Удельные сопротивления движению от трения в буксовых подшипниках в Н/т при известной q0 в т можно определить для подшипников скольжения по формуле шбс = 3,63+0,39 v/q0 и шбр = ---0,98+0,1 vlq0 для подшипников качения.
Сопротивление трения качения. В результате перекатывания колес по рельсам возникает сила трения качения, на преодоление которой затрачивается энергия движения поезда. Физическая природа трения качения обусловлена следующими явлениями. Под влиянием нагрузки от колеса на рельс РО происходит деформация материала (рис. 5.3). При качении возникают потери энергии на упругий гистерезис (упругую деформацию под нагрузкой и восстановление формы материала рельсов). Вследствие упругого проскальзывания колес по рельсам появляется трение скольжения. Под поверхностью трения возникает деформация пластического сдвига, которая сопровождается значительным рассеянием энергии. Затрачивается энергия и на разрушение фрикционных связей между колесами и рельсами, возникающих в результате молекулярного взаимодействия их поверхностей (явление адгезии).
Обозначим силу тяги, приложенную в центре О для преодоления силы
трения качения, символом F. Под действием силы Р0 деформируется материал, под действием силы F происходит качение, образование упругого валика / впереди колеса и явление упругого гистерези-. са, в результате которого эпюра сжатия становится несимметричной относительно вертикальной оси и равнодействующая N перемещается в точку С. Разложим-N на составляющие и напишем уравнение равновесия колеса по проекциям сил на оси: F — WrK = 0 и Р0 — Р = 0. Очевидно, пара сил F,.W?K стремится перекатывать колесо, а пара сил Рп, Р препятствует этому. Момент Р/к пары сил Р0, Р называют моментом сопротивления качению, а /к — плечом трения качения. Значения /к измеряют в мм.
При равномерном движении реактивный момент трения качения Р • /„ равен активному моменту силы тяги WTKR , приложенному к колесу, откуда:
ТГТК=^Я. • (5.2)
А
Значения WTK уменьшаются с увеличением твердости бандажей и рельсов, массы рельсов на метр длины, числа шпал на километр пути, при использовании щебеночного балласта. Основное влияние на изменение №тк оказывает объемное перемещение деформированного материала. Удельное сопротивление трения качения составляет 2,9— 3,9 Н/т.
Сопротивление трения скольжения колес по рельсам. Оно возникает от поперечного скольжения колес по рельсам при вилянии, от проскальзывания колес, жестко спаренных осью, при качении кругами раз-
ного диаметра конических бандажей, от трения гребней о внутренние грани головок рельсов, от перекоса колесных пар вследствие трения в шкворнях тележек. Если колеса одной колесной пары имеют разные диаметры, то проскальзывание также неизбежно. Сопротивление от коничности поверхностей катания колесных пар постоянно и составляет в среднем 1,08 Н/т.
Сопротивление от виляния колесных пар в рельсовой колее определяется по формуле шв=КГ2 п2 (43,16 + 0,004 и2), где я — поперечный разбег колесных пар. Для грузовых вагонов с подшипниками скольжения л = 18 мм, а с роликовыми подшипниками п = 10 мм. Суммарная величина удельного сопротивления скольжения колес в среднем составляет 3,43 Н/т.
Сопротивление от рассеяния энергии верхним строением пути и подвижным составом. Следствием ударов колес на стыках рельсов, неравноупругости и неровностей пути в плане и профиле, колебаний надрессорного строения подвижного состава, внутреннего трения в материале при прогибе рельсов под нагрузкой колес, внешнего трения между рельсами, шпалами, подкладками рельсов, деформации взаимного перемещения сопряженных деталей подвижного состава является рассеяние (диссипация) энергии. Она рассеивается в окружающую среду и восполняется локомотивом, а условную силу, работа которой равна этой энергии, называют сопротивлением от рассе-яния энергии.
Сопротивление от ударов на стыках зависит от устройства пути и экипажа и представляет собой потерю кинетической энергии mv2/2. Оно возрастает пропорционально зазорам в'стыках, обратно пропорционально диаметру колес и длине звеньев рельсов. Суммарно сопротивление от рассеяния энергии верхним строением пути составляет 5—17 % и подвижным составом 10—20 % основного сопротивления. Бесстыковой путь уменьшает этот вид сопротивлений на 3 % по сравнению со звеньевым.
Сопротивление воздушной среды. Возникает в результате сопротивления от скоростного напора воздуха на лобовую поверхность локомотива, сопротивления от завихрения и разрежения у задней стенки хвостового вагона, трения воздушных струй о поверхность подвижного состава, турбулентных потоков воздуха в межвагонных промежутках и у экипажей.
Воздушное сопротивление в ньютонах можно определить приближенно по формуле
WB==9,81CFp|, (5.3)
где С — безразмерный коэффициент, учитывающий обтекаемость тела; F — площадь наибольшего поперечного сечения (мидель) подвижного состава, м2; р — плотность воздуха, кг/м3.
Значения С и F равны соответственно: для четырехосного крытого вагона 0,16 и 10,3 м2; для четырехосного полувагона 0,21 и 8,8 м'2 и для четырехосной цистерны 0,23 и 9,8 м2.
По данным ВНИИЖТа, воздушное сопротивление пассажирских поездов можно определить по формуле
ttV-(16,38+7,36«0)t>2/(273-H)- ' (5.4) где па — число осей в составе; t — температура воздуха, °С.
Значения Wa в процентах от основного сопротивления составляет у грузовых поездов примерно 4 и 45 % при и, соответственно равных 20 и 100 км/ч, а у пассажирских — 70 % при и = 180 км/ч. При увеличении скорости движения поезда с 20 до 100 км/ч изменяются составляющие основного сопротивления; так, лобовое сопротивление воз-
81
растает с 50 до 80 % , а от турбулентности воздуха в межвагонных промежутках с 1 до 9 %.
Расчет основного сопротивления движению. Основное сопротивление движению в целом определяют опытным путем. В условиях эксплуатации оно подчинено нормальному закону распределения случайных величин. Для грузовых вагонов среднее квадратичное отклонение составляет 3,4—4,0 Н/т.
В тяговых расчетах основное удельное сопротивление определяют по эмпирическим формулам в зависимости от: типа подвижного состава,
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.