Антиплагиат (1224963), страница 7
Текст из файла (страница 7)
23Известно, что коэффициент сцепления у колеса с рельсом определяетсясилой сцепления и 23 нагрузкой от колеса на рельс, (4.1) 23где – сила сцепления;– нагрузка от колеса на рельс.А коэффициент трения скольжения 77 находиться по формуле, (4.2)где – 77 сила трения скольжения;– нагрузка от колеса на рельс.Исходя из формул (4.1) и (4.2) можно сделать вывод, что коэффициентысцепления колеса с рельсом и трения скольжения определяются одинаковымиформулами и, следовательно, должны быть равны друг другу.
Так как 23 обе силыравны друг другу, поскольку обе являются касательными к ободу колеса, имеютодинаковую физическую природу. А 23 сила нормального давления от колеса нарельс в 23 обоих формулах одинакова.Одной из причин несоответствия коэффициентов сцепления и трения 2348скольжения является 23 представление об образовании сил тяги на ободе колеса исцепления колес с рельсами, а вследствие этого неверное определениекоэффициента сцепления. В теоретических и экспериментальныхисследованиях электроподвижного состава в действительности 23 определяется некоэффициент сцепления колеса с рельсом, а коэффициент тяги.
23Допустим, что к зубчатому колесу колесной пары в точке А 23 рисунок 4.3приложена внешняя сила, а к 23 оси колеса сила сопротивления движению W. 23Рисунок 4.3 – Образование силы тяги на колесеВвиду того, что W препятствует перемещению колеса вдоль пути, внешняясила 23 стремиться повернуть колесо вокруг его центра. Однако этомупрепятствует сила сцепления, 23 образующаяся в месте контакта колеса срельсом. 23 Можно заметить, что эти три силы образуют рычаг второго рода сплечами СО, ОА, а силы и 23 стремятся преодолеть силу сопротивлениядвижению.
При этом 23 выполняется равенство моментов, (4.3)где – 23 внешняя сила, приложенная к зубчатому колесу;– радиус зубчатого колеса;– сила сцепления;– радиус бандажа.Из равенства следует49и, (4.4)где – внешняя сила, приложенная к зубчатому колесу;– радиус зубчатого колеса;– сила сцепления;– радиус бандажа.Для обеспечения движения и равновесия системы необходимо, чтобы суммавнешней силы и силы сцепления была равна силе 23 сопротивлению движению, (4.5)где – внешняя сила, приложенная к зубчатому колесу;– сила сцепления.Из выражения следует, что сумма сил 23 уравновешивает силу сопротивлениядвижению и является силой тяги на колесе, (4.6) 23где – внешняя сила, приложенная к зубчатому колесу;– сила сцепления.Подставив в (4.6) значение силы сцепления из (4.4) получим значение силытяги на колесе, (4.7)где – внешняя сила, приложенная к зубчатому колесу;– радиус зубчатого колеса;– радиус бандажа.Исходя из рисунка 4.3 справедливо следующие выражение, (4.8)где W – сила сопротивлению движения;50– радиус зубчатого колеса;– радиус бандажа.В соответствии с выражениями (4.5) и (4.8) сила сцепления равна, (4.9)где W – сила сопротивлению движения;– радиус зубчатого колеса;– радиус бандажа.Общая сила тяги на колесе равна силе сопротивления движению.
(4.10)Таким образом, сила тяги на колесе, обеспечивающая егопоступательное движение, является суммой сил и, 23 образующих вместес W рычаг второго рода СОВ или СОА. В тяговом приводе электроподвижногосостава двигатель 23 рисунок 4.5 через зубья шестерни воздействует на 50 зубчатоеколесо в точке В внешней силой . 50Рисунок 4.4 – Образование силы тяги в тяговом приводе электроподвижного составаВ соответствии с третьим законом Ньютона в этой точке образуетсяпротиводействующая сила, по величине равная .
В результате действия 5051крутящего момента 50 одновременно стремиться повернуться не только якорьи статор двигателя вокруг точки О1, 23 но и весь тяговый двигатель вокруг осиколесной 23 пар О2, обеспечивая при этом опирание тягового двигателя с силой 23на подвеску тягового электродвигателя в точке D.Только при этом условии обеспечивается образование действующей ипротиводействующей сил и . В 23 противном случае двигатель будетвращаться вокруг оси колесной пары как планетарный механизм.
23Сила действующая на зубчатое колесо 23 определяется, (4.11)где – момент двигателя;– радиус шестерни.Полученное уравнение показывает, что сила в зубчатой передаче в 23 два разаменьше, чем считалось до настоящего времени. Это в корне меняетпредставление об определении силы тяги на колесе, силы сцепления икоэффициента сцепления колеса с рельсом.
23Подставив в выражение (4.4) выражение (4.11) получим силу сцепления, (4.12)где – момент двигателя;– радиус зубчатого колеса;– радиус шестерни;– радиус бандажа.Подставляя значения сил из (4.11), (4.12) в 23 выражение (4.6), можноопределить силу тяги на колесе по 23 формуле, (4.13)где – момент двигателя;52– радиус зубчатого колеса;– радиус шестерни;– радиус бандажа.Разделяя взгляды профессора П.И. Гордиенко о принципиальныхпротиворечиях традиционной схемы образования силы тяги заметим, что егопредложения также не позволяют раскрыть исчерпывающую картинуобразования тяги индивидуальным колесно-моторным блоком современноголокомотива и получить достоверные, априорные расчетные результаты,наиболее близкие реальным.Схема индивидуального привода колесной пары тепловоза, иллюстрируетего конструкторскую компоновку, параметрические соотношения и механикусогласования моментов, а также точки приложения и направления векторов сил.Рассмотрим наиболее наглядную и реальную схему колесно-моторного блокалокомотива рисунок 4.5Рисунок.
4.5 – Формирование силы тяги в колесно-моторном блоке.53Принимая условие соответствия номинальной мощности ТЭД иреализуемой расчетной скорости движения тепловоза, находим значениевращающего момента(4.14)где – номинальная мощность ТЭД;– коэффициент полезного действия ТЭД;– частота оборотов якоря ТЭД при установившейся расчетной скоростидвижения, которая определяется(4.15)где – расчетная скорость движения;– диаметр колеса;– передаточное отношение зубчатой передачи.Вращающий момент, выразим окружной составляющей силой,действующей от шестерни ТЭД на зубчатое колесо редуктора, расположенное наоси колесной пары рисунок 4.6Рисунок 4.6 – Схема действия сил в зубчатом зацеплении (1- шестерня тяговогоэлектродвигателя, 2 – зубчатое колесо колесной пары)54, (4.16)где – вращающий момент двигателя;– коэффициент полезного действия зубчатого редуктора;– радиус шестерни.Удвоение происходит из за того, что в отличии от тепловозов электровозимеет два зубчатых редуктора рисунок 4.7Рисунок 4.7 – Колесно моторный блок электровозаСилы давления шестерни 1 на зубчатое колесо 2 распределены по длинеконтактных линий (ширина зуба МР) и направлены по общей нормалисоприкасающихся поверхностей.
Принимая распределенноедавлениементарных сил, сосредоточенными в точке 0, находим проекциюсилы, действующей по нормали к полюсу контакта поверхности зубьев вплоскости поля их зацепления, создавая давление на зубчатое колесо 2 колеснойпары и момент. Сила является компонентой окружной силы и впоследующих расчетах её необходимо определять по выражению, (4.17)55где α – угол зацепления прямозубых зубчатых колес, обеспечивающий качениезубьев без скольжения;– окружная сила на зубчатом колесе.Перенесем силу в точку контакта колеса с рельсом Т, рисунок 4.5получим выражение, (4.18)где – сила зацепления по нормали;– радиус зубчатого колеса;– радиус бандажа.По существующей теории сила тяги она же сила сцепления 23 определяется, (4.19)где – вращающий момент двигателя;– коэффициент полезного действия зубчатого редуктора;– радиус шестерни;– радиус зубчатого колеса;– радиус бандажа.Если выражение (4.18) разделить на (4.19) отношение значений силы тяги поновой и старой теории будет равно, (4.20) 23где α – угол зацепления прямозубых зубчатых колес, обеспечивающий качениезубьев без скольжения;– радиус зубчатого колеса;– радиус бандажа.Подставив численные значения в (4.20) получим отношение значений силытяги56Из расчета следует, что сила тяги на колесе электровоза по новомупредставлению на 19% больше, чем по существующей теории, и это являетсярезервом повышения использования тяговых свойств локомотивов.
23Выполним построение характеристики для одной секции электровоза посуществующей и новой теории в пределах рассматриваемого участка приподдерживаемой мощности тягового электродвигателя локомотива.Задав значения тока по электромагнитной характеристике двигателя,рисунок 3.6 определяем момент двигателя и обороты якоря. Значенияприведены в таблице 4.1Таблица 4.1 – Параметры моментов двигателя и оборотов якоряI,A810 8039,24352 938,283174800 7931,132 939,626276790 7788,2387 945,201472780 7646,4531 950,839665770 7505,7752 956,541928760 7391,46056 959,021287750 7244,358 965,922572740 7106,78166 971,797319730 6974,35613 977,173413720 6858,8784 980,32077710 6704,63118 989,254727700 6590,815 992,474645690 6458,44485 998,659457680 6327,1824 1004,9179670 6197,02765 1011,25129660 6067,9806 1017,66099650 5940,04125 1024,14838640 5813,2096 1030,71489630 5687,48565 1037,36196620 5562,8694 1044,0911610 5439,36085 1050,90383600 5316,96 1057,80172590 5195,66685 1064,78638580 5075,4814 1071,85945Зная значения оборотов двигателя, определим скорость по формуле57, (4.21)где – диаметр колеса;– обороты двигателя;– передаточное отношение зубчатой передачи.Определим скорость по формуле (4.20)По формуле (4.19) определим силу тяги по существующей теорииПо новому представлению формулы (4.16), (4.17) и (4.18) определяем силутягиСила тяги одной секции определяется как сила тяги оси, умноженная наколичество осей в секцииАналогичные расчеты приведены в таблице 4.2Таблица 4.2 – Значения для построения тяговой характеристики электровозаV,км/ч,,,,,51,0 54,516 218,065 33496,848 36666,865 65,757 263,02851,05 53,783 215,133 33046,383 36173,770 64,873 259,49151,1 52,814 211,257 32450,995 35522,036 63,704 254,81551,4 51,853 207,411 31860,221 34875,354 62,544 250,17651,7 50,899 203,595 31274,063 34233,724 61,393 245,574Окончание таблицы 4.2V,км/ч,,,,,51,8 50,123 200,494 30797,752 33712,337 60,458 241,83452,2 49,126 196,504 30184,825 33041,405 59,255 237,02152,5 48,193 192,772 29611,590 32413,921 58,130 232,5195852,8 47,295 189,180 29059,817 31809,930 57,047 228,18753,0 46,512 186,048 28578,660 31283,238 56,102 224,40953,5 45,466 181,864 27935,963 30579,719 54,840 219,36253,7 44,694 178,776 27461,729 30060,605 53,910 215,63854,0 43,796 175,186 26910,187 29456,867 52,827 211,30754,3 42,906 171,625 26363,260 28858,181 51,753 207,01354,7 42,024 168,095 25820,949 28264,547 50,689 202,75455,0 41,149 164,594 25283,253 27675,965 49,633 198,53255,4 40,281 161,124 24750,172 27092,436 48,587 194,34655,7 39,421 157,684 24221,707 26513,959 47,549 190,19656,1 38,568 154,273 23697,857 25940,534 46,521 186,08356,4 37,723 150,893 23178,623 25372,161 45,501 182,00656,8 36,886 147,543 22664,004 24808,840 44,491 177,96557,2 36,056 144,223 22154,000 24250,572 43,490 173,96057,6 35,233 140,933 21648,612 23697,356 42,498 169,99257,9 34,418 137,673 21147,839 23149,192 41,515 166,059Тяговая характеристика для секции представлена на рисунке 4.8Рисунок 4.8 – Тяговая характеристика одной секции электровоза ЕрмакV,км/чF,кH595 АНАЛИЗ ЭНЕРГО-ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА ЕРМАК5.1 Актуальность исследованияЭнерго-эффективность является актуальной проблемой развитиялокомотивной тяги, наряду с обеспечением безопасности движения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
