Кинетическая энергия движущегося поезда частично поглощается упругими элементами конструкции подвижного состава и рассеивается в окружающую среду. На восполнение этих потерь затрачивается работа силы тяги локомотива.
Движение поезда сопровождается вертикальными колебаниями подрессоренной части подвижного состава и рывками по длине поезда.
Вертикальные колебания движущегося подвижного состава обусловлены двумя основными источниками кинематического возмущения: геометрическими неровностями рельсового пути, круга катания колес и неравноупругостью пути.
Продольные динамические силы, действующие в составе и приводящие к рывкам по длине поезда, возникают из-за большой разницы в весе вагонов состава, смены режима ведения поезда, изменения профиля пути и ряда других причин. Наличие зазоров в автосцепках приводит к разному мгновенному ускорению вагонов одного состава: уравнение скорости всех вагонов происходит за счет работы поглощающих аппаратов автосцепок, в которых энергия посада безвозвратно теряется.
Рис. 16. Изменения соотношения элементов основного сопротивления движению грузовых вагонов с роликовыми подшипниками в составе поезда в зависимости от скорости движения
Итак, выделим основные причины возникновения диссипации энергии в окружающую среду:
- движение вагонов сопровождается вертикальными колебаниями их подрессоренной части, энергия которых гасится в элементах рессорного подвешивания (гасителях колебаний, рессорах и т.д.);
- различия в мгновенных ускорениях и замедлениях вагонов состава приводит к появлению в поезде продольных динамических сил, энергия которых гасится поглощающими аппаратами автосцепок и амортизаторами упругой площадки пассажирских вагонов;
- упругие связи букс с тележками подвижного состава также поглощают энергию движущегося поезда.
В связи с недостаточным количеством опытных данных теоретическая оценка величины к6 не представляется возможной.
Таблица 1
Соотношение элементов, составляющих основное сопротивление, %
Примерное соотношение (в процентах) элементов, составляющих основное сопротивление, в функции скорости движения приведено в таблице 1. За 100 % принято основное сопротивление W0, Н.
На рис. 16 представлены графические зависимости изменения отдельных элементов основного сопротивления движению четырехосных вагонов на роликовых подшипниках при q0= 150 кН в функции скорости и их соотношение, в процентах.
Из данных рис. 16 и таблицы 1 видно, что при небольших скоростях движения до 40 км/ч наиболее существенными элементами основного сопротивления являются сопротивления от трения в буксовых подшипниках, трения качения и скольжения колес по рельсам: на их долю приходится примерно 65 — 75 % основного сопротивления. Начиная со скорости движения V =60 км/ч, наибольшее влияние на величину основного сопротивления оказывает сопротивление воздушной среды, доля которого при V = 120 км/ч достигает 58%.
Данные, представленные в этом разделе учебника, позволяют сделать следующие выводы:
- важнейшим фактором, определяющим величину основного сопротивления, является скорость движения подвижного состава; экспериментально доказано, что величина W0 зависит от квадрата скорости, т.е. W0 =f(V2);
- загрузка вагонов также существенно влияет на величину основного сопротивления движению, при этом зависимость основного удельного сопротивления от нагрузки от колесной пары на рельсы q0 обратно пропорциональная, т.е. w0 =f(1/q0);
- величина основного удельного сопротивления w0 зависит от типа подвижного состава:
для локомотивов и пассажирских вагонов при q0=const принят следующий вид формулы, Н/кН:
для грузовых вагонов, Н/кН:
где а, b, с, d — эмпирические коэффициенты.
Необходимо отметить, что различия между типами грузовых вагонов (полувагоны, крытые вагоны, платформы, цистерны и т. д.) в практике тяговых расчетов не учитываются.