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).

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.