Образование силы тяги

В процессе движения на поезд действуют различные силы, которые различаются по величине и по направлению. Эти силы можно разделить на управляемые и неуправляемые.

К управляемым силам относятся: сила тяги тепловоза и тормозная сила поезда.

К неуправляемым силам относятся: силы сопротивления движению поезда и сила инерции.

От соотношения величин и направления действия этих сил зависит характер движения поезда.

Если сила тяги больше сил сопротивления движению, то поезд будет двигаться ускоренно, до тех пор, пока силу тяги не уравновесят силы сопротивления. С этого момента поезд будет двигаться с равномерной скоростью.

Если сила тяги меньше сил сопротивления движению, то поезд будет двигаться также с равно­мерной скоростью.

В первом случае сила инерции будет препятствовать увели­чению скорости, а во втором, и при торможении, — уменьше­нию скорости движения поезда.

Сила тяги тепловоза возникает в результате взаимодействия колес с рельсами при передаче вращающего момента Мдв от тяговых электродвигателей к колесным парам (рис. 1) Вращаю­щий момент колеса

Мк = Мдвц, (1)

где ц — передаточное число зубчатой передачи, может быть за­
менен парой сил. Одна из этих сил Р приложена к центру оси
колеса, другая Р1 — в точке К касания бандажа с рельсом. Ука­
занная пара сил, действующая на плече, равном половине диа­
метра колеса Вк, стремится повернуть колесо вокруг его геомет­рической оси. Горизонтальное Схема образования силы тяги,
усилие от колеса на рельс Р1 воспринимается рельсом и по третьему закону механики порождает
ответную (реактивную) силу Рс от рельса на колесо. Сила сцепления колеса с рельсом Рс препят­ствует вращению колеса относительно оси. Ее появление неизбежно, так как между бандажом и го­
ловкой рельса, плотно прижатыми друг к другу силой Р, возникает молекулярное взаимодействие и
механическое сцепление мелких неровностей. Физически силу сцепления можно представить в виде
упругого упора, не позволяющего колесу проскользнуть по рельсу (в действительности при действии
силы тяги в месте контакта бандажа с рельсом имеет место незначительное упругое проскальзыва­ние).

Одинаковые по величине, но противоположные по направлению силы Р1 и Рс взаимно уравно­вешиваются, а оставшаяся сила Р вызывает перекатывание и поступательное движение колесной пары по рельсам. Через узлы экипажной части тепловоза силы Р от каждой колесной пары передаются на автосцепку, складываются и действуют на состав вагонов, вызывая перемещение поезда. Сумма сил Р, образованных всеми тяговыми электродвигателями, и является силой тяги тепловоза.

Условно силу тяги локомотива считают приложенной в точках касания колес с рельсами (т. е. совпадающей с силой сцепления). Поэтому ее называют касательной силой тяги Рк. Именно по этой силе рассчитывают вес и скорость поезда. Фактическая сила тяги на автосцепке тепловоза несколько

меньше касательной силы в связи с некоторой потерей силы тяги на преодоление сопротивлений движению самого тепловоза.

Силатяги Р каждой колесной пары зависит от величины вращающего момента тягового электродвигателя. передаточного отношения зубчатой передачи и диаметра движущих колес. Допуская, что передаче нет потерь, получаем:

**. _, Мдв - Ок ^ц

Вращающий момент двигателя при работе тепловоза изменяется в широких пределах. Диаметр колес фактически постоянен, он несколько меняется лишь в результате постепенного износа банда­жей. Передаточное число (отношение числа зубьев зубчатого колеса к числу зубьев шестерни двига­теля) для данного тепловоза является постоянной величиной. Его величина зависит от рода службы тепловоза.

Пассажирские тепловозы имеют меньшие передаточные числа, чем грузовые. Поэтому при одинаковых электродвигателях и режимах нагрузки сила тяги пассажирского тепловоза меньше, чем гру­зового, а скорость движения соответственно выше.

Например, у грузового тепловоза ТЭ10 ц = -—- = 4,93;

расчетная сила тяги Ркр = 27 000 кГ при расчетной скорости ур = 23 км/ч.

У пассажирского тепловоза ТЭШО ц = гтт- = 3,15; Ркр = 17200 кГ и ур = 36 км/ч.

Из сказанного ясно, что для любого тепловоза с электрической передачей изменение силы тяги является следствием изменения величины вращающего момента тяговых электродвигателей.