Образование электрической тяги

17. Образование электрической тяги.

       При подаче U на обмотки тягового двигателя по его обмотках течет ток. Образуется вращающий момент. Якорь тягового двигателя вращается и через зубчатую передачу вращающий момент передается на колесную пару М_к. Колесо колесной пары прижато к рельсу с силой Р₀. Вращающий момент М_к 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 F_к и R, которые являются внешними силами. Сила R направлена вертикально и не влияет характер движения. Сила реакции рельса F_к и является силой тяги. За счет сцепления колеса с рельсом возникает необходимый упор. При этом силы F₂ и F_к уравновешиваются. Под действием силы F₁ колеса поворачиваются относительно точки А, как мгновенного центра вращения. Так как мгновенный центр вращения при этом перемещается по поверхности головки рельса слева направо, то и центр колеса (точка О) поступательно движется в том же направлении.

Сумма сил F_к всех движущих колесных пар локомотива называется силой тяги локомотива.

Сила тяги F_к не должна превышать силу сцепления колеса с рельсом. тягового двигателя. F_к ≤F_{к сцеп}. В противном случае колесо теряет упор и начнется проскальзывание - боксование. Сила сцепления определяется произведением силы Р₀ на коэффициент сцепления колеса с рельсом – F_сцеп = P₀ x ψ.

Для локомотива F_сцеп = m_л x g x ψ, где m_л - 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.

Расчетный коэффициент сцепления локомотива ψ_к определяют по эмпирическим формулам для различных типов локомотивов и отдельно в кривых малого радиуса R менее 500 м, например для электровозов переменного тока:

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.

Рекомендуемые материалы

Под каждое колесо электровоза нужно подавать песок 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.

Рекомендация для Вас - Типичные технические ошибки, допускаемые в процессе консультирования, способы их устранения.

Вращающий момент, действующий на колесо М_к = М х μ x η_n, где М – вращающий момент на валу якоря тягового двигателя, μ - передаточное отношение зубчатой передачи, которое определяется отношением числа зубьев зубчатого колеса к числу зубьев шестерни  μ= Z_k / Z_ш  , η_n – К.П.Д. зубчатой передачи и моторно-осевых подшипников, который принимается равным 0,975.

Сила F₁ действует на буксу и по III закону Ньютона букса на колесо действует с силой F₃. Пара сил F₃ и F_к определяют момент. Для условия равновесия колеса F_к х D_к / 2 = М_к, отсюда F_к = 2 М_к / D_к, или              

 Мощность электродвигателя Pдв = Uдв х Iн х η_n, а так же Pдв = Fк х V (H х км/ч), переводим км/ч в м/с - 1000/(60х60) = 1/3,6

        P_дв = F_к х V / 3,6, отсюда ;

Сила тяги электровоза:

, где N – число двигателей электровоза.