Использование мощности локомотивов по условиям сцепления колес с рельсами и нагреванию электрических машин. Влияние режимов вождения поездов на использование электроэнергии или топлива, страница 6

Тщательный анализ факторов, оказывающих влияние на коэф­фициент сцепления локомотивов с индивидуальным приводом осей, позволил представить этот коэффициент в виде

где– предельный коэффициент сцепления лимитирующей оси локомотива с индивидуальным приводом, отражающий влияние материала и фрикционных свойств поверхностей трения колес и рельсов; – коэффициент использования сцепного веса локомо­тива, характеризующий степень реализации предельного коэффици­ента сцепления: –основной коэффициент использова­ния сцепного веса локомотива, учитывающий влияние расхождения характеристик тяговых двигателей, различие диаметров бандажей колесных пар, неравномерность статической развески по осям и ко­лесам локомотива, устойчивое перераспределение вертикальных на­грузок по осям, вызванное реализацией сил тяги и торможения; –динамический коэффициент использования сцепного веса ло­комотива, характеризующий периодические колебания вертикаль­ных нагрузок и сил тяги по осям локомотива и прерывистое боксование его колес.

Тогда

Коэффициент использования сцепного веса локомотива–вели­чина переменная. Наибольшее значение он имеет при трогании (при скорости, близкой к нулю), когда коэффициент сцепления одной оси достигает 0,40–0,45. С увеличением скорости движения ло­комотива (при прочих равных условиях) коэффициент использо­вания его сцепного веса уменьшается и наблюдается значительное снижение коэффициента сцепления.

Фрикционные свойства поверхностей трения характеризуются коэффициентом статического трения (коэффициентом трения по­коя). Для понимания его сущности и природы воспользуемся со­временными положениями механико-молекулярной теории трения. Согласно этой теории трение сопровождается комплексом физико-механических процессов, протекающих в тончайших поверхностных слоях контактирующих поверхностей, и поэтому существует весь­ма сложная зависимость силы и характера трения от состава и строения указанных слоев, а фрикционные связи между контактирую­щими телами могут иметь как механическое, так и молекулярное происхождение.

Внешнее трение твердых тел нельзя рассматривать изолирован­но от газовой и жидкой среды, в которой оно протекает, из-за спо­собности твердых тел адсорбировать молекулы окружающих их га­зов или жидкостей, образующих тонкие пленки на поверхностях трения. Адсорбционные пленки, возникающие на поверхностях тре­ния, препятствуют возникновению поверхностных связей и в значи­тельной степени изменяют характер протекающих процессов.

Особая роль принадлежит тонким, измеряемым десятыми до­лями микрона пленкам смазочных материалов на поверхностях трения. Влияние таких пленок определяется не внутренним трени­ем смазки, разделяющей два тела, а ее химической активностью, или способностью к проявлению адсорбционного эффекта. При этом большое значение имеют процессы образования в смазке продук­тов окисления, являющихся источником питания поверхностей тре­ния кислородом, необходимым для образования оксидных пленок.

На процессы трения влияет запыленность контактирующих по­верхностей в связи со способностью запыления адсорбировать мо­лекулы паров и жидкостей из окружающей среды. Многочислен­ные эксперименты и анализ полученных результатов свидетельст­вуют, что сами поверхностные загрязнения рельсов, состоящие в основном из окислов железа и кремния, не ведут к снижению ко­эффициента трения, однако увлажнение поверхностного слоя свя­зано с изменением его фрикционных свойств. Так, при слабом мо­росящем дожде или в момент выпадения росы сцепление колес с рельсами становится значительно хуже, чем при сухой погоде. Сильный, интенсивный дождь, как правило, не вызывает ухудше­ния сцепления, так как окислы смываются потоком воды.

Коэффициент статического трения на поверхностях катания же­лезнодорожных рельсов во многом зависит от относительной влаж­ности прилегающего к ним воздуха. При относительной влажности воздуха до 90—95% он меняется незначительно, при более высо­кой влажности — существенно снижается. При насыщении пор поверхностных загрязнений рельсов влагой и при полном заполне­нии их водой образуется коллоидный раствор (типа пасты), вяз­кость и предельное напряжение сдвига которого становятся во мно­гом зависящими от количества находящейся в нем влаги.

На основе данных экспериментальных исследований, проведен­ных в условиях эксплуатируемых железнодорожных участков с электровозами различных серий, выявлена корреляционная зави­симость между коэффициентом статического трения, и коэффи­циентом сцепления. Исходя из полученных данных можно ап­проксимировать для каждой серии электровоза зависимость полиномом 2-й степени.

Уравнение приближенной регресии имеет вид  , где постоянные коэффициенты.

Исследованиями установлено, что фрикционные способности же­лезнодорожных рельсов могут значительно изменяться в зависи­мости от характера и степени поверхностных загрязнений, степени их увлажнения, температуры и других условий. В связи с этим в ка­честве комплексного показателя, характеризующего фрикционные способности рельсов, может быть принят коэффициент статическо­го трения, который можно рассматривать как функцию ряда ука­занных выше независимых переменных. При этом коэффициент ста­тического трения, как и коэффициент сцепления, может быть пред­ставлен как результат одновременного действия многих факторов, каждый из которых представляет собой случайную величину.

Использование указанной выше зависимости позволяет прогно­зировать значение коэффициента сцепления при различных состоя­ниях поверхностей рельсов. Поскольку коэффициент сцепления за­висит от фрикционных условий на рельсах, чтобы правильно судить о степени использования сцепного веса, необходимо знать, каковы эти условия, и оценивать их. Используя в качестве критерия оцен­ки коэффициент трения, можно ответить на вопрос, при каких ус­ловиях получен тот или иной коэффициент сцепления и можно ли считать реализованные значения достаточно высокими или нет.