Тяговые расчеты при проектировании железных дорог: Учебное пособие, страница 3

2.1  Общие положения

В настоящее время на железных дорогах России применяются преимущественно тепловозная и электрическая тяга. При этом наибольшее применение получили электровозы постоянного и переменного тока и тепловозы с электрической передачей (тяговыми электродвигателями).

В качестве тягового двигателя во всех локомотивах применяются электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения.

При постоянном токе напряжение в контактной сети, , 3 кВ, при переменном ‑ 25 кВ.

Электровоз получает энергию от внешних источников (ГЭС, ТЭС, ТЭЦ  и др.) через контактную сеть, а тепловоз является автономным локомотивом, который вырабатывает электрическую энергию собственной дизель-генераторной установкой.

Так как у современных локомотивов все оси ведущие, то в реализации силы тяги участвует вся масса локомотива.

2.2  Схема реализации силы тяги. Ограничение силы тяги по сцеплению

При прохождении тока по обмоткам тягового электродвигателя на его якоре возникает вращающийся момент (), который через зубчатую передачу передается на ось колесной пары и создает движущийся момент  (рис. 2.1 ).

Рис. 2.1 Схема реализации силы тяги.

Однако эти моменты являются внутренними для поезда и без воздействия внешней среды вал и колесная пара вращались бы без поступательного движения.

Заменим момент  парой сил  и  с плечом Д/2:

В точке приложения силы  (от колеса к рельсу) возникает равная по величине и противоположно направленная реакция рельса . Сила  и является силой тяги одного тягового двигателя. Она называется касательной, т.к. приложена в точке касания колеса с рельсом.

Сила тяги  всего локомотива равна произведению числа его осей, , на силу тяги одного двигателя, , т.е.

Суммарный движущий момент всех осей  связан с силой  следующим соотношением:

,				(2.3)
,				(2.4)
где		‑	передаточное число ;
		‑	КПД зубчатой передачи;
		‑	суммарный момент на валах двигателей.

Сила тяги  не должна превышать силу сцепления колес с рельсами .

,				(2.5)
,
где		‑	коэффициент сцепления колеса с рельсом, зависящий от скорости;
		‑	давление от одной ведущей оси.

Для современных локомотивов:

,				(2.6)
где	Р	‑	масса локомотива, т.

При несоблюдении условия 2.5 возникает боксование, что приводит к порче рельсов и бандажей колес.

2.3  Тяговые характеристики локомотивов

Мощность двигателя, а, следовательно, сила тяги и скорость движения поезда регулируются. В качестве расчетных значений скорости и силы тяги используются такие, при которых возможности локомотива реализуются наилучшим образом. Зависимость  скорости движения  и силы тяги для каждого локомотива приведены в ПТР [2].

Тяговой характеристикой называется зависимость силы тяги локомотива от скорости, . Они индивидуальны для каждого конкретного локомотива.

2.3.1  Характеристика тяговых электродвигателей

При движении поезда в режиме тяги изменяются сила тяги электровоза, скорость движения поезда, потребляемый ток и напряжение на тяговых электродвигателях.

Для оценки взаимного влияния этих величин необходимо иметь электромеханические характеристики тягового электродвигателя.

На локомотивах, в основном, применяют тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения. Известно уравнение баланса напряжений: