п.з. (1219528), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Одной из причин несоответствия коэффициентов сцепления и трения скольжения является неправильное представление об образовании сил тяги на ободе колеса и сцепления колес с рельсами, а вследствие этого неверное определение коэффициента сцепления. В теоретических и экспериментальных исследованиях электроподвижного состава в действительности определялся не коэффициент сцепления колеса с рельсом, а коэффициент тяги, так как сила тяги определялась на автосцепке.

Допустим, что к зубчатому колесу колесной пары в точкеА (рис. 3.3) приложена внешняя сила F_зк, а к оси колеса - сила сопротивления движению W.

Рисунок 3.3 - Образование силы тяги на колесе

Ввиду того что W препятствует перемещению колеса вдоль пути, внешняя сила стремится повернуть колесо вокруг его центра О. Однако этому препятствует сила сцепления F_сц, возникающая в месте контакта колеса с рельсом. Как видно, эти три силы образуют рычаг второго рода с плечами СО, ОА, а силы F_зк и F_сц стремятся преодолеть силу сопротивления движению. При этом обеспечивается равенство моментов

, (3.4)

где R_зк – диаметр зубчатого колеса, м;

R_б – диаметр колесапо кругу катания, м.

Из чего следует

и . (3.5)

Для обеспечения движения и равновесия системы необходимо, чтобы сумма внешней силы и силы сцепления была равна силе сопротивления движению, т. е.

. (3.6)

Из (3.6) следует, что сумма сил F_зк и F_сц уравновешивает силу сопротивления движению W и является силой тяги на колесе F_тк

. (3.7)

Подставляя в (3.7) значение силы сцепления F_сц из (3.5), получим уравнение, определяющее значение силы тяги на колесе

(3.8)

В соответствии с рисунком3.3 справедливо следующее уравнение моментов

, (3.9)

Откуда

. (3.10)

И в соответствии с (3.6) и (3.10) F_сц равна

. (3.11)

или

. (3.12)

Общая сила тяги на колесе равна силе сопротивления движению

(3.13)

Таким образом, сила тяги на колесе F_тк, обеспечивающая его поступательное движение, является суммой силF_зк и F_сц, образующих вместе c Wрычаг второго рода СОВ или СОА.

В тяговом приводе электроподвижного состава двигатель (рис. 3.4) через зубья малого зубчатого колеса воздействует на большое зубчатое колесо в точкеВ внешней силой F_зк.

В соответствии с третьим законом Ньютона в этой точке образуется противодействующая сила по величине равная F_зк. В результате действия крутящего момента М_д одновременно стремятся повернуться не только якорь и статор двигателя вокруг точки О₁ (с равными и противоположно направленными моментами М_д = М_ст), но и весь тяговый двигатель вокруг оси колесной пары О₂, обеспечивая при этом опирание тягового двигателя с силой F_п на подвеску двигателя в точке D или с силой F_p на колесную пару в точке N.

Рисунок 3.4 - Образование силы тяги в тяговом приводе электроподвижного состава

Только при этом условии обеспечивается образование действующей и противодействующей сил F_зк и . В противном случае двигатель будет вращаться вокруг оси колесной пары как планетарный механизм. Момент на колесной паре можно представить как сумму двух моментов .С учетом того что , , , где z- коэффициент зубчатой передачи, r_мзк - радиус малого зубчатого колеса (шестерни), можно записать

или , (3.14)

и определить силу, действующую на зубчатое колесо

. (3.15)

Полученное уравнение показывает, что сила в зубчатой передаче в 2 раза меньше, чем считалось до настоящего времени. Это в корне меняет представление об определении силы тяги на колесе, силы сцепления и коэффициента сцепления колеса с рельсом.

Подставляя в (3.5) значение F_зкиз (3.15), получим формулу, определяющую силу сцепления колеса с рельсом

. (3.16)

Подставляя значения сил из (3.15), (3.16) в (3.7), можно определить силу тяги на колесе по новому представлению

. (3.17)

или

. (3.18)

По существующей теории сила тяги - она же сила сцепления колеса с рельсом F_тк - определяется уравнением

. (3.19)

Если (3.18) разделить на (3.19), отношение значений силы тяги по новой и старой теории будет равно

. (3.20)

В таблице 3.1 приведены данные расчета по формуле (3.20).

Таблица 3.1 - Соотношение значений силы тяги, определенных по действующему и новому представлению

Из таблицы 3.1 и уравнения (3.20) следует, что сила тяги на колесе электровозов разных серий по новому представлению на 17 - 25 % больше, чем по существующей теории, и это является резервом повышения использования тяговых свойств локомотивов.

Приведенные здесь теоретические предположения по определению силы тяги на колесе проверены экспериментально на катковом стенде с тяговыми двигателями мощностью 750 кВт (табл. 3.2).

Таблица 3.2 – Результаты испытаний на катковом стенде

В ходе испытаний установлено, что крутящий момент генератора практически в 2 раза меньше, чем двигателя. Это значит, что только половина крутящего момента тягового двигателя обеспечивает вращение колесной пары, другая половина стремится повернуть тяговый двигатель вокруг оси колесной пары и оттолкнуть его от рельсов. Это подтверждает справедливость уравнения (3.16) и представления об образовании силы тяги на колесе подвижного состава.

Можно предположить, что уменьшение крутящего момента генератора происходит из-за того, что большая его часть теряется в зубчатой передаче, идет на покрытие потерь в подшипниках скольжения и качения, в контакте колесной пары и катка. Однако расчеты потерь на трение, проведенные в соответствии с правилами тяговых расчетов для поездной работы, показывают, что только 2,5-7 % величины момента, реализуемого двигателем, идет на покрытие потерь. Зная изменение величины силы сцепления колеса с рельсом F_сц в зависимости от крутящего момента тягового двигателя, можно определить соотношение сил сцепления и коэффициентов сцепления колеса с рельсом по новой и старой теориям. Разделив (3.17) на (3.20), можно получить соотношение силы сцепления на ободе колеса по новому представлению и действующей теории , которое показывает, что сила сцепления, а значит, и коэффициенты сцепления, определяемые по новому представлению, в 2 раза меньше, чем определяемые по действующей теории. Для российских и европейских железных дорог максимальные реализуемые в эксплуатации электровозами переменного тока значения коэффициента сцепления (трения скольжения) μ_сц в функции скорости можно определять по формулам (соответственно)

. (3.21)

и

. (3.22)

Сила сцепления колеса с рельсом в соответствии с (3.7) составляет только часть общей силы тяги электроподвижного состава. Для характеристики тяговых свойств электроподвижного состава целесообразно ввести понятие коэффициента тяги ψ_т, который можно представить как отношение силы тяги на колесе F_тк к нагрузке от оси на рельс P . Если силу сцепления F_сц, внешнюю силу F_зк и силу тяги на колесе F_тк представить формулами: F_сц = μ_сцP. коэффициент тяги для конкретного электроподвижного состава с заданными R_зк и R_б можно определять следующим образом

Характеристики

Список файлов ВКР