Взаимодействие сил, приложенных к поезду

Характер и режимы движения поезда. Характер движения поезда зависит от соотношения сил, действующих на него. Если равнодействующая сила направлена в сторону движения, она считается положительной — поезд движется ускоренно; если равнодействующая направлена против движения, она отрицательна — поезд движется замедленно. Если равнодействующая равна нулю, то движение поезда равномерное Различают следующие режимы движения поезда: режим тяги — двигатели локомотива включены; равнодействующая сила равна разности сил тяги и суммарного сопротивления движению: R = FK- Жк; режим холостого хода — двигатели выключены; равнодействующая равна суммарному сопротивлению при холостом ходе R = WKX; режим торможения — двигатели выключены и включены тормоза, равнодействующая сила равна сумме сопротивления движению при холостом ходе и тормозной силы R = WKX+Br.

Диаграммы удельных равнодействующих сил. Анализировать характер движения поезда в различных режимах удобно по диаграммам удельных равнодействующих сил, т.е. по графикам зависимости этих сил от скорости. В качестве примера показаны диаграммы удельных равнодействующих сил для состава массой 4500 т при тепловозе 2ТЭ10М (рис. 2.7). Диаграммы строят для условий движения поезда на площадке, т.е. учитывают только основное средневзвешенное сопротивление движению поезда w0 и w0x.

При построении диаграмм используется следующее правило: влево от оси ординат откладывают положительные равнодействующие силы, вправо — отрицательные. Равнодействующая сила в режиме тяги г = fK — w0 (см. рис. 2.7,а) с увеличением скорости уменьшается, поскольку уменьшается сила тяги и возрастает сопротивление движению. В данном примере при v = 85 км/ч равнодействующая сила равна нулю: при этой скорости сила тяги и основное сопротивление движению поезда равны. При более высоких скоростях w0 > /к и равнодействующая становится отрицательной — направлена против движения поезда.

Равнодействующая сила при движении на площадке в режиме холостого хода отрицательна — r= — w0x (см. рис. 2.7,6); абсолютное значение ее увеличивается с ростом скорости.

Равнодействующую силу при торможении определяют в двух вариантах: служебное торможение (см. рис. 2.7,в), когда в грузовых поездах используют 50% расчетной тормозной силы г = — (w0x + 0,5Ьт), а в пассажирских поездах — 60% (при плановых остановках или при торможении для предусмотренного графиком движения ограничения скорости);(см. рис. 2.7,г), когда полностью используют тормозную силу (для остановки поезда в непредвиденных случаях). При торможении равнодействующая сила отрицательна. С увеличением скорости ее абсолютное значение уменьшается, так как с ростом скорости существенно уменьшается тормозная сила (вследствие уменьшения коэффициента трения фкр — см. формулы (2.20) и (2.20,а).

По диаграмме удельных равнодействующих сил можно судить о характере движения поезда в данный момент.

В примере на рис. 2.1,а при трогании поезда с места на площадке на него действует положительная удельная равнодействующая сила, равная 13 Н/кН, следовательно, поезд движется ускоренно. Если площадка длинная, то движение будет ускоренным, пока скорость не достигнет 85 км/ч. В этот момент равнодействующая сила станет равной нулю и начнется равномерное движение. Если бы поезд после спуска вышел на площадку со скоростью 100 км/ч, то на него действовала бы отрицательная равнодействующая сила —1 Н/кН. Под действием этой силы движение будет замедленным, скорость уменьшается, стремясь к 85 км/ч. Если площадка длинная, то по достижении этой скорости движение установится равномерным.

При движении поезда по площадке в режиме холостого хода под действием отрицательной равнодействующей силы скорость поезда всегда стремится к нулю. То же происходит и при торможении.

Чтобы перейти к условиям движения на любом уклоне, вспомним, что на уклоне возникает дополнительное удельное сопротивление w Н/кН, численно равное уклону. Суммарное удельное сопротивление при движении на подъеме больше основного сопротивления на величину w а при движении на спуске меньше основного сопротивления на ту же величину. Поэтому, чтобы получить удельную равнодействующую силу на уклоне, нужно в случае подъема вычесть из удельной равнодействующей силы на площадке число, равное уклону и выраженное в Н/кН, а в случае спуска - прибавить то же число. Это равносильно переносу оси ординат диаграммы удельных равнодействующих сил в случае подъема — влево на величину iK , Н/кН, а в случае спуска — вправо на ту же величину.

Так, если принять подъем 2%с (сместить ось ординат на 2 Н/кН влево от основной оси на рис.2.7), то удельная равнодействующая сила при трогании поезда на этом подъеме равна +11 Н/кН и в случае длинного подъема скорость поезда возросла бы до 60 км/ч, после чего движение станет равномерным (удельная равнодействующая сила при этой скорости на подъеме 2%о равна нулю). Если бы поезд вышел на подъем 2%с со скоростью 100 км/ч, то на него действовала бы отрицательная равнодействующая сила, равная —3 Н/кН, и скорость поезда снижалась, стремясь к тому же значению 60 км/ч.

При движении в режиме тяги и холостого хода на любом уклоне скорость поезда стремится к определенному значению, которое называют установившейся скоростью. В отдельных случаях эта скорость может быть равна нулю, а также может быть больше конструкционной скорости локомотива. В других случаях установившаяся скорость соответствует точке пересечения диаграммы удельных равнодействующих сил с осью ординат, проведенной с учетом крутизны рассматриваемого уклона. Если поезд выходит на уклон с меньшей скоростью, то скорость растет, приближаясь к установившейся; если скорость при выходе на данный уклон больше установившейся, то она снижается, приближаясь к последней.

В примере на рис. 2.7 в режиме тяги скорость 85 км/ч - установившаяся скорость vytT на площадке, а 60 км/ч — на подъеме 2%. При движении в режиме холостого хода на спуске 2%с vJCT = 70 км/ч. При том же режиме движения на спуске 4%е установившаяся скорость могла быть больше конструкционной скорости. Поэтому, чтобы скорость поезда на этом спуске не превысила любое заданное значение в пределах 100 км/ч, необходимо применить регулировочное торможение. При движении в режиме тяги на спуске 2%о скорость поезда также могла превысить конструкционную. Поэтому, чтобы на данном спуске поддерживать скорость, например, 90 или 100 км/ч, следует использовать режим ограниченной тяги, когда сила тяги реализуется при ограниченной мощности локомотива

Если же в режиме холостого хода поезд движется по площадке, то установившаяся скорость равна нулю и поезд будет снижать скорость до остановки Аналогично при движении в режиме тяги на подъеме и скорость поезда также будет падать до нуля.

Изыскания и проектирование железных дорог. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 288 с..