п.з. (1219528), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Режим работы электровозов на отечественных дорогах при реализуемых силах тяги на тяжелых подъемах приводит нередко к интенсивному боксованию колес, повышенному износу бандажей и рельсов, и значительному расходу песка. Так снижение толщины бандажей грузовых электро­возов с учетом нарастания проката бандажей и обточек колес значительно и составляет ориен­тировочно от 0,5 до 1,5 мм на 10 тыс. км пробега. Фактически в настоящее время расчетный коэф­фициент сцепления устанавливается без учета неизвестных пока экономических последствий этих явлений, и может быть назван техническим значением ψ_к. Критерием для его установления является практически приемлемая для дорог надежность движения полновесных поездов по тяжелым подъемам при плохих условиях сцепления. Есть попытка связать эту величину с ве­роятностью «растяжки» поезда на подъеме. Задача более точного установления технического значения ψ_к в отличие от экономически опти­мального ψ_ко может быть решена на основе об­щей проблемы влияния надежности технических средств на работу участка.

В исследованиях А. Л. Лисицина и А. С. По­тапова (ЦНИИ МПС) показано, что при нараста­нии весов поездов (т. е. ψ_к) провозная способ­ность участка вначале растет, а затем достигает максимума и начинает падать за счет увеличения количества растяжек, что вызывает снижение заполнения пропускной способности. Эта зави­симость и может быть основанием для опреде­ления технического значения ψ_к.

Методика опытного определения ψ_к у электровозов за последние 10-15 лет сущест­венно изменилась. Обычно считается, что непо­средственно перед срывом сцепления существо­вала сила тяги F_ψ ограниченная сцеплением при данной скорости v. Область точек F_ψ(v) яв­ляется областью силы сцепления, на основе ко­торой и строится тем или иным способом кривая ψ_к(v). Однако, с одной стороны, срыв сцепления не всегда характеризует само сцепление: напри­мер, он мог произойти вследствие резкого сни­жения уровня сцепления или разгрузки оси на неровности пути. Тогда сила тяги до срыва была ниже ограничения по сцеплению, а после срыва–выше, и поэтому полученная точка не определяет величины силы сцепления. С другой стороны, при реализации больших сил тяги, ха­рактерных для дорог России проис­ходят интенсивные пробоксовки колес локомо­тивов. При этом сила тяги колеблется и качест­венно выглядит так, как показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Качественная зависимость силы тяги электровоза от времени F(t) при работе со средней расчетной силой тяги F_кс

Если принять, как обычно, что вес поезда посцеплению находится при равновесной скорости, то реально его определяет средняя сила тяги за время движения по расчетному подъему t_р

, (3.1)

где t_р – время движения по расчетному подъему, мин;

F – средняя сила тяги на заданном участке, кН.

При обработке результатов испытаний ос­циллограммы токов групп тяговых двигателей за время движения по тяжелому подъему раз­деляют на участки, на которых происходят пробоксовки (не разносное боксование) в группах двигателей, и графически определяют среднее значение F_ксна каждом участке. Каждая опыт­ная точка охватывает движение на отрезке пути от нескольких сотен метров до нескольких кило­метров (в зависимости от условий испытания). Глубина, продолжительность и частота пробоксовок при данной средней силе тяги и сцепном весе электровоза зависят от конструкции механической и электрической части электровоза, опытности машиниста, качества песка и его подачи, условий сцепления. По данным ряда опытных поездок получают область точек. F_кс(v),на основе которой строят кривую ψ_к(v) поль­зуясь, например, методами вероятностной об­работки опытных данных. Естественно, что область точек F_кс(v)лежит ниже области F_ψ(v)перед срывом сцепления.

Проведенные ЦНИИ испытания электровозов серий ВЛ80 и оборудованного ЭСО электро­воза ВЛ60^к показали, что средняя линия области опытных точек F_кс(v)лежит примерно на 20% ниже области точек F_ψ(v). Вообще же это соот­ношение должно быть своим для каждого слу­чая.

Методика усреднения силы тяги, т. е. опре­деления F_кс дает удовлетворительную точность. Так, масса поезда для электровоза 2ЭС5К в 6300 т, установленная при испытаниях ЦНИИ на тяжелом грузонапряженном участке переменного тока, была в дальнейшем увеличена до 6400 т на основе опыта многолет­ней эксплуатации. Для электровоза ВЛ80 по дан­ным для одного сложного участка постоянно­го тока была рекомендована масса поезда в 6400 т, для другого – 6000 т. Корректировка на ос­нове опыта эксплуатации дала массы поездов соот­ветственно 6400 и 6000 т. Таким образом, мож­но говорить о точности в несколько процентов.

Тем не менее указанная методика не являет­ся удовлетворительной по следующим причинам: глубина и количество пробоксовок, оцениваемые по осциллограммам токов тяговых двигателей, при которых определяется F_ксничем не регла­ментированы, а принимаются экспертным поряд­ком по опыту исследователя, что, естественно, не является объективной количественной оцен­кой. При испытаниях не измеряется скольжение колес. Между тем, если оно выходит за пределыупругого скольжения в область боксования, то это вызывает потерю силы тяги, весьма сущест­венную при значительных скольжениях. Поэто­му процессы скольжения, являющиеся случай­ными, характеризуют режим работы локомотива по сцеплению на расчетном подъеме. Они долж­ны служить основой для сопоставления тяговых свойств локомотивов разных конструкций, т. е. для установления и сравнения свойственных им технических значений коэффициента сцепления. С другой стороны, скольжение определяет износ бандажей на 90% и более, а также влияет на износ рельсов. Поэтому процессы скольжения целесообразно учитывать при установлении экономически целесообразного значения коэф­фициента сцепления.

В известной мере о характере скольжения колес можно судить по статистическим данным о колебаниях токов тяговых двигателей. Однако вероятностная обработка полученных при испы­таниях осциллограмм не может производиться немедленно или в короткое время после данной опытной поездки из-за отсутствия технических средств для этого. Поэтому возможности пла­нирования последующих опытных поездок по результатам предыдущих ограничены и реально основаны на тех же экспертных оценках.

В последние годы предложен и частично вне­дрен в эксплуатацию ряд ЭСПС в целях увели­чения весов составов; идет работа по созданию электровозов с повышенным давлением от оси на рельсы до 25-30 тс, на которых будут при­меняться ЭСПС, плавное регулирование напря­жения, мономоторные тележки, наклонные тяги и другие новые решения конструкции электроретических исследований Крафта следует также, что при конусности бандажей 1/20появлении разницы радиусов колес в 1% и зазора в колее 1 мм коэффициент сцепления, например, при скорости 40 км/ч снижается на 7% за счет сколь­жения колес. По Крафту нагрузки от оси на рельсы с 10до20 тс вызывает умень­шение коэффициента сцепления на 20%, а уве­личение диаметра колес с 0,8 до 1,2 м– возра­стание на 10%. В работе указывается также, что при перераспределении нагрузок колесных пар в неблагоприятных случаях уменьшение на­грузки может достигать 20 %.

По данным ЦНИИ разгрузки колесных пар от неровности пути в динамике достигают 25-30% при их продолжительности 0,02-0,03 с и вызывают боксование. Типичные значения жесткости пружин рессорного подвешивания колеблются в основном в пределах +6-7%, а статическая развеска по осям – в пределах ±2-3% исключая особо значительные откло­нения. Все эти факторы, а также и другие действуют в эксплуатации на расчетную силу тяги по сцеплению. Поэтому и изучение явлений в эк­сплуатации должно производиться в комплексе, тем более, что исследовать каждый из факторов в отдельности невозможно, так как их нельзя выделить в чистом виде. Это подтверждает, что при решении вопросов о расчетном необходимо вести статистические исследования скольжения колес.

Такие исследования важны также в целях изучения электромагнитных процессов при работе электровоза на грани сцепления, при классическом последовательном возбуждении тяговых двигателей, различных ЭПС и новых конструкциях механической части в целях создания системы динамического управления локомотивом (ДУ). Динамическое управление состоит в автоматическом регулировании силы тяги электровоза на основе системы, следящейза сцеплением колес с рельсами (ССС). Предположительно си­стема ДУ совместно с ЭСПС может дать повышение расчетной силы тяги при существующей сейчас подаче песка на 30%.

Отметим, что построение ССС должно быть таким, чтобы скольжение колес при всех усло­виях ограничивалось областью крипа. В этом случае износ колес и рельсовнесмотря на мак­симальную тягу, будет существенно сокращен такого регулирования был получен, однако не с целью создания системы ДУ на ос­нове ССС, а для выравнивания скоростей вра­щения колес друг с другом в системе автомати­ческой стабилизации сцепления (АСС).

Выводы:

• используемый на практике рас­четный коэффициент сцепления является тех­нической величиной, устанавливаемой без учета износа колес и рельсов. Его применение связано с напряженной работой сети железных дорог России;

• установление технико-зкономически оп­тимального расчетного коэффициента сцепления для современных и перспективных электровозов, в особенности с ЭСПС, требует статистического изучения скольжения колес, как фактора, ин­тегрально учитывающего условия реализации сцепления колес с рельсами во всем их реальном многообразии;

• изучение скольжения колес и электромаг­нитных процессов в приводе электровозов долж­но лечь в основу создания динамического управ­ления электровозов на основе слежения за сцеп­лением колес с рельсами.

Известно, что коэффициент сцепления y колеса с рельсом определяется силой сцепления F_сц и нагрузкой Р от колеса на рельс

. (3.2)

А коэффициент трения скольжения μ между различными материалами - в соответствии с законом Амонтона - Кулона уравнением

, (3.3)

На рисунке 3.2 приведена зависимость коэффициентов сцепления и трения скольжения между заторможенным колесом и рельсом от скорости.

1 – ψ по Пуаре (1852 г.); 2 – ψ по Михелю и Виккерту (1927 г.); 3 – ψ по Мюллеру (1928 г.); 4 – ψ по Пароди и Тетрелю (1935 г.); 5 – ψ по Котеру (1937 г.); 6 – ψ для железных дорог России (1986 г.); 7 – ψ для европейских железных дорог (1974 г.); 8 – среднее значение ψ

Рисунок 3.2- Зависимость коэффициентов сцепления ψ и трения скольжения μ от скорости

Видно, что значения коэффициента трения скольжения практически в 2 - 3 раза меньше, чем коэффициента сцепления. Однако сравнивая зависимости (3.2) и (3.3), можно сделать следующий вывод: коэффициенты сцепления колеса с рельсом и трения скольжения определяются одинаковыми формулами и, следовательно, должны быть равны друг другу, так как сила нормального давления P от колеса на рельс в обеих формулах одинакова, а силы трения скольжения и сцепления равны друг другу, поскольку обе являются касательными к ободу колеса, имеют одинаковую физическую природу и возникают благодаря преодолению межмолекулярных сил и шероховатостей контактирующих поверхностей.

Характеристики

Список файлов ВКР