляр, сондықтан олар қозғалмайтындар болып табылады.

Ғ_кд2 күші сыртқы болып табылады, өйткені рельстердің әсерінен пайда болуы, пойыз бағытымен бағытталған, осы күштің пайда болуынан тартым қозғалтқышының айналмалы моменті тартым күшіне айналып үдемелі қозғалысты тудырады, сондықтан оны қозғалатын күш деп атайды. Сондай ақ бірге сыртқы күштердің ішкі күштерсіз пайда болмайтын ескерген жөн, егер тартым қозғалтқышының тогын өшірсек Ғ_kd2 күші нольге тең болады және үдемелі қозғалыс тоқтайды. Сондай-ақ ішкі күштер тек сыртқы күштер арқылы орталық масса қозғалысын тудырады. Мысалы, локомотивті троспен асып қойып, қозғалтқышқа ток берсек, доңғалақ айналады ал локомотивтің үдемелі қозғалысы болмайды, өйткені сыртқы күштер жоқ.

Барлық доңғалақ-мотор блогының Ғ_кд2 күштері қосылып локомотивтің жанама деп аталатын күшін тудырады Ғ_к= . Жанама күштің локомотивтің қозғалыс жылдамдығы мен жұмыс істеу режиміне графикалық тәуелділігін Ғ_к тартым сипаттамасы деп атайды және оны тартым есебін шығаруда қолданады. Тартым сипаттамасын керекті өлшемдердің берілгендермен тұрғызады: динамометрмен өлшейді -локомотив ілінісуіндегі тартым күшін, ал Ғ_к-ны формуламен анықтайды. Осы байланыста күшінің пайда болу сұлбасы қызығушылық туғызады. мәнін сондай-ақ пойыз құрамының орын ауыстыруы бойынша пайдалы жұмысты есептеу үшін қолданады. Доңғалақ-мотор блогынан локомотивтің автоілінісуіне дейін күштің пайда болуын бақылайық. күші (2.1 в сурет) қос доңғалақ осіне арба рамасының 4 буксаның мойынтірегі арқылы беріледі, әрі қарай осындай күшпен басқа қос доңғалақтың осіне тепловоздың бос ромасына 7 шкворень 5 арқылы беріледі. Міне осылай пайдалы тартым күш туады. Ал вагонға бұл күш қозғалысқа келтіретін кедергі күшін W_с жоя отырып, құрамының орынын ауыстыратын артқы күш бөліп табылады. Одан әрі локомотив қозғалысына келтірілетін кедергіні формула бойынша анықтайды және тұрақты жылдамдықпен қозғалудағы жанама тартым күшін табады:

(2.2)

Бір қалыпты қозғалыста локомотив массасының инерциялығының ескеру қажет. Сонда

Ғ_k= + + (2.3)

Мұндағы - локомотив массасы, т; - инерция күші.

Ілінісудегі пайдалы тартым күші мен тартым теориясындағы жанама күші түсініктерімен катар, тартым күшін энергия көзіне қарай және физикалық пайда болудың дизель, қуатты тартым берілісі және доңғалақтың рельспен ілінісуі бойынша табиғаты бойынша бөледі. Тартым есептеріне және талдау ыңғайлы болу үшін бұл күштерді локомотивтің қозғалыстағы доңғалақ, құрсауына келтіру шарттары тағайындалған. Күштерді былай бөлу энергияны түрлендірудің осы әрбір сатысының жұмысының шектейтін параметрлері мен потенциалды мүмкүндіктерді білу үшін қажет, яғни пойызды тартуындағы айнымалы жағдайында тұтастай локомотивке де қажет.

Енді локомотивтің қадамды қозғалыс жылдамдығын u тартым қозғалтқышы жәкірінің берілген бұрыштың жылдамдығы бойынша анықтаймыз. Егер бұрыштың жылдамдық рад/с көрсетілсе, онда кадамды қозғалыс жылдамдығын келесі формула бойынша анықтайды:

V = ₍₂.₄)

Егер бұрыштық жылдамдығы тартым қозғалтқышы жәкірінің айналым жиілігімен берілсе п_d айн/мин, онда қозғалыс жылдамдығын былай анықтайды:

V = , (2.5)

Мұндағы — қозғалыстағы донғалақтың диаметрі, м.

2.2. Локомотив тартымының негізгі заңы мен қозғалыс тұрақтылығы

Тартымның жанама күшінің пайда болу механизмін қарастыруда мына жіберулер қабылданады: қозғалтқышпен болатын жанама күш Ғ_kd доңғалақтың рельспен ілінісу күшінен аспайды. Негізінде, тайғанау пайда болғанда ол ілінісу күшінен асып кетеді. Сырғанау жылдамдығы ілінісу күшіне әсер етеді жөне мынаған тең:

и = ,

мұндағы — доңғалақтың шеңберлі жылдамдығы, локомотивтің қадамды қозғалыстың жылдамдығы.

Сырғанау жылдамдығы өскен сайын ілінісудің тартым күші біршама төмендейді, локомотив куаты біртіндеп тайғанап тұрған доңғалақтар жұбының кинетикалық энергиясының, өнімсіз өсуіне жұмсалады. Тайғанау барысында тартым қозғалтқышының орама бандажының үзілуі, тісті берілістің зақымдануына, коллекторда шеңберлі оттың пайда болуы мүмкін. Тайғанау тоқтаған кезде тартым күшінің күрт өсуі (итеру-толчок) болады және пойыздың ажырау қаупі туады. Тайғанау қос доңғалақтың құрсауы мен рельстің тозуымен жүреді. Қиын өрде тартым күшінің төмендеуі пойыздың тоқтауына қауыпты және пойыз қозғалысының ажырауына қауыпты.

Доңғалақтың сырғанау процесінің пайда болу себебі мен оның жүру сипаты өзара байланысты және қозғалыс тұрақтылығын тайғанауға қарсы шарттайды. Тұрақтылық деп, жүйенің әр түрлі бастапқы күйінен, бір

қалыпты күйге түсу қабілетін ұғынуға болады. Машина жұмысының

басқарушылығы, сенімділігі және оңтайлығы қозғалыс тұрақтылығына тәуелді, сондықтан көптеген әр түрлі ұғымдар мен тұрақтылық теориялары Пуассон, Лапласс, Лангранж, Четаев және т.б. пайда болуы. Ең жалпы және құнды болып А.М. Ляпунов тұрақтылык, теориясы табылады.

Егер күштер мен бастапқы шарт, бастапқы қозғалыс жылдамдығы мен жол координаттары белгілі болса, механикалық жүйе қозғалысын есептеуге болады. Осындай есепке сәйкес жүйе орындайтын қозғалысты қозбаған қозғалыс деп атайды. Бірақ та, есепте ескерілмеген әсер етулер туады: тепловоздың көмекші жүктемесінің суаюы, рельсте кірлер немесе майлар болғандағы доңғалақтың рельспен ілінісу күштердің төмендеуі, қосымша кедергінің тууы және локомотивтің ілінісу массасының қайта таралуы, жолдың қисық учаскесінен тұру және т.б. Мұндай әсер етулер қандай аз болса да, олар сырғанау жылдамдығының өзгеруін тудырады және бастапқы қозу деп аталады.

Егер доңғалақтың рельспен сырғанау жылдамдығы аз кездейсоқ қозатын әсерлердің пайда болуынан аздап өсетін болса, онда мұндай қозғалысты қозған деп атайды.

Егер доңғалақтың сырғанау жылдамдығыңың өсуі қозған қозғалыста айтарлықтай емес болса және уакыт өткен сайын өспесе (2.2 суреттегі және 2 қисықтар), қозбаған козғалысты тұрақты деп атайды.

Егер доңғалақтың сырғанау жылдамдығы аздап қозып уақыт бойы қозбаған қозғалыстағы мөлшерден ауытқитын болса, онда козбаған қозғалысты тұрақсыз деп атайды. Шәшілу (разнос) тайғанау деп доңғалықтың сырғанау жылдамдығы рельс бойымен үздіксіз өсетін қозған қозғалысты айтады (5 қисық).

2.2-сурет. Локомотивтің қозғалыстағы доңғалығының тұрақты (1, 2) және тұрақсыз (3) қозған қозғалысы.

Қозатын әрекет ету мәндерінің аздығынан, кездейсоқтығынынан және анықталмағандығынан оларды орынсыз пойыз қозғалысы есебіне енгізеді. Сонда да қауіпті разносты тайғанауға айналатын тұрақсыз қозғалысты жіберуге болмайды. Осы максатпен локомотивтің негізгі тартым заңы түрінде тұрақты қозғалыс шарты белгіленді, талдау түрінде корсеткенде

(2.6)

мұндағы — доңғалақтың рельспен ілінісуінің шекті болатын немесе потенциалды коэффициенті, ол ең үлкен тартым күшінің Ғ_к мах (ілінісу шегінде) қос доңғалақты рельс бойымен П жүргізетін жүктемеге қатынасын көрсетеді; - қозғалыстағы доңғалаққа келтірілген,

локомотивтің ілінісу массасы, т;

Көбейтіндісі - локомотивтің ілінісу салмағын көрсетеді. Ілінісу заңының немесе локомотив тартымының негізгі заңының физикалық ұғымы пойыз қозғалысының тұрақтылығын және оның тартым доңғалағының тоғында тартым қозғалтқышымен туатын шеңберлі күштері доңғалақ пен рельстің ілінісу күшінен аспауы қажет.

Тартымының ілінісу бойынша потенциалды күшін тәжіреби жүзінде іске асыру қиын және мақсатқа бағытталмаған, өйткені, қозатын көптеген әсер етулер тұрақсыз қозғалысқа әкелер еді. Тұрақсыз жүйе жұмысқа жарамсыз, қауіпті, техникалық құралдардың тозуға бейімділігін тудырады. Басқа жағынан қарағанда, массасы үлкен пойыздарды жүргізу қажеттілігі ілінісу күшінің толықтай пайдалануына себепкер. Осыдан барып, ілінісу коэффициентінің тиімді шамасын анықтау туады. Ол бір жағынан ілінісу процессінің физикалық табиғатын зерттеуді, екінші жағынан осы коэффициент шамасынын техника-экономикалық негізделгенін камтиды.

2.3. Доңғалақтың рельспен ілінісудің физикалық табиғаты

Тартым күшінің пайда болу процессін сипаттауда тартым қозғалтқышынан қос доңғалаққа қуаттың берілу механизмі қызығушылық туғызады. Сондықтан доңғалықтың рельспен ілінісу күші рельс реакциясы ретінде қарастырылады. Сонымен бірге доңғалақтың рельспен түйісу жерінде металдың деформациялауы мен оның беріктілік қасиетіне, шартты молекулалар арасындағы өзара байланысқа, тербелісте кинематикалық сырғанауына, доңғалақ пен рельстің басқа түрлі заттардың әсер етуіне шартты түрде көңіл бөлінеді.

Тәжіреби жүзінде осымен бері ілінісу күшіне үлкен әсер етеді және оның физикалық табиғатын оқып тануға әкелді. Ілінісу табиғатын тану пойыз массасының нормасын жоғарылатудың құрамы мен тәсілдерін табуға, локомотивтің қозғалысының тұрақтығын қамтамасыз етуге, бандаж бен рельстің тозуын төмендетуге мүмкіндік береді. Яғни, ілінісу табиғаты бізде және шет елдерінде көптеген теориялық және эксперименталды зерттеулердің бұйымы болжандыгы белгілі.

Қазіргі таңда түйісетін беттердің молекулярлы-механикалық өзара әсер ету теориясы қатты дене физикасы туралы ғылым негізінде танылды. Механикалық әсер ету доңғалақ рельстін түйіспе беттерінің деформациялануы мен үйкелісі процессінде пайда болады.

Молекулярлы құрайтын ілінісу доңғалақ пен рельс арасындағы фрикционды байланыс және микроустау құбылысы түрінде пайда болады, ол сығылған қатты дене бетіндегі тұрақсыз молекулалар мен атомдардың өзара әсер ету нәтижесінен туады. Ілінісудің тұрақтылығына рельс пен доңғалақтың бетінде «үшінші дененің» - газ, ылғал, шаң, май және басқа заттардың болуы үлкен әсер етеді. Сондықтан доңғалықтың рельспен ілінісу күшін шарттайтын маңызды табиғи факторлар болып келесілер табылады: механикалық өзара әсер ету; доңғалақ пен рельс түйісудегі молекулар арасындағы өзара әсер ету; доңғалақ пен рельстің сыртқы ортамен өзара әсер ету. Енді оларды жеке қарастырайық.

Механикада өзара әсер ету. Үйкеліс теориясында доңғалақ пен рельстің ілінісуіне жататын қатты денелер беттерінің механикалық өзара әсер етуін үш түрге бөледі: қатты түйіспе, пластикалық түйіспе, микрокесу. Қатты түйіспеде түйіспе бетінде материалдың қалыпы өзгереді, бірақ жүктеме мен молекулярлы байланыс ағымдылық шегінен аспайды. Түйіспенің күштелуі ағымдық шегіне жеткенде пластикалық түйіспе пайда болады және материал ең катты енгізілген микрошығыңкы жерді тегістейді. Түйіспенің күштенуі шекті мәніне жеткенде, яғни диформияланған металлдың шыгынқы жерлерін тегістеу тоқтаганда микро кесу туады және микро шыгыңқы жерлердің бұзылуы болады.

Осы механикалық өзара әсер етулердің түрлері келесілерге тәуелді: орташа және жанама жүктемеге, түйсіне бетінің кедір-бұдырлығына, материалдық механикалық қажетіне, микрошығынқы жерлердің тангенциалды беріктілігі, түйістірудің жалғасуы, сыртқы ортамен өзара әсер етуіне.

Отандық локомотивтердің қос доңғалақтарынан рельске түсетін статикалық жүктеме 250 кН аспайды. Рельспен динамикалық өзара әсер ету кезінде ол 350 кН дейін жетуі мүмкін. Орташа жүктеменің әсерінен түйісу жерінде металлдық қысылуы болады, оның әсерінен элиптикалық түрде контурды алаң пайда болады [20]. Тек қана статикалық жүктеменің әсерінен контурлы алаңның жері 400 жетуі мүмкін.

Контурды алаң айманында тісті біріліске ұқсас микрошығынқы жерлердің механикалық ілінісуі, сонымен бірге деформаяланған металға өте қатты шығыңқы жерлерді (томпақ) енгізу туады. Жылжыту күшінің әсерінен (жанама тартым күші) доңғалақ пен рельс металлының қатты деформациясы туады. Қатты деформация деп дене көлемі өзгермей-ақ түйіспе беті үлгісінің өзгеруін айтады.

Қатты дене молекуларының тебу және тартылу күштеріне сыртқы әсер етулер жоқ болғанда олар өзара теңестірілген. Жылжыту күшінің әсерінен металлды кристалды торының түйінінде молекулардық орын ауыстыруы болады және бір қалыптының бұзылуы. Молекуляр арасындығы өзара ету күші осы орын ауыстыруға кедергі жасайды, сондықтан денеде сыртқы күштерді теңейтің қатты (серпімді) күштер пайда болады. Көлемін сақтауда металлдық үлгінің өзгеруіне қарсы тұратын қабілеті жылжу модулімен сипатталады Е = , мұндағы - жанама кернеу; - жылжу бұрышы (деформияланған металдың үстіңгі жылжыған жазықтығына тегінен ауытқудан пайда болған бұрыш). Металл деформацияланган кезде атомдардың, молекулалардың және иондардың өзара әсер етуіне жұмыс жасалады. Ол энергияны сақтау заңына сәйкес қатты деформацияның потенциалды энергиясына айналады. Доңғалақ айналғанда (перенатывание) деформацияланған металл жүктемеден босайды және молекулярлы байланыстың серпімді күштері алдын-ала жинақталған потенциалды энергия есебінен кристалды торға, бұрынғы қалпына келеді. Осының арқасында доңғалақ пен рельстің үлгісі қалпына келеді.

Жүктеу-жүктеуден босату циклді қайталауынан қатты гистерезис процессі туады, ол гистерезис тұзағымен (петля) сипатталады. Доңғалақ пен рельстің деформациаланған металлдың гистерезис тұрағының пайда болуы туралы болжамын эксперимент түрінде дәлелденді. Гистерезисті тұзақ дегеніміз - деформацияға кеткен және қайтып келген жұмыстары арасындағы айырым. Оны кернеудің деформацияға тәуелділік диаграммасынан белгіленеді. Диаграмма алаңы айналған қатты энергиясының бөлігіне пропорционалды болғандықтан, энергияның жойылуының (диссипация) қайтымсыз процессін деформация көрсетеді. Локомотив автоілінісудегі тартым күші доңғалақ тоғындағы жанама

тартым күшінен аз болғаны осымен түсіндіріледі. Диссипация құбылысын кейбір авторлар ілінісудің энергетикалық теориясын құру үшін қолданады. Гистерезисті жоғалтулар - тербелу жылдамдығынан, микрошығыңқы жерлердің енгізілу терендігінен, релаксация жылдамдығынан (жүйенің бір қалыпты жүйіне қалпына келу процессі) тәуелді.

Ілінісу табиғаты туралы айтылғандардың негізінде доңғалақты орнынан қозғалтуға келтірілетін кедергі жанама күштің реакциясын көрсетеді, ол материалдың механикалық қасиетіне кедір-бұдыр түйіспе бетінің микрогеометриясына, доңғалақ диаметріне және доңғалақтан рельске орташа жүктеудің әсерінен микрошығыңқы жерлерді енгізу тереңдігіне тәуелді. Түйіспе беттерінің қаттылығы төмен болған сайын және жүктеме көп болған сайын, олардың деформациясы мен микрошыгыңқы жерлердің өзара етулері көп болады, әрі олардың контурлы алаңы үлкен. Доңғалақ диаметрі үлкен болған сайын, бірдей басқа жағдайда контурды алаңның аумағы үлкен болады және микротегісеместік ілінісуге көп жетектеленеді.

Кедір-бұдыр беттің микрорельефінің негізгі сипаттамасы болып һ/r қатынасы табылады, мұндағы: һ мен r - тиісті енгізу терендігі және жеке алынған микрошығыңқы жердің радиусы. Кедір-бұдырды профилограмма бойынша анықтайды (профилографтың көмегімен пішін бетін графиктік бейнелеу). Қатты дене физикасы позициясынан серпімді деформация молекулярлы өзара әсер етудің жүктемесі мен күштері ағым шегінен асатын жүктемені тудырмаған кезде пайда болады (денеде бірінші рет пластикалық деформация ең үлкен кернеуде пайда болады). Қатты (упругая) деформация бидәй өлшемімен, металлдың химиялық құрамымен, дене температурасымен, түйісу бетінде «үшінші дененің» болуымен шартталады. Осының берін ілінісу бойынша тартымның ең үлкен күштерін қамтамасыз ету үшін ескеру керек.

Контурлы алаңды зерттеу қорытындысында, оның ілінісу аумағы мен сырғанау аумағынан түратындығы белгілі болды. Біріншісі, қозғалыс бағыты бойымен алдыңғы бөлігінде, ал екіншісі одан кейін орналасқан.

Рейнольдс болжамына сүйенсек, металлдың қатты деформациясы микросырғанаумен болады. Доңғалақ тербелу кезінде құрайтын жүктеменің нормалы жинағы және доңғалақтың жанама күшінің әсерінен рельстің деформаланған металлдық толқынын өз алдында орын ауыстырады. Доңғалақ материалы жүгіріп басу (набегание) аумағында қосылған және тіреу бетінің негізінде созылған. Рельс материалы керісінше, жүгіріп басу аумағында созылған және қатты толқын негізінде қысылған. Доңғалақ пен рельс металлының қарама-қарсы бағытта серпімді сығылуы нәтежесінен түйістіру беттерінің қатысты орын ауыстыруы туады. Ол қозғалудан болатын серпімді сырғанау деп аталады. Қозғалуда туатын үйкеліс күші сырғуға кері жаққа бағытталған және серпімді деформация күшінің бағытымен сәйкес келеді. Сондықтан үйкеліс күші

мен серпімді деформация күші аддитивті өлшемі болып табылады (алгебралық қосуға жататын).

Бандаждардың конустық формасының әсерінен және олардың гребендері мен рельстің ішкі шекарасы арасында саңылаудың болуынан шайкалу (виляние) пайда болады (темір жол табанында қос доңғалақтың шайқалуы (извилистое) қозғалыс). Бір қос доңғалақтың тербелеуі диаметрлері әр түрлі осыдан, айналу шеңберінде болады және сондықтан доңғалақ әр түрлі жолдан өтеді. Олар бір оське қатты отырғызылғандықтан доңғалақтың рельс бойымен бойлық сырғуы болады. Бірдей уақытта келденең сырғанауы жүреді, ол бандаж гребенінің еңіс бұрышына, рельс басының пішініне, доңғалақтың рельспен жүру бұрышына, қос доңғалақтың екпініне, жоспарда кузовты арбаның қатты байланысына және базасына, қолалыс жылдамдығына, қисық радиусына және жолдың қисық учаскелерімен жүргенде сыртқы рельстің көтерілінуіне, қос доңғалақтың оң жене сол жақтын диаметрінің айырымына, тепловоздың арба ман рама байланысының үйкелісіне тәуелді. Кедергі үйкелісі күшінің құбылысының қос доңғалақ әсерінен күрделігі есепке берілмейді және сондықтан сырғанаудың бойлық үйкелісімен бірге бағаланады. Экипажбен жолдың құрылымымен және күйімен шартталатын қос доңғалақтың бойлық және көлденең сырғанауын кинематикалық сырғанау деп атайды.

Содан барып сырғанаудың үйкеліс күші доңғалақтың кинематикалықұ және қатты сырғанауынан пайда болады. Үйкелес күші fN көбейтіндісіне тең екендігі белгілі, мұндағы f- үйкеліс коэффициенті, N - нормалы жүктеме. Үйкеліс коэффициенті доңғалақ жүктемесіне, беттік микрогеометрияға, материялдың механикалық сипаттамасына, сырғанау жылдамдығына тәуелді. Түйіспенің көптеген жүктелуі кезінде деформацияланған металл қабаты қимылдылыгын жояды және үйкеліс бетінің астында пластикалық жылжудың деформиялануы болады, соның нәтижесінен тайғанау (боксование) болады.

Ілінісу бойынша тартым күшін механикалық құрайтындар қатты және пластикалық деформациялану нәтижесінен ішкі күштердің өзара әрекетінің бір тұтастығын көрсетеді, бірінші жағынан сыртқы күштер -микрошығыңқы жерінін ілінісуі, екінші жағынан - кинематикалық сырғанаудан және қатты жылжудан болатын үйкеліс күші.

Доңғалақ пен рельс түйісудегі молекулярлы өзара әсерлер. Доңғалақ пен рельстің түйісу аймағында қысылған металлдың микрорельефін зерттеуде, нақты түйіспе микрошығыңқы жері бар аумағы -контурлы аумақтың 10% ғана құрайды [20]. Демек, нақты түйіспенің әрбір квадратты миллиметріне әжептеуір үлкен нормалды жүктеме келеді. Тек статикалық жүктемеден ол 3 тен 6 кН/ дейін ауытқиды. Динамикалық осерлерден жүктеме 4-8 кН/ дейін өсуі мүмкін.

Микрошығыңқы жерлердің үлкен қысылу күшінде қамту көпірлері (спайка) пайда болады. Олар, бір тұтас болғанда доңғалақ пен рельс арасында фрикционды байланысты құрайды. Мұндай молекулар

арасындағы өзара әрекет етулері адгезия деп аталады. Физикадағы қатты дене ғылымына сәйкес адгезия табиғаты қысылатын дене бетіндегі атомдар электрондардының ауысумен түсіндіріледі. Егер атомдар мен молекулалар металлдың ішкі кристалдық торында өзара тартылыс күштерінің арқасында бір қалыпты күйде болса, онда оның бетінде олар бірқалыпсыз күйде болады және жабысатын денелердің атомдары мен молекулары өзара әсер етудің беттік энергиясына ие болады. Адгезия кезінде өзара әсер етуді түйіспені бір алаңына келетін күшпен өлшенеді. Бұл күш түйіспе бетін бір-бірінен ажырату үшін қажет.

Доңғалақ тербелу кезінде жүктемені циклдық шешу жүреді. Сонымен қатар қатты деформация күші адгезионды кепірлерді бұзады және түйістіргіш дененің бастапқы үлгісін қалпына келтіреді. Фрикциондық байланыстың бұзылуы металлды бұзбайды, бірақ оның қаттылық қасиетін жою мен қатар наклеп жоғарылайды. Түйісу жерінде металлдың деформациялануы адгезия күшіне әсер етеді: деформация көп болған сайын доңғалақ пен рельс бетіндегі адсорбирленген және окисьті кабаты тез бұзылады және бет бөліктері арасындағы адгезия күштері көп болады. Түйісу жеріндегі біріккен молекуляр арасындағы және механикалық өзара әсер етулер және ілінісудіц потенциалды коэффициентін жоғарылату тәсілдері. Механикалық және молекуляр арасындағы өзара әсер етулер бірдей әсер етеді, сондықтан ілінісу күшіне екеуінің бірігіп әсер етуін көрсететін біртұтас сипаттаманы таңдау қажет болады. Жылжудың таигециалды күшінің доңғалақтың рельс бойымен сырғанау жылжамдығына тербелу процессіне графиктік тәуелділігін келесі сипаттама деп есептелген. Сырғанау жылдамдығын аргумент ретінде қабылданады. Вертикалды динамикаға байланысты локомотивтің үдемелі қозғалысының жылдамдығы өскен сайын сырғанау жылдамдығы өседі, тәуелділіктің өте толық көрінісін алу үшін, сырғанаудың абсолюттік емес, ал қатынасты жылдамдығын өлшемсіз шама түрінде алуға керек

и = [(v₀-v_п)/v_n]100% (2.7)

мұндағы v₀- қозғалыстағы доңғалақтың шеңбер (окружная) жылдамдығы, v_n - локомотивтің үдемелі қозғалыс жылдамдығы, км/сағ.

U= 1,5--2,5 % мәні нормалды деп қабылданады, ал осы U мәнінде есептеме өрістегі қозғалыс тайғанауға қарсы тұрақты. Тәуледі шама ретінде қатысты тартым күшін Ғ = Ғ/Ғмах= Ғ(1000 ) қабылдайды,

мұндагы Ғ — қос доңғалақ тоғында ТЭҚ-пен мен пайда болатын шеңбер күші. 2,3 суретте осындай сипаттама бейнеленген. Бұл сипаттама түйіспе беттерінің молекулярлы-механикалық өзара әсер ету теориясымен жақсы келіседі. Айталық, 0—1 учаскеде қатты деформация мен қатты микросырғанау процессі жүреді. Ілінісу алаңы контурлы алаңның айтарлықтай бөлігін алады. Молекулярлы-механикалық өзара әсер етулер тайғанаусыз тұрақты қозғалысты қамтамасыз етеді.

Серпімді деформация шамасы болып абсолюттік деформацияның х1 дененің бастапқы өлшеміне х қатынасы табылады, яғни х1/ х -

қатынасты (относительная) деформация деп аталады. Серпімді деформацияланған дененің кернеуіне қатысты деформацияға пропорционалды мұндаға к_х- кернеуге тең серпімділік модулі, қатысты деформацияның бірлігіне кетеді. Гук заңына сәйкес серпімді деформация жылжудың әсер ететін күшіне тура пропорционалды. Осыдан қатты деформация қозғалыстағы доңғалақтың жанама тартым күшінің мәніне түзу тәуелді екендігі көрінеді. 0-1 учаскесінде ілінісу сипаттылық түзулігін анықтайды.

Шеңберлі күштің өсуімен 1-2 учаскеде контурлы алаңның сырғанау аумағы үлкейеді, деформацияланған металлдың қабаты өзінің шапшаң жылжу қабілетінен айырылады және металлдың қатты-пластикалық сығылуы туады. Сонымен бірге сырғанаудың қатысты күшінің көбею барысынан алады, сырғанау үйкелісі жоғарлайды. Қатты-пластикалық деформациялану нәтижесінен ілінісу процессі доңғалақтың қысқа уақытта тайғанауы сайын орын ауыстырады.

1 - 2 учаскеде пластикалық жылжу деформациясы болады және сырғанаудың қатысты жылдамдығы тартым жанама күші көп өзгермей отырып, біршама жоғарлайды. Сонымен бірге фактылық түйіспенің аумағы және сырғанау үйкеліс кедергісі үлкейеді. Бандаж бен рельстің бетінен окисьті және адсорбционды рельстің молекулялар арасындағы өзара әсер ету өседі, сырғанаудың жоғарылауынан үйкеліс күші өседі. Сондықтан тартымның катысты күші жоғарғы деңгейдс сақталады.

Бірақ та, Ғ(и) диаграмасынан көрінгенде, қатысты сырғанау жылдамдығы тартым күші өзгермей-ақ біршама жоғарылайды, қозғалыс ілінісу шегінде болады. Сонымен бірге локомотив қозғалысының жоғары жылдамдығымен рессорланған массаның тербелмелі қозғалысы және қос доңғалақтан рельске түсетін жүктеменің 30 - 40 % жететін қос доңғалақтың жүктемеден жеңілдетуі (разгруз) пайда болады. Айтылған құбылыстардың нәтижесінен тайғанау периодты туады және өшеді, локомотив қозғалысы тұрақсыз болады. Ілінісу фазасы бойынша күші төмендемейтін болғандықтан рельс пен бандаждардың тозуы жоғарлайды, микрокесуден кейін болғандықтан. Тартым күшін ілінісу шегінде пайдалану, яғни ілінісудің потенциалды коэффициентін қолдану тозу бойынша және тартымның тұрақтылығы талабы бойынша тиімсіз.

Ал енді 3 - 4 учаскеде түйіспедегі кернеу ағымдылық шегінен асады, түйісу беттерінің дірілі күшейеді, түйісудің жалғасуы қысқарады. Барлық контурлы алаңға сырғанау аумағы таралғанда және жылжу күшіне жеткенде үйкеліс күшінің мәні, сырғанаудың қатысты жылдамдығы 1,5 % асады және үздіксіз өсіп отырады, яғни тайғанау туады.

ТЭҚ жәкірінің айналу жиілігі өскен сайын, қарсы электроқозғаушы күш жоғарылайды (қарсы ЭҚК(ЭДС)). Ол ТЭҚ тоғы мен қозғалыстағы доңғалақтың жанама тартым күшінің төмендеуімен түсіндіріледі. Бірақ та, үйкеліс күшінің жоғары сырғанау жылдамдығында және доңғалақ пен рельстің молекуляр арасындағы байланысында тартым күшінің тез төмендеуі азаяды, ал алардың айырмашылығы (разница) тайғанап тұрған қос доңғалақтың кинетиклық энергиясын жоғарылатуға кетеді. Осыдан барып шәшілу (разносное) тайғанау (боксование) туады, оның салдарынан тартым қозғалтқыштары зақымданады немесе ауыр өрісте тоқтап қалады.

Рельс таза әрі құрғақ кезінде және құм сепкендегі ілінісудің потенциалды коэффициентіне Ғ(и) қисық биіктігі сәйкес келеді.

Доңғалақтан рельске түсетін жүктеменің жоғарлауынан ₀ мәні төмендеді. Мысалы, 2ТЭ10М тепловозында созылу (эластичность) коэффициенті 0,19% дейін жетеді, яғни жүктеме 1 % жоғарылатуынан ₀ мәні 0,19 %-ға жоғарлайды. Доңғалақтың диаметрі 1050-ден 1250 мм дейін өссе ₀ мәні 4%-ға өсуі мүмкін. Диаметрмен остік жүктеменің бірігіп (230-270 шегінде) ұлғаюы кезінде ілінісу бойынша тартым күшінің 18 %-ға жоғарлауы мүмкін. Бұдан пойыз тартымы жиілігінің (интенсификация) жетістікті бағытын және тасымалы қабілетінің жоғарылауын көрсетеді. ₀ мәнін бандажбен ресьтің механикалық қасиеті арқылы жетуге болады: беріктілік шегі мен Пуассон коэффициентін жоғарлату жолымен және серпімділік (упругость) модулін төмендету арқылы. Рельстің бетін термитік өңдеумен беріктігенде (р_а мәні 5%-га өседі.

Бұрын рельсті көліктің қозғалысының шекті жылдамдығы доңғалақ пен рельстің ілінісумен шектелген және 300 км/сағ аспайды деп есептелетін. Франция мен Жопонияның ілінісу табиғатын зерттеулерінде жылдамдықты 400 км/сағ дейін жоғарлатуға болатындыгын тапқан. Ол жагдай темір жолдың бәсекелік қасиетін бір шама жоғарылатады.

Доңғалақ пен рельс беттерінің сыртқы ортамен өзара әсер етуі. Металл беті сыртқы орта затын жұтып алу кабілеітіне ие. Физика курсынан белгілі, жүту құбылысын адсорбация деп аталады. Бетінде адсорбация жүретін денені - адсорбент деп атайды. Жүту заты - адсорбаттар болып газ, шаң, ылғал, лай, май табылуы мүмкін. Адсорбция табиғаты былай түсіндіріледі: адсорбат адсорбентінің бетіне түскенде тұрып қалады (адсорбирланады), яғни оның беткі қабатында еркін энергияның болуынан. Адсорбат беліктері бірнеше ауқытқа дейін ұсталып дене бетінде тұрады да оны «тастап» кетеді, немесе адсорбционды жұқа қабық құрайды.

Газдар мен ауа оттегісі металлмен бірге реакцияға түсуі мүмкін және окись кабығын (пленка) құрайды. Зерттеу көрсеткендей, деформация салдарынан туатын үйкеліс тотығу процессін күштеді, оның нәтижесінен бандаж бен рельстің бетінде қозғалуға келтірілетін кедергіні төмендететін біршама берік тотығу кабығы пайда болады.

Түйістірілетін катты дененің молекулярлы арасындағы өзара әсер ету сияқты физикалық табиғатқа адсорбционды күштерге ие. Бұл күштердің мәні металл бетінін кезектілігіне (пористый) және микрорельефтілігіне, оның құрамына, адсорбат табиғатына, қысым мен температурасына тәуелді. Металлдың деформациялануы процессінде кристалдық торда қозғалыстар болады, адсорбат молекулары кристалдар шегімен терең өтеді және адсорбция құбылысы ішкі бөлігінде болады. Сонда адсорбатгалған қабықтары өте берік болады. Локомотив ласталған рельспен жүрген кезде тайғанау болады.

Ғылыми Академиясында адсорбцияны зерттеулері - үйкеліс, тозу және ілінісу процессінде үлкен роль атқарады. Академик П. А. Ребиндердің дәлелдегеніндей, адсорбция нәтижесінен дененің деформациялануға кедергісін біршама төмендейді, одан кейін ол ағымдылык шегін төмендетеді. Қатты дене құбылысы физикасында Ребиндер эффекті атағын алды. Адсобция біршама дәрежеде деформация процессін өзгертеді, беріктілігін төмендетеді және металлдық сырғымалы болуын жеделдетеді (қозғалу жүктемесін өсірмей-ак пластикалық деформация пайда болады). Біріншіден металлдың деформациясы мен қозғалуы кезінде жанама күштерімен адсорбцияленген қабықтың бұзылуы және тотықты қабықтың сырылуы, бөтен енгізілгендерді сығу болады. Оның нәтиженен жалаңаш металлдың таза беттері арасындағы адгезионды өзара әсерлер жоғарылады.

Қабықтың бұзылуын және адгезионды өзара әсерлердің пайда болуын анықтайтын маңызды факторлар болып нормалы және тангенциалды жүктеменің түйіспе аумағындағы мәні және доңғалақтың рельспен сырғанау жылдамдығы табылады. Адгезия күшіне қос донғалақтың динамикалық жүктеу және жүктемеден жеңілдетуі (разгрузка), қос доңғалақтың дірілі үлкен әсер етуі мүмкін.

Сыртқы орта затына локомотив доңғалағының астына берілетін құм жатады. Бірақ та бұрын қарастырылған заттар ілінісу күшін төмендетсе, құм керісінше оны жоғарылатады. Қазіргі ауқытта доңғалақ астына құм себу - тайғанауға қарсы тұрақтылығын жоғарылататын ең тиімді тәсіл болып табылады. Бұл құбылыстың физикалық табиғаты келісімен түсіндіріледі. Кварцты құмның бидәйнде өткір шектері бар және жоғары қаттылығы 10 кН/см² жетеді. Осы құм түйірлері доңғалақтың рельспен түйісу аумағындағы адсорбционды қабықты құртып қоймай, сонымен қатар ете берік тотығу қабығын жояды да адгезия күшін күшейтуге себеп болады. Құм түйіршіктігін басу нәтежисінсн түйінісу аумағында қозғалу кедергісіне қатысатын металлдың көлемі үлғаяды. Беттің қабатын құрта отырып және түйісу бетінің микрошығыңқы жерлердің аралықтарына құм кіріп адсорбат бөлшегін сыға отырып бос жерлерді толтырады. Мұндай кұбылыс физикада тұтастық (сплошность) атағын алды. Құм түйірі жылжыту мен кесуде үлкен кедергіге ие. Жазықтың құбылысынан нағыз түйісу алаңы кеңейеді, ал оның қозғалуға үлкен кедергісінің арқасында доңғалақтың рельспен ілінісуі жоғарылайды.

2.4. Локомотив пен жолдың қалыпы мен сипаттамасына ілінісудің тәуелдігі. Тайғанауға қарсы тұрақтылығын жоғарылату тәсілдері

Доңғалақ пен рельстің түйісудегі өзара әсерінің физикалық табиғатына ілінісудің тәуелділігі процесстің сапалы бейнесін көрсетеді және мәселені шешудің негізгі жолын көрсетеді. Тәрбиелік мақсат үшін сандык тәуелдік қажет. Физикалық құбылыстың ілінісу процессінде көрсетілу қарқындылығы локомотив пен жолдың механикалық күшіне, сипатына, құрылысына тәуелді екендігін ескерген жоқ. Процесстің күрделігі мен оның кездейсоқ факторларға тәуелділігі сандық бағалаудың белгісіздігін білдіреді және тартым күшін ілінісу бойынша есептеуге оңай жалпы теориялық модельдерді құруды қиындатады. Ілінісудың жеке факторларға сандық тәуелдігін эксперименталды жолымен анықтауға болады, әрі локомотивтің ілінісу салмағын пайдаланудың тиімді тәсілдерін табу, тартым есептерін орындалу мүмкіндіктерін алады.

Ілінісу табиғатын зерттегенде әрқашанда негізгі мәліметтер ретінде келесілер қабылданды: түйісудегі нормалы және тангенциалды құрайтын күштердің әсер етуі, доңғалақтың сырғанауының күшеюі, материалдың механикалық қасиеті, сыртқы ортаның сипаты [5, 8]. Ілінісудің айтылған немесе баска факторларга сандық тәуелдігін анықтау үшін айтылған бастапқы жағдайлар қолданылады.

Ілінісудің доңғалақ жүктемесіне түйісу аймағында тәуелділігін қарастырайық. Қос доңғалақтың статикалық жүктемесінің өсуі ілінісу бойынша тартым күшін жоғарылатудың перспективті тәсілі болып табылады. Оның тиімділігі 2.4 параграфта көрсетілген. Статикалық жүктеменің жоғарылауынан ілінісу коэффициенті төмендейтіндігін қосымша ескерген жөн. Мұнда ілінісу күші жоғарылағанымен, ол жүктеменің өсуіне тура пропорционалді емес. Локомотивтің остік жүктемесінің өсуі жолды амортизациялауға үлкен шыгындарды кетіреді.

Тепловоздың доңғалағының диаметрі 1050 мм-ден 1250 мм-ге дейін үлкейтілсе, түйісу алаңын үлкейту нәтижесінен, ілінісу күшін 10% жоғарылатуы мүмкін. Керісінше, бандаж төсемі түйісу алаңын кішірейтеді, оның аймағындағы қысымды жоғарылатады, оның салдарынан ілінісу коэффициентін төмендетеді. Ғылыми-зерттеу институтының тәжіребиесімен 7 мм бандаж құрсауында ілінісу коэффициенті 15 %-ға төмендейді.

2.4-сурет Локомотивтің қозғалыстағы қос доңғалақтары арасындағы жүктемені қайта бөлу сұлбасы.

Нормалы және тангенциалды күштер қозғалыс процессінде өзгереді. Ось бойынша жүктеменің ары-бері ауысуының, жолдың тегіс еместігінен рессорланган массаның тербелісінің, тіктігі әртүрлі өрде локомотивтің ауырлық күшінің өзгеруі нәтижесінен нормалы күштер өзгереді.

Қос доңғалақтан рельске түсетін жүктемені ары-бері ауысуы тартым күшінің аударылу моментінің өсерімен болады. Локомотивтің жанама тартым күші Ғ_к рельс деңгейінде келтірілген (2.4. сурет), пойыздың келтірілген кедергі күші W_k автоілінісу деңгейінде келтірілген. Екі күште к иінінде қарама-қарсы бағытта әсер ететінуінен, ол М = F_k h=W_k h аударылу момент туады, оның нәтижесінен П1=( F_k h)l шамасында алдыңғы қос доңғалақ жүксізденеді (разгружается), ал артқы қос доңғалақ жүктеледі. Мұдағы l, - арба базасының ұзындылығы. Жүксізделген алдыңғы қос доңғалақтың қозғалу кедергісі төмендейді, егер қоршаған күш жоғарылағанда ол тайғанай бастады. Жүктелген қос доңалақтың қозғалу кедергісі өседі, жүксізденген осьте тайғанау болдырмау үшін артқы жанама тартым күші алдыңғы осьтен үлкен болмауы керек. Нәтижесінде локомотивтің барлық ілінісуі бойынша жалпы тартым күші төмендейді. Қос доңғалақтар арасында жүктеменің ары-бері ауысуынан ілінісудің төмендеуін локомотивтің ілінісу күшін пайдалану коэффициеитімен бағалайды:

П_сц = (П₀-П1)/П_о, (2.8)

мұндағы П₀ - қос доңғалақтың статикалық жүктемесі, кН Коэффициент мәні 0,85 - 0,9 аралығында болады.

Онда ілінісу бойынша тартым күші қос донғалақтың жүктемесінің ары-бері ауысуынан ескере отырып келесі формуламен анықталады

Ғ_ксц=1000м_сц g _к (2 9)

П1- өлшемі айнылмалы болып табылады, өткені Ғ_к күші локомотив жұмысының режиміне тәуелді, ал нормалды құрайтын ауырлық күші

өрлерде олардың тіктігіне тәуелді. Ілінісу күші егер өр үлкен, әрі тік болып және локомотив үлкен тартым күшін дамытса төмендейді.

Осьтер арасында жүктеменің ары-бері ауысуы қос доңғалаққа қатысты тартым қозғалтқыштарының орнатылуына да тәуелді. Мысалы, ТЭЗ тепловоздың, сұлбасы бойынша олардың орналасуында мәні қозғалыс бағытымен осьтердің реттік қатарында өзгереді: I - 0,888, II - 0,888, III -1,195, IV - 0,805, V - 1,112, VI - 1,112, ал 2ТЭП6 тепловоздың сұлбасы бойынша I - 0,938, II - 0,938, III - 0,938, IV - 1,062, V - 1,062, VI - 1,062. Тартым қозғалтқышының 2ТЭ116 сұлбасына ұқсас біржақты орналасуы ілінісу бойынша тартым күшін 10%-ға өсіреді. Жақты арбалы 2ТЭ10Л тенловозында I, II, IV қос доңғалақтар жүксізденеді, ал III, V, VI жүктеледі, статикалық жүктеменің ары-бері ауысуы 20% жетеді. Қос доңғалақтан рельске түсетін осьтік жүктемені бір қалыпты түзету ету үшін пневматикалық қосымша-жүктеліктерді (догружатели) қолданады, оны қолдану нәтижесі мәнін 0,94 дейін кетереді.

Жөндеу ережесінде локомотив доңғалағының диаметрін 12 мм дейінгі айырымына рұқсат берілген. Қос доңғалақтың айналма моменттерінің өр түрлігі, ілінісу бойынша тартым күшінің төмендеуі мен қатысты сырғауының жоғарылауы бақыланады. Мысалы, 40 км/сағ жылдамдықта доңғалақ диаметрлерінің айырмасы 1 % тең болғанда ілінісу күші 7 % дейін төмендейді.

Статикалық жүктеменің бір қалыпсыздығы доңғалақтардың бір осі бойынша да байқалынады: ілгіштігінің (развеска) қателігінен (погреганость) 5% дейін барады, ал рессорлардың әр түрлі қаттылығы үшін — 10% дейін. Нәтижесінен төмендейді. Жолдың қисық учаскелеріндегі

сыртқы рельстің жоғары болуы және орталыққуу (центробежная) күштердің қозғалыс кедергісінің және доңғалақтың сырғанауының өсуімен тұтастығы локомотивтің тайғанауына себеп болады.

Рессорлық ілгішітің статикалық анықталмайтын жүйесі бар локомотивтерде қос доңғалақтар арасындағы жүктемені бір қалыпты ету өте қажет, оның салдарынан локомотивтің нормалы құрайтын локомотивтің рессорлық массасының ауытқуында және букстың кескінде (вырез) жоғары үйкелісте жүктеме 40 - 50 %-ға өзгеруі мүмкін. Локомотив депосында өлшеудің нақтылығын жоғарылату үшін қазіргі заманға сай электронды таразы болу керек.

Жолдың тегіс еместігі және бірдей серпімді еместігі локомотивтің рессорлы массалық вертикалды тербілісі негізгі себебі болып табылады. Рессорлық ілгіш жүйесі, серіппе мен рессордың қаттылығы, кузовпен арбаның байланысы және олар өзара қос доңғалақты жүксіздендіруге себеп болады. Рессорлы массасының тербелісін кос доңғалақ жүктемесінің рессордың серпімділігінен айнымалы белгіде өзгеруі және жақты арбаның буксты кескінде үйкеліс тудырады. Электровоздарда пневморессорды қолдану вертикалды динамиканы жақсартады: кузовтың дірілі үдетілуі 1,6 -2,5 есе төмендеді, ал арбада - 1,4 - 1,6 есе. Швейцар, француз және югослав темір жолдарының мәліметі бойынша топтык жетекті қолдану ілінісу коэффициентін 10-нан 35 %-ға дейін жоғарылатады. Рессорланған массаның тербелісінен доңғалақтан 50 -60 кН жүктемесі алынады, ал рельс түйспесіндегі соққылардан — 70 кН дейін. 80 км/сағ жылдамдықта қос доңғалақ 40 %-ға статикалық жүксізденеді. Жоғары жылдамдықты қозғалыста донғалақ пен рельстің түйісу ұзақтығы қысқарады, қос доңғалақтың жүксізденуі және оның сырғанауының қатысты жылдамдығы өседі, оның салдарынан тайғанау пайда болады. Тайғанау процессінде сырғанаудың қатысты жылдамдығы одан сайын өседі, сырғу үйкелісінің коэффициенті төмендейді. Механикалық энергияның көбі айналудағы масса үдетуге кетеді, оның салдарынан кауіпті қирама тайғанауға соқтыру мүмкін.

Топтық жетекте қос доңғалақтар механикалық дәнекерленген және бір қос доңғалақта пайда болған тайғанау олардың барлық массасымен жойылады. Ілінісуге қозғаудың тангенциалды күшінің әсері мен шамасы әсер етеді. Бұл күштер локомотив қуатына электрлік беріліс қасиетіне, тартым сипаттамасының қаттылығына, қос доңғалақ пен рельстің түйіспе беттерінің күйіне тәуелді. Қозғалыс барысында бойлық күштер пойыз қозғалысына келтірілетін кедергінің өзгеруінен, маишнист бақылаушысын сатылы ауыстырып қосудан, әлсіз қозу сатысының өзгеруінен, тартым қозғалтқышын байланыстырудың сұлбасы өзгеру салдарынан өзгеруі мүмкін.

Пойыз орнынан қозғалған кезде және екпін алғанда жанама тартым күшінің ауытқуы 20 % жетеді, ол ілінісу бойынша тартым күшін 10 % дейін кем төмендетпейді. Тартым қозғалтқышының қозуылық сатылы өзгеруі тартым қозғалтқышылық 15 тен 30%-ға дейінгі аралықта ауытқуымен жүргізіледі. Өту рельсінің жұмыс істеу синхрондылығы бұзылғанда тартым қозғалтқышы әр түрлі режимінде жұмыс істей алады. Пайдалануда қозу орамасының температурасы кең аралықта ауытқуы болады (150°С дейін), олардың электрлік кедергісін екі есе өзгертеді. Оған тартым күшімен қозғалыс жылдамдығы тәуелді.

Локомотивтің тартым сипаттамасы мен тартым қозғалтқышының қозу тәсілінің өзара байланысы ілінісу бойынша тартым күшін пайдалану дәрежесіне айтарлықтай әсер етеді. Локомотивтің тартым сипаттамасы қаттылық коэффициентімен бағалайды: х = қозғалыс жылдамдығының өзгеруіне қарай ТЭҚ ден жасалатын тартым күшінің өзгеру дәрежесін қаттылық коэффициентімен бағалайды: тартым сипаттамасы тік болған сайын, қаттылыгы көп болады, сырғанау жылдамдығы төмен болғанда ол ілінісу сипаттамасымен қиылысады, бірақ тайғанаудың болуы ықтимал. Пойыздың екпіндеуі кезінде тайғанауды болдырмау үшін тартым генераторының сыртқы сипаттамасы қосу тоғының шегінде шектелуінен тік құлайтын учаскесі ие. Сыртқы сипаттамасы кернеу бойынша біршама қатты тартым генераторын колдану тайғанауға қарсы тұрақтылықты жоғарылады.

Ілінісу қаттылығы х=- мұндағы - ілінісу коэффициенті. Ол доңғалақтың сырғанау жылдамдығына ілінісу коэффициентінің өзгеру қарқындылығын сипаттайды. Тайғанауға қарсы тұрақтылықты жоғарылату үшін тартым сипаттамасының қаттылығы ілінісу сипаттамасының қаттылығынан асуы қажет.

Тартым электрлі қозғалтқышының сипаттамасы қозу түріне тәуелді. ТЭҚ-тың қадамды (последовательно) қозуында жұмсақ сипаттамалары болады, ал тәуелсіз қозуында - қыттылық сипаттамаға ие.

Салыстыру үшін 2.5 суретте локомотивтің тартым сипаттамалары берілген - ТЭҚ тізбектей (қисық /) және тәуелсіз (қисық 2) қозуымен.

Екі локомотивте бірдей режимде таза рельспен қозғалып келе жатыр және ілінісу бойынша тартым күшінің 3 бірдей теуелсіздігі бар деп есептейік. Одан кейін олар кірленген рельспен жүріп олардың ілінісу бойынша тартым күштері төмендеді (қисық 4). Тартым күшінің және ілінісудің тең болғандығы осы жерде бұзылады, және тек қана б нүктесінде тізбектей қозуы бар қозғалтқыштардың және в нүктесінде тәуелсіз қозуы бар қозғалтқыштардың орнықты қозғалысы болады. Жұмсақ сипаттамаларында орнықты қозғалыс үшін қозғалыстың жылдамдығы v_n мәніне төмендеді, ол қатты сипаттамаларындағы v_h, мәнінен бірталай үлкен. Жұмсақ сипаттамаларында Ғ_К0 тартым күшінің азайғаныда қатты сипаттамаларға Ғ_КИ қарағанда да бірталай көп. Осыдан, катты сипатамасы бар локомотивтердің тайғанауын тоқтату үшін тартым күшін аз ғана азайту керек, сондықтан олар тайғанауға қарсы үлкендеу орнықтыға ие және ілінісу бойынша тартым күшін колдануы жұмсақ сипаттамалары бар локомотивтеріге қарағанда 10 - 15 % көп. Бірақ тәуелсіз қозулы қозғалтқыштардың тартым сипаттамаларының шәшілуі кейбір ТЭҚ тартым, ал басқалары — генераторлы режимде жұмыс істеуіне себеп болу мүмкін:

2.5-сурет Жұмсақ және қатты тартьш сипаттамаларындағы тартым күштері.

№23 Лекция

Поезд қозғалысының кедергісі.

21.1 Жылжымалы құрамға әсер ететін басқарылатын күштер

Қозғалыстағы пойызға әр түрлі ішкі және сыртқы күштер әсер етеді. Механикадан белгілі, ішкі күштер жүйенің ішінде теңестіріледі және осы жүйесінің қозғалысына әсер етпейді. Жүйенің қадамды (поступательно) қозғалыс сипаттамасына тек қана бағытқа қарай немесе бағытқа қарама қарсы сыртқы күштері немесе олардың құрамдары әсер етеді.

Сондай сырқкы күштер, пойыз деп аталатын механикалық жүйесіне әсер ететіне, локомотивтің тартым күші Ғ_л, тежегішті қолданған уақытта пайда болатын тежеу күші В, және қозғалысқа кедергі жасайтын күші IV болып табылады. Қозғалысқа кедергі жасайтын күшіне W пойызға және оның қозғалысына әсер тигізетін барлық сыртқы күштерді жатқызады.

Тартым күшін және тежеу күштерін басқарылатын деп атайды, оларды машинист реттей алады. Қозғалысқа кедергі жасайтын күштерге машинист әсер еталмайды, сондықтан оларды басқарылмайтын деп атайды.

Тартым күші пойыз козғалысының бағыттына қарай бағытталған, ал тежеу күші қарама қарсы бағытқа жұмсалған. Қозғалысқа кедергі жасайтын күштер де, ереже сияқты, қозғалыстың бағытына қарама қарсы жұмсалған. Тек еңіспен жүргенде ғана ол басқаша қаралады. Ол туралы келесі сәйкес параграфында қарастырылады.

__ _____£> Джакупов Н. Р.. Маханова А.К., Туруспаев С. У., 2009

Механика заңы бойынша, нүктеге немесе механикалық жүйеге әсер тигізетін бір неше күштерді бір тең әсер ететін, күшпен ауыстыруға болады. Пойыз тартымында ол үдеулі күш Ғ_у деп аталады:

Ғ_У=Ғ_к-W-В_Т (3.1)

Тежегіш қолданылған пойызды локомтивпен тартуы мағынасыз болғандықтан, үдеулі күштің барлық үш құрайтындары пойызға бір уақытта әсер етпейді. Берілген моментінде пойызға қандай күштер әсер ететіннен тәуелді, қозғалыстың келесі режимдері болады:

тартым режимі, яғни тартым күші Ғ_к және қозғалысқа кедергі жасайтын күштер W болған кезде:

Ғ_У=Ғ_К- W;

тартым және тежеу күштері жоқ кездегі екпіндеу режимі, яғни пойызға тек кана кедергі жасайтын күштер қалғанда:

Ғ_У = - W;

тежеу режимі, яғни кедергі жасайтын күштерге тежеу күші В_т қосылады:

Ғ_у= -( W + В_т).

Кері таңбалы (минус) мағыналы үдеулі күшті баяулатқыш күштеп атайды.

Есептерді жеңілдету үшін күштердің меншікті мағынасын қолданған жөн. Олар пойыздың килоньютондағы салмағына келтірілген ньютондағы күштерге тең. Пойыздың салмағы СИ жүйесінде т массаны ауырлық күштің үдеуіне g = 9,81 м/с^: көбейтуменен анықталады. Меншікті тартым күші f_k, қозғалысқа меншікті кедергі күштер w, меншікті тежеу күші Ь_Т және меншікті үдеулі күші f_у Н/кН, келесі теңдеулермен көрсетіледі:

Ғ_к= Ғ_к/(mg); w = W/(тg); Ь_Т= В_т/(тg); f_y= Ғy/(тg). (3.2)

(3.1) теңдеудің оң және сол жағын пойыздың салмағына бөлсек табамыз. Н/кИ,

F_y =f_k-w-b_т (з.з)

Пойыздың қозғалысына әсер ететін күштерін қарастырғанда, пойызды барлық массасы соған келтірілген материалдық нүкте деп санайды. Осындай ауыстыру есепте үлкен қателік (погрешность) әкелмей пойыздың қозғалыс сипатымен байланысты тапсырманың есебін жеңілдетеді. Ал, пойыздың күштерін механикалық жүйесі ретінде қарастырылған жағдайда, барлық саналып шыққан күштерді донғалақ құрсауына әкеледі және доңғалақ пен рельстің тиген нүктесіне келтіреді.

3.2 Тартым күшінің пайда болуы. ''"

Электрлі жылжымалы құрамда және электрлі берілісі бар тепловоздарда тартым электрлі қозғалтқыштың орауынан тоқ жүргенде (бас полюстың катушкаларымен шығаратын магниттык ағыны мен жәкірдің орамының өткізгіштегі (проводник) тоқтын өзара қарым қатынас арқылы) айналмалы момент пайда болады. Ол момент тісті беріліс (редуктор) арқылы доңғалақ жұбына беріледі. Бірақ бір айналмалы момент тартым күші пайда болуына жеткіліксіз. Осы кезде пайда болатын күштер пойызға қарағанда ішкі күштер деп саналады және олар пойызды қадамды (поступательно) қозғалталмайды. Егер, доңғалақ жұбын рельстен көтерсе онда оның айналуы пойыздың қозғалысына әкелмейді. Поступательді қозғалыс алу үшін ішкі күштер арқылы сыртқы күштерін шығару керекті. Оны доңғалақтың рельспен ілінісу арқылы жеткізіледі. 1 суретте доңғалақ көрсетілген, оған сағат стрелкасы бойынша айналмалы момент М келтірілген. Доңғалақ рельске Р₀ күшімен қысылған.

М _к айналмалы моментін Ғ₁, Ғ₂, қос күшпен ауыстыруға болады. Ғ₁ күші доңғалақтың О орталығына келтірілген, ал Ғ₂, күші рельспен тиіп тұрған А нүктесінде доңғалақ құрсауына әкелінген. Ғ₂ мен Р₀ күштердің әсерінен оларға тең және қарама қарсы бағытталған рельс жағынан реакциялар пайда болады, Ғ пен R күштері пойызға қарағанда сыртқы күштер болып саналады. R күші қозғалыстын бағытына перпендикулярлы бағытталған және оның сипатына әсер етпейді. Рельстің реакция күші Ғ пойыз қозғалысына қарай бағытталған, айналмалы моменттің әсерінен және доңғалақтың рельспен ілінісуінен пайда болған, тартым күші болып табылады. Доңғалақтын рельспен ілінісу арқылы керекті тіреу пайда болады, содан итеріліп доңғалақ қозғалысын бастайды. А нүктесінде доңғалақ ілінісу күштері арқылы жылжымағандықтан ол Ғ₁ күшінің әсерінен мгновенный айналу орталығы - А нүктесіне қарағанда аударыла бастайды. 'Мгновенный айналу орталығы рельстің бастиегі бетінен сол жақтан оңға қарай жылжығандықтан доңғалақтың орталығы да (О иүктесі) сол бағытта қадамды қозғалады.

3.1-сурет. Тартым күші пайда болатын сұлбасы

Қарастырылған процестерді доңғалақтан доңғалақ жұбына келтіруге болады. Доңғалақ жұбының екі доңғалағына да әсер ететін Ғ күші қозгалыс доңгалақ жұбының жанама тартым күші болады. Барлық қозғалыс доңғалақ жұбының Ғ күшінің қосындысын локомотивтің жанама тартым күші Ғ_к немесе жай ғана локомотивтің тартым күші деп атайды.

Локомотивтерді сынаудан өткізгенде тартым күшін автотіркегіш аспабымен өлшейді. Осы тартым күші Ғ_ц қозғалыстың тұрақты жылдамдығында локомтивтің қозғалысына кедергі күштерін W'_к алу жағдайында жанама тартым күшіне тең. Жылдамдықты көбейту жағдайында локомотивтің кинетикалық энергиясының қорын көбейтуге жұмсалатын тартым күшінің Ғ_кэ бөлігін қосымша алу керекті, ал жылдамдықты азайту жағдайында - сондай күшті қосу. Сондықтан, жалпы жағдайында

Ғ_а=Ғ_К-W'_К±Ғ_kэ (3.4)

Осы формуланы автотіркегіш аспабында белгілі тартым күші бойынша, өзгерілмейтін қозғалыстың жылдамдығы бойынша (Ғ_кэ= 0) және белгілі локомотивтің қозғалысына кедергілері бойынша тартым күшін анықтау үшін колданады немесе дәл сол жағдайда - автотіркегіште өлшелген тартым күші бойынша жанама тартым күшін анықтау үшін.

Пойыз козғалысының кедергісіне сыртқы басқарылмайтын пойыздың қарама қарсы бағытталған күштерді жатқызамыз. Ол күштерді де, тартым күштерін сияқты, доңғалақ пен рельстің түйскен нүктесіне келтіріледі. Қозғалыстын кедергі күштерін пойыз қозғалысында әр қашан әсер ететін негізгі және жолдың бөлек учаскілерінде ғана немесе уакыттың бөлек периодтарында пайда болатын қосымша кедергілеріне бөледі. Негізгі және қосымша кедергілердің соммасын пойыз қозгалысына жалпы кедергісі W_к деп атайды.

Пойыз қозғалысына кедергісі локомотив қозғалысына W және құрамның қозғалысына кедергі күштердің W қосындысынан тұрады. Ал құрам қозғалысына кедергісі болса вагондардың қозғалысына кедергі күштердің қосындысы болады.

Есептерде қозғалысқа кедергі меншікті күштерін қолданады, яғни, ньютонда көрсетілген пойыздың 1 кН салмағына әкелінген күштер.

Тұрасызықты горизонталды жолмен қозғалғанда әсер ететін қозғалысқа негізгі кедергі күштеріне W₀ көбінесе жылжымалы құрамның мойынтректеріндегі үйкеліс, жылжымалы құрамның доңғалақ жұбының рельстермен қарама қатынас және жел жок кезде ауа ортаның кедергісі жатады.

Пойыз қозғалысына кедергі күш - бұл доңғалақ жұбының қарауна келтірілген және пойыз қозғалысына қарсы бағытталған сыртқы басқарылмайтын күш.

3.3 Жылжымалы құрамның мойынтректеріндегі үйкеліс күші

3.2 суретте сырғанау үйкеліс мойынтрегі көрсетілген. Жылжымалы құрамдағы ось мойынына жүктеме q₀₁, әсер еткенде және доңғалақ жұбының сағаттын тілі бойымен айналғанда үйкеліс күші пайда болады. Осы күш q_о1 күштің үйкеліс коэффициентінің көбейтіндісіне тең. Күш q_о1 ось мойынның радиусына d/2 көбейтілгенде айналымға кедергі моментін береді (момент сопротивления вращению).

М= q_о1 d/2

Осы кедергі моментін өзіне тең доңгалақ пен рельс тиген нүктесіне келтірілген а күші бар момент М₂ мен ауыстырамыз

М₂= аD/2.

Момент М₂ доңғалақ айналым бағытына қарама-қарсы әсер етеді. Пойызды алғанда ішкі болып саналатын күш а өзіне тең пойыз қозғалысына қарама-қарсы бағытталған сыртқы рельстің горизонталды реакциясын W_тр - мойынтректегі үйкелісінен пайда болатын пойыз қозғалысына кедергі күшін тудырады. Күштер W_тр мен а және моменттердің М₁ мен М₂ теңдігінен аламыз

W_mp = а = q₀₁. d/D

Осы формуладан белгілі қозғалысқа кедергі күшіне рельстен доңғалаққа түсетін жүктеме, үйкеліс коэффициенті және ось мойынның диаметрінің доңғалақ диаметріне қатынасы әсер етеді.

3.2-сурет. Буксты мойынтректердегі үйкелісінің әсерінен қозғалысқа кедергі күштерінің пайда болуы

3.4 Доңғалақтың рельспен тербелісі кезіндегі үйкеліс күші

Осы күш доңғалақ пен рельстің сүйеніш беттерінің (опорные . поверхности) деформациясы және жолдың отыруы (просадка пути) арқылы пайда болады. 3.3. а-суретте доңғалақ қозғалмай тұрған қалпында көрсетілген. Жүктеменің q₀ әсерінен доңғалақта рельсте деформацияға ұшырайды, соның нәтижесінде олар АВ-ға тең ұзын осьті элипс формасы бар алаңшада бір біріне тиеді. Q₀ күшіне рельс жақтан барлық алаңша бойынша вертикалды оське қарағанда симметрикалық реакция күштері пайда болады. Осы күштердің тең әсерлі күш R вертикалды бағытталған және q₀ күшті теңдейді.

3.3-сурет. Доңғалақ пен рельстің деформациясы: о — статикалық қалпында; б - доңғалақтын рельспен тербелісі кезіндегі үйкеліс күші пайда болғандағы қозғалыс кезі.

Негізгі және қосымша кедергі күштердің сомасын пойыз қозғалысына жалпы кедергі күштер деп атаймыз W_k.

W_k пойыз қозғалысына жалпы кедергі күші, Н

w - пойыз қозғалысына меншікті кедергі күші, Н/кН

W_k =

1тк=10кН; 1 кгк=10H

W₀= W"о + W"о, Н

W'о = Р w'о ; W"о = Qw"о

3.5 Негізгі кедергі күштер

1. Жылжымалы құрамдағы мойынтіректің үйкеліс күші.

w_тр= Р d/D, (0,5-1 Н/кН) '■'■'•

2. Доңғалақтың рельс бойымен тербелісінің үйкеліс күші.

wтрк = Рт/R, (0,2-0,4 Н/кН)

3. Доңғалақтың рельс бойымен сырғанауының үйкеліс күші.

(0,15-0,4 Н/кН)

4. Жолдың қисығында (түзуеместігінде, тегісіздігінде) "¹ соққылардан шыққан кедергі күші.

(0,05-0,5 Н/кН)

5. Ауа ортасының кедергі күші (аэродинамикалық кедергі күші).

3.6 Қосымша кедергі күштер

1. Еңістің (өрдің) қосымша кедергі күші

wi=i*g, Н/т g = 9,81 см/с

2. Пойыз қозғалысындағы қисық жолдың қосымша кедергі күші

wr = 700/Sс , Н/кН

3. Орынан қозғалуының қосымша кедергі күші

wкач = 28/q+7 (роликті мойынтрегі бар жылжымалы кұрамға)

wск= 142/q+7 (сырғанау мойынтрегі бар жылжымалы құрамға)

4. вагонның астындағы генераторлардың қосымша кедергі куші.

5. Қоршаған ауаның төмен температурадағы қосымша кедергі күші (метео шартымның ықпал жасау)

При t>-35 С° кнт= 1

6. Желдің қосымша кедергі күші (метео шартымның ықпал жасау)

=

жағдайда к_в =1

W_my= *k_HT*k_B

3.7 Пойыз қозғалысының кедергі күштерін азайту жолдары

Құрылым шараларға біз келесілерді жатқызамыз:

Жүк вагондарды букс мойынтректен роликті мойынтректерге ауыстыру (кедергісін 10-20 % азайтады, орнынан қозғалғанда 4-5 ретке);

түйспелі жолдарын түйспесіз жолдарға ауыстыру, темір жолдың үстіңгі полотносын күштілеу (жолдың үстіңгі жағының отырысын азайтатын щебенка негізіндегі темірбетонды шпалдарды қолдану, шпалдарды 1 погонды метрге көбейту);

Жылжымылы құрамның типі және жұмыс режимі	Жолдың түрі
	түйіспелі	түйіспесіз
Тепловоздар, электровоздар тартым режимінде
Тепловоздар, электровоздар бос жүрісінде
Жүк тиелген жүк вагондар q>6т
4-осьті сырғанау мойынтіректі және 6-осьті тербеліс мойынтіректі
4-осьті сырғанау мойынтіректі және рефрижераторларға
8-осьті тербеліс мойынтірект і
Жолаушы вагондар (160км/сағ дейін жылдамдыққа)
Тербеліс мойынтіректі бүтін металды вагондар

вагон тарасының массасын азайтуы жүктің пайдалы массасын көбейтуге мүмкіндік тудырады;

жылжымалы құрамға ағымды форма беру (придание обтекаемой формы ПС);

жол пішінің жұмсарту (смягчение профиля пути, уменьшение допуска на уширение колеи);

темір жол бойында орманды сызығын отырғызу;

вагондардың остік жүктемесін көбейту (вагондарды жүкпен толық толтыру).

Ұйымдастырмалы-техникалық шараларға жатады:

Жол мен жыжымалы құрамның жүру бөлшектерінің іске жарамды қалпы (исправное состояние ходовых частей ПС и пути), бөлшектердің жоғары тозуын аз уақытында жою (своевременное устранение повышенных износов деталей);

пойыздың тежеу жүйесін іске жарамды қалпында ұстау, буксты сырғанау мойынтректердің мезгіл қысқы майлауға өз уақытында ауыстыру, тоқтату санын қысқарту жөне тұрақтардың уакытын азайту (сокращение числа остановок и снижение продолжительности стоянок (сопрот. при трогании));

жол бойындағы белгілерін рационалды орнату, құрамды бір типті вагондардан құрастыру (8-ості, 6-ості, одан кейн 4-ості, бос вагондарды жүк вагондардың алдына қоюға).

— локомотивтің қозғалысына келтірілетін негізгі меншікті кедергі, Н/кН;

вагон қозғалысына келтірілетін негізгі меншікті кедергі Н/кН;

мен өлшемдерді есептік жылдамдықты алғанда 3.1-кестеде жөне 3.4 формуламен анықталады.

Пойызды әр түрлі вагондардан құрастыру кезінде вагондардың проценттік орналасуымен анықталады келесі формуламен

(3.4)

мұнда - құрамдағы сегізосьті, алтыосьті, төртосьті вагондарға сәйкес үлесі (доля).

3.1-кесте

Локомотивпен вагондардың негізгі меншікті кедергілерін анықтайтын

формулалар

Ескерту. Мұндағы формулаларда - берілген вагондардың

топтарына осьтан рельске жүктемесі (берілгендеріне қара).

Локомотивтің есептік тартым күшінің және қозғалыстың негізгі

меншікті кедергісінің мәндерін ТЕЕ-дегі локомотивтің есептік

жылдамдығына ушін анықтайды. Локомотивтің есептік жылдамдығын таңдауды келесі ережелермен табылады:

а) электровоздар үшін есептік жылдамдықты тартым күшінің ілінісу жағынан шектеу (немесе максималды тоқпен) және автоматикалық сипаттамасының біреунің сызықтарыньң қиылысқан нүктесінде алынады;

б) тепловоздар үшін — электрлі козғалтқыштың ұзак режимінде жұмыс істеген шарт бойынша.

4.1-сурет. Доңғалақка әсер етуші күштің сұлбасы. Мұндағы, к-өлщеу смистемасына туелді коэффициент - генерациялы электрлі қуат, режиміндегі қозғалтқыш, қозғалыс жылдамдығы