С увеличением частоты вращения якоря ТЭД возрастает про-тивоэлектродвижущая сила (противоэ.д.с,), что сопровождается уменьшением тока ТЭД и касательной силы тяги движущих колес. Однако при высокой скорости скольжения силы трения и межмолекулярных связей колес с рельсами уменьшаются быстрее снижения силы тяги, а их разница идет на увеличение кинетической энергии боксующих колесных пар, что способствует дальнейшему развитию боксования. Так возникает разносное боксование, которое может стать причиной повреждения тяговых двигателей или остановки поезда на тяжелом подъеме.
Вершина кривой F (и) соответствует потенциальному коэффициенту сцепления, получаемому при чистых и сухих рельсах и подаче песка.
С увеличением нагрузки от колеса на рельс значение я|)0 уменьшается. Например, у тепловозов 2ТЭ10Л коэффициент эластичности достигает 0,19, т. е. с увеличением нагрузки на 1 % значение г|)0 возрастает на 0,19 %. При увеличении диаметра колес от 1050 до 1250 мм значение хро может возрасти на 4 %. При совместном увеличении диаметра и осевой нагрузки в пределах 230—270 кН возможно повышение силы тяги по сцеплению на 18 %, что представляет собой перспективное направление интенсификации тяги поездов и увеличения провозной способности. Увеличения я|)„ можно достигнуть также за счет механических свойств бандажей и рельсов: повышением предела прочности и коэффициента Пуассона, а также понижением модуля упругости. При упрочении поверхностей рельсов термической обработкой я|з() возрастает на 5 %.
Ранее считалось, что предельная скорость движения рельсового транспорта ограничена сцеплением колес с рельсами и не может превышать 300 км/ч. Исследования природы сцепления во Франции и Японии привели к заключению о том, что потолок скорости может быть поднят до 400 км/ч, что существенно повышает конкурентоспособность железных дорог.
Взаимодействие поверхностей колес и рельсов с внешней средой. Поверхность металлов обладает свойством поглощать вещества внешней среды. Явление поглощения, как известно из курса физики, называют адсорбцией. Тело, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом. Поглощаемыми веществами — адсорбатами могут быть газ, пыль, влага, грязь, масло. Природа адсорбции объясняется тем, что адсорбат, попадая на поверхность адсорбента, удерживается (адсорбируется), вследствие свободной энергии его поверхностных слоев. Частицы ад-сорбата либо удерживаются некоторое время на поверхности, а затем «покидают» ее, либо образуют тонкие адсорбционные пленки. 32
Газы и кислород воздуха могут вступать в реакцию с металлом и образовывать окисные пленки. Как показали исследования, трение, возникающее в результате деформации, резко интенсифицирует процесс окисления, в результате которого на поверхности бандажей и рельсов образуются довольно прочные окисные пленки, снижающие сопротивление сдвигу.
Очевидно, адсорбционные силы имеют ту же физическую природу, что и межмолекулярные взаимодействия контактирующих твердых тел. Значения этих сил зависят от пористости и микрорельефа поверхностей металла, его состава, природы адсорбата, дав-. ления и температуры. В процессе деформации металла проис-Жрдят сдвиги в кристаллической решетке, молекулы адсорбата проникают в глубь по границам кристаллов и явление адсорбции возникает на внутренних поверхностях. Тогда адсорбированные пленки становятся более прочными. Естественно, что при въезде локомо-fMBa на загрязненные рельсы происходит боксование. ,, Исследования адсорбции в Академии наук СССР привели Щ заключению о том, что она играет большую роль в процессах |фения, износа и сцепления. Как доказал академик П. А. Ребиндер, ^'результате адсорбции происходит значительное понижение сопротивляемости тел деформированию, что приводит к снижению редела текучести. В физике твердого тела это явление получило азвание эффекта Ребиндера. Адсорбция может в значительной гепени изменять процесс деформации, снизить прочность и уско-ять наступление ползучести металла (возникновение пла-гической деформации без увеличения нагрузки сдвига). В свою Чередь при деформации и сдвиге металла касательными силами роисходит разрушение адсорбированных и сдирание окисных пле-Йок, выдавливание инородных внедрений, что приводит в контакт Ч|йстые металлические поверхности. В результате возрастают ад-гезионные взаимодействия между чистыми поверхностями обнаженного металла.
Важнейшими факторами, определяющими разрушение пленок и возникновение адгезионных взаимодействий, являются значения нормальной н тангенциальной нагрузок в зоне контакта и скорость проскальзывания колес по рельсам. Большое влияние на силы адгезии могут оказать динамические нагрузки и разгрузки колесных пар, вибрации колесных пар, которые вызывают пластическое течение металла в поверхностных слоях даже при незначительных нагрузках.
К веществам внешней среды относится песок, подаваемый на рельсы под колеса локомотива. Однако если ранее рассмотренные вещества снижают силу сцепления, то песок, напротив, способствует ее повышению. В настоящее время подача песка под колеей является наиболее эффективным способом повышения устойчивости против боксования. Физическая природа этого явления объясняется следующим. Кварцевый песок имеет острые грани зерен и высокую твердость, достигаю-
2 Зак. 2251 33
щую 10 кН/см2. Вследствие этого зерна песка в зоне контакта колес с рельсами разрушают не только адсорбционные пленки, но и очень прочные окисные пленки, что обнажает кристаллы металла и способствует увеличению сил адгезии. Более того, в результате вдавливания зерен песка в зоне контакта увеличивается объем металла, участвующего в сопротивлении сдвигу. Разрушая поверхностные пленки и проникая в промежутки микровыступов контактируемых поверхностей, песок заполняет пустоты, вытесняя частицы адсорбата. Такое явление в физике получило название сплошности. К тому же зерна песка обладают большими сопротивлениями срезу и сдвигу. Вследствие явления сплошности возрастает площадь действительного контакта, а благодаря высокому сопротивлению сдвигу резко возрастает сцепление колес с рельсами.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.