Использование мощности локомотивов по условиям сцепления колес с рельсами и нагреванию электрических машин. Влияние режимов вождения поездов на использование электроэнергии или топлива, страница 4

Для тепловозной тяги непременным условием экономного рас­ходования дизельного топлива являются высококачественные реос­татные испытания после ремонта с правильным регулированием топливной аппаратуры, электрических аппаратов и машин. Боль­шой резерв экономии электроэнергии заключен в применении элек­трического, особенно рекуперативного торможения поездов. Как показывают расчеты и опытные поездки и подтверждает практика работы дорог, расширение полигона применения рекуперации элек­троэнергии дает большое снижение ее расхода. Даже на участках с равнинным профилем пути он снижается на 5–6% по сравнению с установленными нормами. Значительный эффект может быть достигнут благодаря применению рекуперации электроэнергии на электропоездах пригородного движения. Как известно, железнодорожный транспорт–один из крупней­ших в стране потребителей топливно-энергетических ресурсов. За 1982 г.  им  израсходовано  только  на  тягу  поездов 50,5 млрд. кВт-ч электрической энергии и несколько миллионов тонн дизельного топлива. Поэтому сокращение расхода топливно-энергетических ресурсов имеет государственное значение и являет­ся важнейшим направлением повышения эффективности работы железных дорог.

Составными элементами рациональных режимов вождения  по­ездов являются: использование максимально возможных значений силы тяги, реализация высоких коэффициентов сцепления и рацио­нальное использование запасов кинетической энергии для преодо­ления подъемов,  правильный  выбор скорости  начала торможения, гибкое регулирование силы тяги с применением ослабления воз­буждения тяговых двигателей при оптимальном температурном режиме обмоток электрических машин и дизеля.

Большую роль в реализации рациональных режимов вождения поездов может сыграть применение систем автоматического регу­лирования на локомотивах. Их использование обеспечит оптималь­ное регулирование  сил тяги и торможения со стабилизацией ско­рости движения на заданном уровне. С помощью системы автоматического управления может быть обеспечена надежная и эффективная работа электрического тормоза, в первую оче­редь рекуперативного. Особое значение это имеет для электроподвижного состава переменного тока, где требуется согласованное: изменение режимов работы возбудителей и инверторов. Ручное регулирование в таком случае было бы крайне затруднительно для локомотивной бригады и осложнило ее работу.

Из многолетнего опыта эксплуатации локомотивов и  практики проведения тягово-эксплуатационных испытаний известно, что при разных режимах вождения поездов одинаковой массы оказываются различными показатели использования локомотивов, что проявля­ется в различных уровнях нагрева обмоток электрических машин (до 10–15%), удельных расходах электроэнергии или топлива, а также реализуемых значениях  коэффициента сцепления.

Обучение локомотивных бригад рациональным режимам вожде­ния поездов должно основываться на глубоком понимании ими физических процессов, связанных с движением поезда, управлением, локомотивом и регулированием его мощности.

При разработке рациональных режимов вождения поездов  большое значение имеет изучение и обобщение опыта лучших ма­шинистов. Рост квалификации локомотивных бригад, улучшение качества ремонта и текущего содержания локомотивного парка  необходимы для повышения использования тяговых свойств и мощности локомотивов. Наряду с этим большое влияние на использо­вание локомотивов оказывает культура эксплуатации локомотивов.  Организующая роль принадлежит графику движения поездов, который должен предусматривать наивыгоднейшие условия пропуск  поездов по участкам. Правильное диспетчерское руководство движением поездов, недопущение скрещения и обгона поездов на станциях, расположенных на  неблагоприятном профиле, сокращение числа скрещений, своевременная информация локомотивных бригад об условиях пропуска поездов, ликвидация задержек поез­дов у закрытых сигналов являются необходимыми условиями реа­лизации оптимальные режимов вождения поездов  и высокоэффек­тивного использования локомотивов.

Эксплуатационные качества локомотива и возможности регули­рования силы тяги и скорости движения определяются тяговыми характеристиками,  которые для эксплуатируемых локомотивов при­ведены в ПТР.                 

Общим для локомотивов всех типов является ограничение силы тяги по сцеплению. Автономные локомотивы имеют, кроме того, ограничения силы тяги, определяемые мощностью силовой уста­новки (дизеля), а также температурой окружающего воздуха, ис­пользуемого, в качестве окислителя при сгорании топлива, и его атмосферным давлением. Для электроподвижного состава, тепло­возов и газотурбовозов с электрической передачей существует также ограничение силы тяги по максимальному току, допускаемому ус­ловиями надежной коммутации, и ограничение мощности по нагре­ванию тяговых двигателей или главных генераторов. На маневро­вых тепловозах с гидравлической передачей при работе  на низких скоростях движения (3–5 км/ч) может возникать ограничение си­лы тяги по нагреванию масла в гидротрансформаторе.

Практика эксплуатации локомотивов свидетельствует о том, что для разработки оптимальных режимов вождения грузовых поездов, обеспечивающих рациональное использование мощности, главным является учет ограничений силы тяги по сцеплению и  нагреванию электрических машин, поэтому природа этих ограничений должна быть рассмотрена более подробно.

2. Использование силы сцепления колес с рельсами

В месте контакта колеса с рельсом возникает сила тяги, кото­рая является результатом взаимодействия различных сил, прило­женных к паре колесо – рельс. В результате нажатия колеса на рельс поверхности соприкосновения деформируются (в пределах упругих деформаций), образуется контактная площадка определен­ной формы и размеров. Для колес и рельсов правильной формы и без следов износа при обычных нагрузках на колеса эта контактная площадка имеет форму эллипса, большая ось которого ориентиро­вана вдоль оси рельса. Удельные нагрузки распределяются в виде полуэллипсоида, построенного на базе зоны контакта колеса с рель­сом. В центре зоны контакта они могут достигать 106 кПа.