build-master
понедельник, 28 февраля 2011 г.
СЦЕПЛЕНИЕ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ. КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ
Сцепление колес с рельсами. В процессе ведения поезда машинист регулирует мощность силовой установки и силу тяги локомотива, которая изменяется в широких пределах. Во всех случаях сила тяги не должна превышать силы сцепления колес с рельсами во избежание срыва сцепления и возникновения боксования колесных пар.
От чего же зависит сила сцепления колеса с рельсом? От многих факторов. К ним относятся следующие: нагрузка, передаваемая колесной парой рельсам; упругие свойства материала бандажа и рельса; состояние и свойства поверхностных слоев бандажа и рельса; скорость движения локомотива; климатические и метеорологические условия сцепления; динамические процессы, связанные с состоянием экипажной части локомотива, а также конструкцией и состоянием пути, характером изменения вращающего момента и др. Влияние каждого из этих факторов на силу сцепления, а следовательно, реализуемую силу тяги неодинаково. Установлено, например, что одновременное повышение твердости материала бандажа и рельса улучшает условия сцепления, в то время как повышение твердости одной из контактирующих поверхностей может эти условия ухудшать. Увеличение нагрузки от колесной пары на рельсы улучшает условия сцепления и увеличивает реализуемую силу тяги. Именно этим вызваны некоторые конструкторские решения по балластировке локомотивов.
Существенное влияние оказывают фрикционные характеристики поверхностей бандажей и рельсов, а они в значительной степени зависят от характера загрязнений, степени их насыщенности влагой и смазкой. Они загрязняются продуктами износа, остатками перевозимых грузов, смазочными материалами и др. Загрязнение поверхностей колеса и рельса значительно ухудшает их фрикционные характеристики, особенно при насыщении слоя загрязнений парами воды или капельной влагой, что приводит к резкому снижению силы сцепления и может быть причиной возникновения боксования. Во многих странах ведутся работы по стабилизации сцепления путем механической очистки рельсов, обмывки их водой, обработки различными растворителями (кислотами, эфирами и др.), электроискровой и плазменной обработке рельсов. Однако все это не обеспечивает достаточно эффективного улучшения сцепления, и поэтому распространения такие разработки не получили.
Стабилизация сцепления. Более эффективным средством стабилизации сцепления следует считать оснащение локомотивов специальными устройствами, препятствующими развитию боксования и способствующими его затуханию при устранении вызвавшей его причины. На тяговом подвижном составе разных серий эти устройства различны по схемным и конструктивным решениям. Обычно такое устройство содержит узел обнаружения боксования и исполнительный орган, производящий необходимые переключения в электрических цепях локомотива.
В большинстве случаев в результате таких переключений уменьшается сила тяги, так как производится шунтирование резистором обмоток якорей или обмоток возбуждения тягового двигателя бок-сующей или смежной с ней оси, перевод двигателей с ослабленного на полное возбуждение, подпитка обмоток возбуждения от постороннего источника, введение резистора в цепь тяговых двигателей, ослабление возбуждения главного генератора и др. Однако применяемые устройства не отвечают в полной степени предъявляемым к ним требованиям. Это объясняется как недостаточными чувствительностью и быстродействием органов обнаружения (датчиков боксования), так и недостаточными универсальностью и гибкостью исполнительных органов, поскольку при различных соединениях и режимах работы тяговых двигателей противобоксовочные устройства должны осуществлять различное снижение вращающего момента боксующей оси.
Следовательно, предотвращение боксования колесных пар тягового подвижного состава, а в случае его возникновения скорейшее его прекращение с минимальной потерей силы тяги продолжают оставаться ответственной задачей локомотивных бригад, требующей от них высокой квалификации и мастерства.
Наиболее распространенным и эффективным средством стабилизации сцепления является введение в зону контакта колеса с рельсом мелкозернистого кварцевого песка. Эффективность его применения в свою очередь зависит прежде всего от качественного и гранулометрического состава песка, направления истечения песковоздушной струи и расположения наконечников песочных труб по отношению к зоне контакта колеса с рельсом. В связи с этим наряду с необходимостью освоения всеми локомотивными бригадами техники эффективного управления песочницей, своевременной подачи песка для предотвращения возникновения боксования не менее важно обеспечить применение высококачественного песка, правильную и систематическую регулировку форсунок песочниц, соответствующее содержание песочных труб.
Коэффициент сцепления. Силу тяги для одной колесной пары обычно выражают в долях нагрузки Р от колесной пары на рельсы:
Источник
Способ увеличения сцепления колеса с рельсом
Владельцы патента RU 2504492:
Изобретение относится к железнодорожному транспорту и направлено на повышение реализуемой силы тяги локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации, например на карьерах в горной промышленности в зимних условиях. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом колесо-рельс в зимний период заключается в том, что песок подают в зону контакта предварительно подогретым, например, при помощи индукционного нагревателя, а величину нагрева песка определяют с учетом температуры окружающей среды (рельса). В результате уменьшения пробуксовки уменьшится износ бандажей колесных пар тягового оборудования и рельсов, что позволит избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с буксованием. В связи с универсальностью, этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности. Технический результат заключается в повышении коэффициента сцепления колес с рельсами и увеличении тягового усилия локомотива. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способам повышения реализуемой силы тяги локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации, например на карьерах в горной промышленности в зимних условиях.
На железных дорогах Северного региона и Сибири в зимних условиях на рельсах появляется ледяная корка в виде так называемого «черного налета», толщина которого может доходить до 1 мм. Название ледяной корки обусловлено наличием в ее структуре мелкодисперсных продуктов износа колес, рельсов, тормозных колодок подвижного состава и частиц смазки [1].
В процессе движения подвижного состава при повышенных углах подъема рельсового пути в условиях промышленных карьеров (до 60-80 промилле) колесные пары локомотива при наличии на рельсах ледяной корки могут двигаться с пробуксовкой, что приведет к снижению коэффициента сцепления и, следовательно, к уменьшению тягового усилия локомотива.
Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в подаче сухого песка к точкам контакта колес с рельсами [2]. Данный способ для применения в зимних условиях не пригоден, так как непрерывно подаваемое, при этом, в зону контакта количество песка значительно превышает требуемое количество и его избыток засоряет рельсовый путь. Кроме того, следует учесть условия зимнего климата, длящегося в России несколько месяцев при температуре -25°…-40°C, и повышенные углы подъема карьерного рельсового пути.
Известен способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в применении регулируемой импульсной подачи песка в зону контакта колеса и рельса [3]. В данном способе за счет регулирования количества подачи песка несколько уменьшен его расход, однако он также не обеспечивает увеличение коэффициента сцепления колес с рельсами в зимних условиях и существенное снижение расхода песка.
Следует отметить, что при наличии на рельсах в зоне их контакта с колесами значительного слоя песка, их взаимодействие осуществляется не непосредственно по схеме «металл-металл», а при участии многослойной прослойки песка. При этом передача нагрузки от колеса к рельсу происходит при взаимодействии частиц песка друг с другом, что приводит к снижению тяговых характеристик локомотива.
Известен также способ увеличения сцепления колеса локомотива с рельсом, заключающийся в том, что применяют дополнительные форсунки и электропневматические клапаны, отрегулированные на другую подачу песка [4]. Техническим результатом известного способа является решение, обеспечивающее регулируемое количество песка, подаваемого под колеса локомотива. Это техническое решение принято нами в качестве прототипа. Недостатком прототипа при реализации данного способа является невозможность обеспечения увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.
Техническим результатом изобретения является увеличение сцепления колеса с рельсом и повышение тягового усилия локомотива в зимних условиях.
На фиг.1 изображена схема реализации способа увеличения сцепления колеса с рельсом в зимних условиях.
Способ увеличения сцепления колеса с рельсом и повышения тягового усилия локомотива в зимних условиях заключается в следующем.
Абразивный материал, например сухой кварцевый песок, из бункера 1 перемещают в индуктор 2, нагревая до требуемой температуры, транспортируют через отрегулированные на разное количество подачи песка форсунки 3, подают в зону контакта 4 колеса 5 с рельсом 6 по трубопроводам 7, 8, 9 через сопло 10. Далее нагретый песок, попав в зону 4 на ледяную корку перед колесом 5 на поверхности рельса 6, интенсивно растапливает ее и создает условия для обеспечения нормальных условий взаимодействия нагретых частиц песка с колесом и рельсом.
В зависимости от условий эксплуатации в зону 4 подают необходимое количество песка путем включения той или иной форсунки с помощью электропневматических клапанов 11, 12, 13. Нажатием кнопок 14, 15, 16 воздух от питающей магистрали 17 через разобщающий кран 18 и соответствующие электропневматические клапаны подводят к песочным форсункам.
Температуру нагрева песка в индукторе 2 определяют исходя из следующих соображений. Согласно имеющимся сведениям при нагреве поверхности на 18…20°С выше температуры окружающего воздуха происходит интенсивная сухая возгонка льда [1], (с.82). Здесь приводится формула для определения температуры подогрева рельса tр.
где tв — температура воздуха в °С.
Учитывая вышеизложенное, приняв температуру нагретого рельса равной температуре песка, формулу (1) можно представить в виде
где tn — температура нагрева песка, °С;
Kп — коэффициент, учитывающий тепловые потери вследствие адиабатического расширения поступающей из трубопровода 3 воздушно-песочной смеси при доставке песка через пескоподающие трубы 7, 8, 9 из индуктора 2 к соплу 10. Коэффициент Kп также зависит от технических характеристик устройства, реализующего подачу песка согласно данному способу. В среднем Kп можно принять равным 1,2…1,5.
Например, при температуре воздуха: -30°, принимая Kп=1,35 по формуле (2), получим tn=1,16·(-30)+1,35·16=-13,2.
Таким образом, при температуре воздуха -30°С достаточно довести температуру песка до -13.2°С. Значение коэффициента Kп следует уточнять в зависимости от реальных параметров системы нагреватель — транспортирующая пескопроводная система.
Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить повышение коэффициента сцепления и, следовательно, увеличение тягового усилия локомотива. В результате уменьшения пробуксовки колесных пар уменьшится износ бандажей колесных пар тягового оборудования и рельсов, что позволит избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с буксованием. Кроме того, нагрев песка способствует уменьшению вероятности его смерзания в пескоподающей системе в зимних условиях.
В связи с универсальностью этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности.
1. Косиков С.И. Фрикционные свойства железнодорожных рельсов. М., Наука, 1967, 111 с.
2. Филонов С.П., Гибалов А.И. и др. Тепловоз 2ТЭ116. Песочная система. М., Транспорт, 1985.
3. Способ регулирования подачи песка под колеса рельсового подвижного состава, а.с. 935356, кл. B61C 15/10, B60B 39/04.
4. Устройство для подачи песка под колеса локомотива, а.с. 1507619, B 61 C 15/10.
1. Способ увеличения сцепления колеса с рельсом, заключающийся в том, что в зону контакта колеса с рельсом подают сухой песок, отличающийся тем, что с целью обеспечения функционирования пары колесо-рельс в зимний период песок подают в зону контакта предварительно подогретым, например, при помощи индукционного нагревателя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину нагрева песка определяют с учетом температуры окружающей среды (рельса) и тепловых потерь системы нагреватель — транспортирующая пескопроводная система.
Источник
Сцепление колес с рельсами, ограничение силы тяги по условиям сцепления
Сцепление колеса с рельсом тем сильнее, чем больше сила Ро (см. рис. 2), с которой колесная пара давит на рельс. Сцепление, необходимое для реализации силы тяги, можно получить лишь при условии, что некоторая доля этой силы Ро будет больше силы тяги Fкд, развиваемой данной колесной парой.
Если сила тяги превысит силу сцепления, то сцепление нарушится, колесо начнет проскальзывать по рельсу, при этом сила сцепления резко уменьшится, колесо как бы лишится упора и начнет вращаться все быстрее. Это явление называют боксованием; при нем вращающий момент, развиваемый двигателем и реализуемый колесной парой, падает (из-за уменьшения тока и коэффициента сцепления) и сила тяги снижается, что прежде всего вызывает уменьшение скорости движения поезда; возможно и нарушение коммутации двигателей локомотива.
Чтобы определить наибольшую допустимую силу тяги электровоза, необходимо знать значение коэффициента сцепления.
Коэффициент сцепления зависит от многих факторов: состояния поверхности рельсов (масляные пятна, торфяная или угольная пыль, листья уменьшают сцепление, песок — увеличивает); общего состояния пути; радиуса закругления и возвышения рельсов на кривых участках пути. При небольшом дожде коэффициент сцепления снижается, однако при сильном дожде, смывающем грязь с рельсов, уменьшения коэффициента сцепления не наблюдается.
На коэффициент сцепления влияют также факторы, зависящие от состояния электровоза. Так, повышенный прокат бандажей, разность в диаметрах по кругу катания комплекта колесных пар или колес одной колесной пары, большие поперечные разбеги колесных пар, различие жесткости рессор и пружин, неудачный подбор тяговых двигателей по характеристикам ухудшают сцепление, особенно с ростом скорости движения. Большая инерция (масса, диаметр) вращающихся частей, связанных с двигателем, препятствует развитию боксования.
Коэффициент сцепления на электровозах постоянного тока двигатели соединены последовательно или последовательно — параллельно.
Источник
