Добавочное сопротивление при трогании поезда с места.
Общее сопротивление
Сопротивление при трогании с места.
Процесс трогания подвижного состава с места, особенно после длительных стоянок (20 мин и более), происходит в условиях полусухого и сухого трения с более высоким коэффициентом трения. Во время стоянок отсутствует гидродинамическое давление масла в буксовых подшипниках, масляный клин (пленка), образовавшийся при движении между шейкой оси колесной пары и буксовым подшипником, разрушается, поэтому трогание с места происходит при контакте металлических поверхностей контактируемых тел (подшипник — ось). За время стоянок снижается температура и повышается вязкость смазки, особенно в зимнее время при низких температурах окружающего воздуха. Стоянка сопровождается значительным смятием металла в зоне контактной площадки, что увеличивает потери от трения качения колес по рельсам. На величину добавочного сопротивления при трогании влияют загрузка вагонов (q0), длина поезда, состояние ходовых частей подвижного состава и тип буксовых подшипников. Сопротивление при трогании подвижного состава, оборудованного роликовыми подшипниками, примерно в пять раз меньше, чем подвижного состава с подшипниками скольжения (см. рис. 2).
Таким образом, зависимость удельного сопротивления при трогании с места на прямом горизонтальном пути в общем виде может быть представлена уравнением, Н/кН:
где φп — коэффициент трения в буксовом подшипнике; ψ — коэффициент сцепления колеса с рельсом; τ — продолжительность стоянки поезда, мин; q0 — нагрузка от колесной пары на рельсы, кН.
На рис. 36 в графической форме представлены зависимости wтр =f(τ, q0) для грузовых вагонов, оборудованных подшипниками скольжения, для случаев кратковременной стоянки поездов. С увеличением продолжительности стоянки удельное сопротивление при трогании с места возрастает из-за разрушения масляного клина в буксовых подшипниках.
Рис. 36. Удельное сопротивление троганию с места грузовых поездов на подшипниках скольжения в зависимости от продолжительности предшествующей стоянки τ и загрузки вагонов q0
Опыты, проведенные ВНИИЖТом, показывают, что в момент начала трогания с места после длительной стоянки величина коэффициента трения в буксовых подшипниках качения порожнего четырехосного вагона достигает φπκ = 0,15, затем ко второму обороту колеса колесной пары эта величина снижается до нормального значения 0,005 (рис. 37) и далее несколько увеличивается.
В настоящее время нет достаточного количества опытных данных, чтобы представить эмпирической формулой зависимость W0 = f(V) в зоне изменения скоростей от 0 до 10 км/ч.
Поэтому условно считают, что в момент трогания поезда с места сопротивление изменяется мгновенно (рис. 38) и не зависит от скорости. Начиная со скорости 10 км/ч, на вагоны поезда начинает действовать основное удельное сопротивление движению w0", величина которого определяется по формулам (см. табл. 3.2).
Рис. 37. Изменение коэффициента трения в буксовых подшипниках качения в зависимости от числа оборотов колесной пары
Рис. 38. Зависимости основного удельного сопротивления w0" и удельного сопротивления при трогании с места wτρ грузовых полувагонов на роликовых подшипниках
Согласно ПТР, удельное сопротивление при трогании состава, оборудованного подшипниками скольжения, на площадке, Н/кН:
где q0 — нагрузка от колесной пары на рельсы, кН.
Необходимо отметить, что формула (3.54) справедлива для удельного сопротивления движению не одного вагона, а при трогании состава поезда. Поэтому, чем длиннее состав, то при прочих равных условиях величина wτρ меньше, т.к. трогание с места хвостовой части поезда происходит при V не равно 0, тогда wтр резко снижается.
При расчете удельного сопротивления при трогании с места подвижного состава, оборудованного роликовыми подшипниками букс, Н/кН:
(3.55)
При наличии в составе поезда разнотипных вагонов, удельное сопротивление поезда при трогании с места определяют как средневзвешенную величину, Н/кН:
где а — доля вагонов с подшипниками скольжения в составе поезда; β — доля вагонов с подшипниками качения в составе поезда.
Таким образом, наибольшее влияние на величину оказывает нагрузка от колесной пары подвижного состава на рельсы, что отражено в формулах (3.54) и (3.55).
На рис 3.39 приведены зависимости удельного сопротивления при трогании с места подвижного состава, оборудованного подшипниками качения (кривая 1) и скольжения (кривая 2), от нагрузки q0.
В результате экспериментальных исследований, проведенных ВНИИЖТом, установлено, что сопротивление троганию с места одиночных четырехосных грузовых вагонов и сцепов, состоящих из 2 — 6 вагонов, заметно отличается от величины, полученной по формулам (3.54) и (3.55). В эти формулы рекомендуется вводить численный коэффициент К; например, для роликовых подшипников формула (3.55) будет иметь вид:
где К — коэффициент, принимаемый в зависимости от количества вагонов в сцепе: 1 вагон — 1,8; 2 вагона — 1,6; 3 вагона — 1,4; 4 вагона — 1,3; 5 вагонов — 1,2; 6 вагонов — 1,1.
Рис. 39. Зависимости удельного сопротивления при трогании с места грузовых вагонов, оборудованных буксовыми подшипниками: 1 - роликовыми;
2-скольжения
Пример. Определить во сколько раз изменится добавочное удельное сопротивление при трогании с места состава, состоящего из четырехосных грузовых вагонов при их полной загрузке (q0=220 кН) в случае замены буксовых подшипников скольжения на роликовые при i= 0.
Решение. 1. Удельное сопротивление при трогании с места состава, оборудованного подшипниками скольжения:
- Удельное сопротивление при трогании с места состава, оборудованного роликовыми подшипниками:
- Отношение удельных сопротивлений при трогании с места состава грузовых вагонов:
