Образование силы тяги
16. Образование силы тяги.
При подаче U на обмотки тягового двигателя, на обмотках тягового двигателя течет ток, образуется вращающий момент, якорь тягового двигателя вращается и через зубчатую передачу вращающий момент передается на колесную пару Мк. Колесо колесной пары прижато к рельсу с силой Р0. Вращающий момент Мк можно заменить парой сил F1 и F2. Сила F1 приложена к центру колеса О, а сила F2 – к ободу колеса в точке А касания его с рельсом. Рельс закреплен! Под действием сил F2 и Р0 возникнут равные им и противоположно направленные реакции со стороны рельса, выраженные силами Fк и R, которые являются внешними силами. Сила R направлена вертикально и не влияет характер движения. Сила реакции рельса Fк и является силой тяги. За счет сцепления колеса с рельсом возникает необходимый упор. При этом силы F2 и Fк уравновешиваются. Под действием силы F1 колеса поворачиваются относительно точки А, как мгновенного центра вращения. Так как мгновенный центра вращения при этом перемещается по поверхности головки рельса слева направо, то и центр колеса (точка О) поступательно движется в том же направлении.
Сумма сил Fк всех движущих колесных пар локомотива называется силой тяги локомотива.
Сила тяги Fк не должна превышать силу сцепления колеса с рельсом. Fк ≤ Fк сцеп. В противном случае колесо теряет упор и начнется проскальзывание - боксование. Сила сцепления определяется произведением силы Р0 на коэффициент сцепления колеса с рельсом – Fсцеп = P0 x ψ.
Для локомотива Fсцеп = mл x g x ψ, где mл - масса локомотива, g – 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения, ψ – коэффициент сцепления.
Коэффициент сцепления зависит от материала рельса и колес, состояния их поверхностей, от скорости движения.
Природу силы сцепления часто объясняют наличием шероховатостей на поверхностях колеса и рельса. При таком рассуждении можно считать, что при наличии отшлифованных поверхностей сила сцепления меньше. Однако, практика доказывает, что при чистых и хорошо обработанных поверхностях сила сцепления выше. Сцепление колес с рельсами объясняется молекулярным сцеплением. Для увеличения сцепления колес с рельсами используют сухой кварцевый песок, который разрушает поверхностные пленки и твердые частицы внедряются в контактируемые поверхности.
Расчетный коэффициент сцепления локомотива ψк определяют по эмпирическим формулам для различных типов локомотивов и отдельно в кривых малого радиуса R менее 500 м; например для электровозов переменного тока
Рекомендуемые материалы
Под каждое колесо электровоза нужно подавать песка 400-700 г/мин летом и 900-1500 г/мин зимой.
Склонность колесных пар к боксованию возрастает с увеличением проката бандажей свыше 3÷4 мм и износа рельсов вследствие изменения формы и размеров площадки, по которой соприкасаются колесо и рельс.
Вращающий момент, действующий на колесо Мк = М х μ x ηn, где М – вращающий момент на валу якоря тягового двигателя; μ - передаточное отношение зубчатой передачи; ηn – К.П.Д. зубчатой передачи и моторно-осевых подшипников, который принимается равным 0,975.
Сила F1 действующая на буксу, и по III закону Ньютона букса на колесе действует с силой F3. Пара сил F3 и Fк определяют момент. Для условия равновесия колеса Fк х Dк / 2 = Мк, отсюда Fк = 2 Мк / Dк, или
Мощность электродвигателя Pдв = Uдв х Iн х ηподш,, а так же Pдв = Fк х V (H х км/ч), переводим км/ч в м/с = 1000/(60х60) = 1/3,6
Вместе с этой лекцией читают "План практического занятия ".
Pдв = Fк х V / 3,6, отсюда ;
Сила тяги электровоза:
, где N – число двигателей электровоза.
Как видно из формулы силу тяги локомотива можно изменить конструктивно изменением передаточного отношения зубчатой передачи или изменением диаметра колеса Dк.
При увеличении передаточного отношения зубчатой передачи сила тяги увеличивается, а при увеличении диаметра колеса Dк – уменьшается; при этом скорость движения будет изменяться наоборот. Поэтому, для пассажирских локомотивов не так важна сила тяги, как скорость, то =1,53,0, а для грузовых локомотивов не так важна скорость, как сила тяги, то =3,55,0.
Передаточное отношение - это отношение числа зубьев зубчатого колеса, расположенного на колесной паре, к числу зубьев шестерни, расположенной на валу якоря электродвигателя и показывает, во сколько раз медленнее вращается колесная пара по отношению якоря тягового электродвигателя.