Тяга поездов: Учебное пособие. Часть 1

Стратегический курс партии на ускорение научно-технического прогресса осу­ществляется внедрением принципиально новых технологий на основе современ­ных фундаментальных наук и эффективных методов управления. С этих позиций книга по тяге поездов представляет собой не только познавательный, но и боль­шой практический интерес для работников локомотивного хозяйства.

Традиционные методы управления на транспорте требуют дальнейшего со­вершенствования, поэтому внедрение современных систем и методов, включая и опыт Белорусской дороги становятся важным направлением интенсификации перевозочного процесса. Для этого АСУЖТ должны перейти от информационно-справочного к организационно-управленческому режиму работы в реальном масштабе времени, что невозможно без обеспечения вычислительных программ информацией по тяге поездов. При этом в основу теории и методов тяговых расчетов должны быть положены подходы и принципы кибернетики, теория уп­равления движением, современные методы моделирования технологических про­цессов. На такой методологической основе и написана книга, что дает возмож­ность использовать его в качестве пособия научно-методического обеспечения АСУЖТ.

Велика роль тяговых расчетов в определении важнейших норм и показате­лей эксплуатационной работы дорог. Она еще больше возрастает с расширением сферы использования тяговых расчетов, что требует достоверной информации с учетом особенностей условий и технологии перевозок каждой дороги. Этот факт необходимо учитывать для полного использования резервов тяги при на­дежной и экономичной работе локомотивов. В этой связи МПС приняло важное решение о регулярном производстве эксплуатационных испытаний локомотивов дорожными динамометрическими вагонами. Теперь испытания становятся неотъ­емлемой частью технической эксплуатации локомотивов и как показал опыт Московской дороги, способом изыскания резервов провозной способности. Этим целям служит написанная методика производства эксплуатационных испытаний тепловозов и обработки их результатов методами математической статистики. Вместе с главой «Энергетика тяги» она может служить научной основой энер­госберегающей технологии перевозок.

В связи с перспективой регулярного вождения тяжеловесных и соединен­ных поездов интерес представляет методика расчета движения поездов с учетом его длины, обобщение опытов ВНИИЖТ и передовой практики.

В заключении книги показаны пути дальнейшего совершенствования теории и методов расчетов, изучение которых может служить научным пособием для реализации концепции ускорения научно-технического прогресса на транспорте.

Заместитель начальника — главный инженер

Топливно-теплотехнического управления

Главного управления локомотивного хозяйства МПС Г. П. МОКРИДЕНК.О

3

Теория тяги— отраслевая наука, изучающая управляемое движение поездов. Управляемым называют движение, обеспечивающее достижение поставленной цели — полного и своевременного удовлетворения народного хозяйства в перевоз­ках при безопасном движении поездов и надежной работе локомотивов. Оптими­зация по производительности и допустимость по надежности невозможны без информации о свойствах и состоянии поездов и внешней среды. Поэтому в тео­рии тяги изучаются различные характеристики подвижного состава, определяемые опытным путем. На их основе МПС устанавливает нормативы силы тяги, скоро­сти движения и других параметров, которые составляют априорную (началь­ную) информацию для расчета движения поездов на всей сети дорог. Расчетами определяются: нормы массы поездов, скорость движения, тормозные средства, расход топлива, а по их результатам составляют графики движения поездов. Очевидно теория тяги служит научной основой функционирования всей системы

транспорта.

Русские ученые — основоположники теории, тяги. Весомый вклад в нее внес­ли советские ученые: А. М. Бабичков, В. Ф. Егорченко, Д. А. Штанге, Д. К. Ми-нов. И. П. Исаев и др. Динамике тяги посвящены труды академиков С. А. Чап­лыгина, В. А. Лазаряна, профессоров Н. Е. Жуковского, Н. А. Панькнна, Е. П. Блохина и др. Теория тяги и опыт машинистов новаторов взаимно обога­щались. «Кривоносовское движение» в 1935 г. способствовало подъему работы всего транспорта. «Коробковскос движение» машинистов способствовало ускоре­нию движения поездов, чем сыграло немалую роль в маневрировании армии при наступлении на Берлин и в ускорении восстановления промышленности. Методы машинистов-новаторов были изучены и обоснованы учеными теории тяги поездов.

Рост объема перевозок в послевоенный период потребовал интенсификации работы в рамках наличной техники. В 1980 г. Московская дорога произвела эксплуатационные испытания локомотивов, выявила резервы тяги, перестроила технологию перевозок и повысила нормы массы поездов с 3,3 до 10 тыс. т. Управление процессом перевозок на базе кибернетики и электронной техники, изыскание резервов тяги в условиях каждой дороги на основе эксплуатационных испытаний и имитационного моделирования на ЭВМ становятся главным направ­лением интенсификации работы транспорта, научным обоснованием регулярного вождения соединенных и тяжеловесных поездов.

Глава   1

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЯГИ

И ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ

1.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Основной задачей теории тяги является исследование и расчет движения поездов. В классической механике и в технической кибер­нетике также производят расчеты движения тел и систем. Однако цели и методы решения задач этих трех родственных областей знаний имеют не только преемственную связь, но и некоторые различия, которые необходимо иметь в виду при расчете и исследовании движе­ния поездов.

В классической механике решают две фундаментальные зада­чи: определение движения, которое получает механическая система под действием заданных сил (прямая задача); определение сил, способных сообщить системе заданное движение (обратная задача). Определить движение — значит определить состояние систе­мы в текущем времени, характеризуемое фазовыми координатами. Механическую систему, форма и размеры которой несущественны в решении данной задачи, называют материальной точкой, или неизменяемой системой. Материальная точка обладает свойством массы без учета структуры тела и является упрощенной моделью для расчета механического движения [211. Фазовые координаты материальной точки представляют собой поло­жение ее в трехмерном пространстве и скорость в каждый момент времени.

Изменения фазовых координат в текущем времени описывают обыкновенными дифференциальными уравнениями. Если условиями задачи даны значения силы, массы системы и начальные условия — координаты и скорость в начале движения, то, проинтегрировав дифференциальное уравнение в форме задачи Коши, получим закон движения системы.

Как очевидно, движение в классической механике понимают в узком смысле — как изменение положения системы в евклидовом пространстве с течением времени. Такое нецеленаправленное дви­жение, совершаемое в отсутствие управления со стороны человека или автоматического устройства, называют естественным движением.

5