Практическое занятие 14

Механизм образования касательной силы тяги

При заданном токе нагрузки тяговый электродвигатель развивает на валу вращающий момент (рис. 1.1), равный по величине

,

где - радиус шестерни, м;

- окружное усилие зубчатой передачи, Н.

Окружное усилие зубчатой передачи можно выразить обратно через вращающий момент

.

Частоту вращения вала двигателя и шестерни обозначим - число оборотов в минуту.

Рис. 1.1. Схема образования касательной силы тяги

Действуя на радиусе ведомого зубчатого колеса , сила вызовет реакцию в центре колеса - . Возникнет пара сил , , которая при вращении создает момент , несколько меньший чем момент , за счет трения в зубьях. Из этого следует, что

,

где - КПД, учитывающий потерю мощности в зубчатой передаче и моторно-осевых подшипниках тягового электродвигателя;

- передаточное число.

Зубчатое колесо будет иметь частоту вращения , а вместе с ним будет вращаться движущее колесо вокруг центра О. В результате действия вращающего момента и нагрузки от колеса на рельс возникнет касательная реакция от рельса на колесо и пара сил на движущем колесе , с моментом

,

где - радиус колеса.

Реакция представляет собой силу сцепления колеса с рельсом, приблизительно равную

,

где - статический коэффициент трения. Благодаря реакции колесо будет
стремиться вращаться вокруг мгновенного центра вращения С, что приведёт к качению по рельсам.

По закону действия и противодействия силы и взаимно уравновешиваются. Сила остается неуравновешенной иявляется внешней для локомотива, так как она действует на колесо, которое закреплено (благодаря сцеплению) на рельсе в точке мгновенного центра вращения С и составляет вместе с рельсами единую систему - внешнюю по отношению к локомотиву. Следовательно, сила является движущей силой локомотива. Так как для удобства расчетов условились относить все силы, определяющие движение поезда, к ободам движущих колес, то касательной силой тяги считают силу , равную по величине силе . Таким образом,

,

откуда имеем касательную силу тяги, создаваемую одним двигателем:

.

Касательная сила тяги всего локомотива будет равна сумме сил всех движущих колес, т. е.

.

Качение колес приводит к поступательному движению локомотива со скоростью

,

где - диаметр колеса, м;

- частота вращения колеса, об/мин: .

Измерить практически невозможно. Динамометром измеряют силу тяги на сцепке первого к локомотиву вагона , и называют ее динамометрической. Сила меньше силы на величину сил сопротивления движению и сил инерции самого локомотива.