Использование мощности локомотивов по условиям сцепления колес с рельсами и нагреванию электрических машин. Влияние режимов вождения поездов на использование электроэнергии или топлива, страница 7

Для оценки реальных фрикционных условий на поверхности рельсов используют специально разработанные приборы — трибометры различных конструкций. Наиболее эффективным является использование роликового трибометра, на основе которого Проектно-конструкторским бюро Главного управления локомотивного хо­зяйства МПС разработаны чертежи.

Количественная оценка фрикционного состояния рельсового пу­ти, получаемая с помощью трибометра при тягово-эксплуатацион­ных испытаниях, позволяет прогнозировать коэффициент сцепления, более полно и объективно оценивать эффективность мероприятий по улучшению использования сцепного веса локомотива, сократить время, необходимое для установления опытным путем норм масс грузовых поездов в эксплуатации. Из приведенных на рис. 2 кривых регрессии видно, что максимальные значения коэффициента сцеп­ления соответствуют значениям коэффициента трения примерно 0,4 (1, 2, 3, 4 — соответственно для электровозов ВЛ60КП, ВЛ60К, ВЛ8, ВЛ23).

Статистический анализ экспериментальных данных, полученных при определении коэффициентов сцепления и трения, являющихся случайными величинами, показал, что фрикционные условия кон­такта колеса с рельсом оказывают существенное влияние на сцеп­ление.

Поскольку уровень реализуемых значений коэффициента сцеп­ления зависит от условий формирования контакта колеса и рельса, от состояния и степени загрязненности их поверхностей, проводили опыты по механической очистке поверхностей головок рельсов, об­мывке их водой, обработке раствором эфиров, стеариновой и каприловой кислот, ацетоном, бензолом и другими веществами, обработке поверхно­стей рельсов электроискровым методом и пламенем плазменной горелки, однако одни из этих способов оказались недоста­точно эффективными, а другие — неэконо­мичными и распространения не получили. Более эффективным средством стаби­лизации сцепления следует считать созда­ние специальных устройств, препятствую­щих развитию боксования и способствую­щих его затуханию при устранении выз­вавшей его причины. Обычно эти устройства включают контрольный орган обнаружения и исполнитель­ный орган, производящий необходимые переключения в электриче­ских цепях локомотива. В большинстве случаев указанные переключения имеют своей целью уменьшение силы тяги путем воздействия на тяговый двигатель боксующей или смежной с ней оси шунтированием обмоток якорей или обмоток возбуждения резистором, переводом тяговых двигателей с ослабленного на полное возбуждение, подпиткой обмоток возбуждения от посторон­него источника, введением резистора в цепь тяговых двигателей, ослаблением возбуждения главного генератора и др. Однако при­меняемые на локомотивах такие устройства не отвечают полностью предъявляемым к ним требованиям. Это объясняется как недоста­точными чувствительностью и быстродействием органов обнаруже­ния (датчиков боксования), так и недостаточными универсально­стью и гибкостью исполнительных органов, поскольку при различ­ных соединениях и режимах работы тяговых двигателей противобоксовочные устройства должны осуществлять различное снижение вращающего момента боксующей оси. Следовательно, предотвращение боксования колесных пар локомотива, а в случае его возникновения — скорейшее его прекращение с минимальной потерей силы тяги продолжают оставаться весьма ответственной задачей локомотивных бригад, требующей от них высокой квали­фикации и мастерства.

Практическое применение на локомотивах для этих целей на­шел кварцевый песок, который разрушает коллоидные пленки в зо­не контакта и увеличивает силы сцепления между колесом и рель­сом благодаря присутствию твердых абразивных частиц, внедряю­щихся в поверхности контактирующих тел.

Для увеличения сцепления применяли не только песок, но и дру­гие материалы, содержащие абразивные частицы: мраморную крошку, размолотый доменный шлак и т. д. Известны опыты по применению минеральных и металлических порошков для повыше­ния сцепления.

Все эти опыты показали, что наилучшие результаты достигают­ся при применении кварцевого песка, обладающего относительно большой твердостью частиц и их сопротивлением сдвигу. Песок стал основным материалом используемым для повышения сцепления колес локомотива с рельсами. И все же вопросы его эффективного использования еще мало изучены.

Важность исследования проблемы сцепления вызвала необхо­димость, проведения разносторонних научно-исследовательских ра­бот как в нашей стране, так и за рубежом. Во многих из них были предприняты попытки оценить пределы изменения коэффициента сцепления, а также определить зависимость его от изменения на­грузки от неровностей пути и колебаний подрессоренных масс, кон­струкции экипажной части и типа привода, угла набегания колеса, пульсации вращающего момента, износа поверхности бандажа и головки рельса, загрязненности контактных поверхностей и т. д. Для определения влияния каждого из этих факторов использова­лись приближенные аналитические зависимости в предположении, что остальные остаются неизменными. Это вынужденный подход к решению задачи, так как пока не найдено математическое реше­ние, раскрывающее функциональную зависимость между всеми этими факторами и коэффициентом сцепления.

Проводившиеся в течение многих лет в различных странах экс­перименты по определению коэффициента сцепления и характера его зависимости от скорости движения локомотива дают весьма разноречивые результаты. Это объясняется как сложностью проб­лемы, так и разнотипностью конструкции локомотивов, методики и условий проведения испытаний. Тем не менее из анализа резуль­татов указанных испытаний могут быть сделаны общие выводы. Наиболее важным из них является снижение коэффициента сцеп­ления с ростом скорости движения локомотива.

Для расчетов, связанных с эксплуатацией подвижного состава, предложены различные зависимости коэффициента сцепления от скорости движения v. Некоторые коэффициенты сцепления, приме­няемые при тяговых расчетах в различных странах, приведены в табл. 2.