Определение и содержание науки о тяге поездов. Уравнение движения поезда. Сопротивление движению поезда. Образование и реализация силы тяги. Торможение

Состав курса "Теория электрической тяги":

1.  Лекции 48 часов;

2.  Лабораторные работы;

3.  Курсовой проект – тяговый расчет на ПЭВМ.

Рекомендуемая литература:

1.  В.Е.Розенфельд, И.П.Исаев, Н.Н.Сидоров Теория электрической тяги М.:, Транспорт, 1995 или более ранний выпуск.

2.  С.И.Осипов, К.А.Миронов, В.И.Ревич Основы локомотивной тяги М.: Транспорт, 1979. – 440 с.

1. Определение и содержание науки о тяге поездов.

Тяга поездов – это отрасль железнодорожной науки, изучающая круг вопросов, относящихся к механике движения поезда, рациональному использованию мощности локомотивов и безопасности движения. Теория электрической тяги является частным случаем науки о тяге поездов.

Наука о тяге поездов включает следующие основные разделы:

1.  Силы, действующие на поезд и факторы, их определяющие.

2.  Движение поезда как результат действия сил.

3.  Методы решения практических задач, связанных с движением поезда и работой локомотива.

4.  Методы тяговых испытаний подвижного состава.

5.  Методы определения условий наиболее рационального использования мощности локомотива.

Применительно к электрической тяге можно выделить следующие практические вопросы, решаемые с использованием теории электрической тяги:

1.  Расчет силы тяги электровоза при различных режимах его работы и скоростях движения.

2.  Расчет сил сопротивления движению.

3.  Расчет тормозных сил электровоза и состава при различных режимах торможения.

4.  Расчет динамических усилий в поезде при различных режимах его движения.

5.  Выбор типа электровоза по заданным параметрам состава, скоростного режима и участка обращения.

6.  Выбор массы состава по заданным параметрам электровоза и участка обращения.

7.  Расчет скоростей движения и времени хода по каждому перегону участка.

8.  Составление графика движения поездов.

9.  Нормирование расхода электроэнергии.

10.  Определение рациональных режимов движения поезда по различным участкам.

11.  Определение пропускной и провозной способности электрифицированных участков железных дорог.

12.  Определение параметров системы энергоснабжения по заданному типу электровоза, параметрам участка и графику движения.

13.  Выбор профиля проектируемого участка по заданному типу подвижного состава и параметрам движения (следует в основном рассматривать применительно к метрополитену).

14.  Выбор рационального размещения станций, депо, экипировочных устройств, тяговых подстанций проектируемого участка при заданном типе подвижного состава и параметрах движения.

15.  Выбор тяговых свойств, формы кузова, компоновки проектируемого подвижного состава в зависимости от его функционального назначения.

Обобщая выше сказанное, можно сказать, что в теоретической части вопросов, рассматриваемых Теорией электрической тяги, используются законы общей механики и электротехники; в практической – обобщается опыт передовых машинистов наряду с применением передовой вычислительной техники.

Теорию электрической тяги нельзя рассматривать в отрыве, как от остальных железнодорожных наук, так и от остальных наук в целом. На данном этапе развития науки и техники все науки тесно связаны между собой и имеют тенденцию к проникновению друг в друга. Это можно проиллюстрировать на основе классификации тяги поездов.

Тепловозная тяга с электрической передачей, как и электрическая тяга, может быть как постоянного, так и переменного тока с коллекторными или бесколлекторными тяговыми двигателями. Из этого следует, что при разработке тепловозного подвижного состава необходимо решать вопросы Теории электрической тяги.

Поскольку курс предусматривает рассмотрение вопросов тяги поездов применительно к электрической тяге, рассмотрим преимущества этого вида тяги:

1.  Экологическая чистота поездов с электрической тягой (вопрос особенно актуален для крупных промышленных центров с интенсивным пригородным движением).

2.  Как правило, большая реализуемая мощность локомотива, по сравнению с тепловозной тягой (не нужен запас топлива, дизель, меньшая емкость аккумуляторной батареи). Большая мощность подразумевает большую массу состава и большую техническую скорость.

3.  Меньшая масса при распределении тяговых двигателей по длине поезда (моторвагонный подвижной состав). Следовательно меньшая нагрузка на ось, следовательно большая максимальная реализуемая скорость движения (ICE (ФРГ) – 482 км/ч, TGV (Франция) – 515,3 км/ч).

				тяга поездов
				по типу движителя
паровозная		тепловозная				электрическая
			по типу подвижного состава
			локомотивная
			моторвагонная
по типу передачи
	гидропередача				постоянного тока
	электрическая передача				переменного тока
					выпрямленного тока
					асинхронный привод
					синхронный привод

4.  Возможность возврата части электроэнергии в режиме торможения (электрическая тяга – это единственный вид тяги, который предполагает "утилизацию" части потребленной энергии с последующим частичным ее потреблением другими поездами или питающей сетью).

5.  Больший, по сравнению с другими видами тяги пробег между экипировками, поскольку требуется только заправка локомотива песком. Как правило, для электропоездов не требуется даже этого.

Наряду с преимуществами электрической тяги следует отметить и главный ее недостаток – неавтономность, то есть жесткая зависимость от наличия контактной сети, что удорожает сооружение участков с электрической тягой и уменьшает ее надежность из-за возможности обрыва контактной сети.

2. Уравнение движения поезда.

2.1. Уравнение движения одиночного экипажа (одиночно следующего локомотива).

Начнем с простого. Для примера рассмотрим некое тело массой m, например кирпич, которое покоится на некоторой плоскости. Предположим, что к телу приложена сумма сил åF, линия действия равнодействующей F которых проходит через центр тяжести тела и параллельно плоскости, на которой покоится тело. В этом случае, согласно II закону Ньютона, тело начнет двигаться с постоянным ускорением а.

F = m × a,

Расположим ось координат параллельно плоскости, по которой двигается рассматриваемое тело. Тогда можно записать:

.

Если наше рассматриваемое тело (кирпич) поставить на колеса (получится нечто вроде простейшего экипажа), то помимо массы, совершающей поступательное движение, появится масса, совершающая вращательное движение. Формула в этом случае претерпит изменения:

,

где (1+g) – некий коэффициент, учитывающий инерцию вращающейся массы.