Тяговая характеристика локомотива

Чем большую касательную силу тяги сможет реализовать локомотив, тем большее число вагонов он сможет переме­щать. Максимальная сила тяги локомотива равна сумме мак­симальных сил тяги движущих колесных пар. По аналогии с формулой (3.1) для всего локомотива

 

F_К = P_СЦ ψ_К 

(3.1)

где P_СЦ— сцепной вес локомотива;

ψ_К— коэффициент сцепления локомотива.

Сцепной вес локомотива равен весу, приходящемуся на движущие колесные пары, т. е. на такие, к которым приложен вращающий момент. У современных локомотивов все ко­лесные пары выполняют движущими, и поэтому у них сцеп­ной вес равен полному весу.

Коэффициент сцепления локомотива представляет собой коэффициент пропорциональности, связывающий P_СЦ и F_K. По величине ψ_К всегда меньше ψ_О ввиду того, что в общем случае колесные пары локомотива работают в неодинаковых условиях по следующим причинам:

1) невозможно добиться абсолютного равенства вертикаль­ных сил Р, действующих на отдельные колесные пары, и вра­щающих моментов М, приложенных к каждой из них;

2) условия сцепления у отдельных колесных пар, как пра­вило, разные.

Поэтому при движении локомотива всегда имеется по меньшей мере одна колесная пара, у которой условия реализации силы тяги будут худшими, чем у других колесных пар, машинисту при этом приходится так регулировать работу локомотива, чтобы эта колесная пара (ее принято называть лимитирующей) не буксовала. Очевидно, что остальные колесные пары будут реализовывать силы тяги меньше, чем воз можно по условиям сцепления.

Для всех локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах нашей страны, опытным путем получены зависимости ψ_К  в функции скорости движения. В частности, для тепловоза 2ТЭ10Л эта зависимость имеет вид:

(3.2)

где V — скорость движения тепловоза, км/ч.

Максимальную касательную силу тяги, ограниченную сцеплением колес с рельсами обычно обозначают F_СЦ. По­этому с учетом (3.2) формула (3.1) для тепловоза 2ТЭ10Л будет иметь вид:

 

(3.3)

Таким образом, максимальная сила тяги локомотива ограничена сцеплением колес с рельсами. Зависимость силы F_сц от скорости движения локомотива называется ограничением силы тяги по сцеплению (рис. 3.1, кривая 1).

 

Рис. 3.1. Тяговая характеристика локомотива

 

Однако максимальная касательная сила тяги локомотива не может изменяться в соответствии с кривой 1 во всем рабо­чем диапазоне скоростей движения локомотива.

Как известно из физики, произведение силы тяги на ско­рость движения есть мощность. В соответствии с этим каса­тельная мощность локомотива

N_K = F_СЦ V

(3.4)

Выполнив соответствующие расчеты с использованием фор­мул (3.3) и (3.4), можно убедиться, что при увеличении V каса­тельная мощность локомотива будет увеличиваться. Однако в соответствии с законом сохранения и преобразования энергии эта мощность не может быть больше мощности дизеля у теп­ловоза или суммарной мощности тяговых электродвигателей у электровоза.

При некоторой, вполне определенной для каждого локомо­тива скорости V_П (см. рис, 3.1), называемой скоростью порога, мощность N_К определяемая по (3.4), становится равной мощности дизеля, а у электровоза — мощности его тяговых элект­родвигателей.

Начиная с этой скорости, сила тяги локомотива будет ог­раничена не сцеплением, а мощностью, которая у тепловоза будет равна мощности дизеля за вычетом мощности, необхо­димой для обеспечения действия ряда вспомогательных ме­ханизмов и систем (о них будет рассказано ниже), и потерь, неизбежных при преобразованиях механической работы ди­зеля. В результате, начиная со скорости порога, сила тяги ло­комотива будет изменяться по линии 2, которая у тепловозов называется ограничением по мощности дизеля.

Вследствие этого при скорости движения тепловоза, рав­ной, например, V₁ (см. рис. 3.1), он будет развивать силу тяги F_K1, а не F_СЦ1|, причем F_K1< F_СЦ1.

Все сказанное в полной мере относится и к другим локо­мотивам.

Кроме двух указанных ограничений, тяговая характерис­тика каждого локомотива имеет еще одно — по конструкци­онной скорости движения V_К (cm. рис. 3.1). При движении ло­комотива с конструкционной скоростью детали привода ко­лесной нары, передающие на нее вращающий момент, вра­щаются с максимально допустимой частотой, превышение ко­торой может привести к их поломке.

Тяговая характеристика локомотива, содержащая ограни­чения по сцеплению, мощности и конструкционной скорости, называется предельной тяговой характеристикой. При работе по этой характеристике локомотив полностью реализует свои тяговые возможности.

Величина касательной мощности, которая необходима в данный момент времени, зависит от многих факторов и в пер­вую очередь от массы поезда. Очень часто машинисту не нужно реализовывать максимальную касательную мощность.

Поэтому на каждом локомотиве предусматривается воз­можность реализации нескольких уменьшенных значений ка­сательной мощности. Число этих промежуточных значений у тепловозов равно 7 - 15 (2).

Каждому такому значению касательной мощности соответствует своя зависимость силы тяги F_K от скорости V (см. рис. 3.1, линии I — IV). Нужное в данный момент значение ка­сательной мощности машинист задает с помощью контролле­ра путем установки его главной рукоятки в соответствующее положение (позицию).

Позиции главной рукоятки контроллера машиниста, также как и соответствующие им тяговые характеристики, обозна­чают цифрами. При установке главной рукоятки на макси­мальную позицию локомотив реализует предельную тяговую характеристику.