Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Января 2013 в 10:03, лекция
В теории тяги изучается управляемое движение поездов. При этом поезд рассматривается как механическая система. Естественно, что тео-ретической основой тяги поездов является общий курс механики. Вместе с тем, теория тяги имеет свои особенности, вытекающие из особенностей движения поездов, целей и способов управления движением.
Контрольные вопросы в конце лекции
Лекция №3
ТЕОРИЯ ТЯГИ ПОЕЗДОВ И ОБЛАСТЬ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОЕЗДА.
В теории тяги изучается управляемое движение поездов. При этом поезд рассматривается как механическая система. Естественно, что теоретической основой тяги поездов является общий курс механики. Вместе с тем, теория тяги имеет свои особенности, вытекающие из особенностей движения поездов, целей и способов управления движением.
Управляемая система характеризуется такой организацией процесса движения, при которой обеспечивается достижение поставленной цели.
Это значит, что поезд должен прибыть в определенное место в заданное время. Очевидно, задача сводится к тому, чтобы подобрать такие силы, которые привели бы поезд в состояние, соответствующее требованиям графика.
Наконец, отличительной особенностью теории тяги являются ограничительные условия, определяющие выполнимость программы движения согласно требованиям устойчивости и безопасности движения, а также надежности работы локомотива. Выполнение этих требований обязательно в эксплуатации и в расчетах движения поездов.
Расчетную часть курса тяги поездов называют тяговыми расчетами. Нормы расчетных величин и методы тяговых расчетов, утвержденные МПС, имеют силу ведомственного стандарта и называются «Правилами тяговых расчетов» (ПТР).
На основании тяговых расчетов определяют:
- весовые нормы поездов,
- скорость и время движения,
- тормозные пути и потребность в тормозных средствах,
- расход энергоресурсов на тягу поездов,
- выбор оптимальных режимов вождения поездов,
- мощность тяговых подстанций и расстояния между ними,
- расстановку сигналов.
Тяговые расчеты используются для:
- разработки графика движения поездов,
- изыскания и проектирования железных дорог,
- расчетов в области экономики перевозок.
Таким образом, тяговые расчеты являются основным расчетным инструментом в деле планирования, рационального функционирования и развития железных дорог.
В тяговых расчетах используются приближенные методы, удовлетворяющие по точности требованиям практики.
МОДЕЛЬ ПОЕЗДА.
СИЛЫ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ
На поезд действует много сил, различных по величине, природе образования, месту приложения и направлению действия. В тяговых расчетах выбирают только те силы, которые влияют на управляемое движение, что приводит к понятию математической модели поезда.
Поезд представляет собой систему материальных тел (локомотив и вагоны), обладающих упругими (автосцепка) и жесткими (колесо-рельс) связями.
На поезд, а значит и на систему действуют силы, которые можно разделить на внешние и внутренние.
Внутренними силами называются силы, возникающие при взаимодействии отдельных элементов системы, деталей конструкции. Это:
• поперечные колебания в рельсовой колее за счет работы рессорных комплектов при неравномерной загрузке вагона (1);
• продольные колебания в зазорах автосцепки из-за наличия упругих элементов в поглощающем аппарате (2);
• вертикальные колебания обрессоренного веса (3) и т.д.
Но внутренние силы являются парными, равными по величине и противоположно направленными, следовательно, их равнодействующая будет равна нулю. Поэтому мы видим, что их воздействие не оказывает никакого влияния на движение поезда. В расчетах действие внутренних сил учитываться также не будут.
Внешними силами называются такие силы, действие которых исходит от тел, не входящих в рассматриваемую систему (локомотив - вагоны). Например: вес поезда, реакция рельсов, воздействие окружающей среды … Три основные силы, воздействующие на поезд при его движении:
Силой тяги называют внешнюю управляемую движущую силу, создаваемую тяговыми двигателями локомотива во взаимодействии с рельсами и приложенную к ободам ведущих колес в направлении движения. (F, кгс или Н)
Силой сопротивления называют совокупность всех неуправляемых сил, возникающих в процессе движения, действующих в направлении, противоположном движению и приведенных к ободам колес подвижного состава. (W, кгс или Н)
Тормозной силой называют внешние управляемые силы, создаваемые тормозными средствами поезда во взаимодействии с рельсами и приложенные к тормозным колесам в направлении, противоположном движению. (ВТ, кгс или Н)
Проделаем несколько последовательных упрощений.
▼ Этап 1. Представим поезд в виде одного тела общим весом (Р+ Q), на которое действуют горизонтальные силы тяги F и сопротивления движению W.
▼ Этап 2. Наличием связей и возможностями относительных перемещений вагонов пренебрегаем. Это возможно сделать потому, что суммарная работа внутренних сил в поезде равна нулю, так как в любой сцепке при относительных перемещениях действуют взаимно противоположные силы.
Новая модель поезда теперь представляет собой два связанных тела (локомотив и состав вагонов), движущихся поступательно. Оба тела находятся в движении одно и то же время, проходят одно и то же расстояние (от одной станции до другой).
▼ Этап 3. Будем подразумевать некоторые, естественные в наших целях, упрощения: не принимаются во внимание многие, несущественные для анализа детали, например, техническое состояние вагонов и локомотива (достаточно того, что они могут двигаться в составе).
▼ Этап 4. Последним этапом моделирования поезда может быть отвлечение от его реальных размеров. Можно посчитать, что, так как все элементы поезда движутся поступательно, его реальные размеры (то есть, длина) не имеют существенного значения для анализа характера его движения. Это позволяет рассматривать движение поезда как движение центра его масс (центра тяжести), то есть как движение материальной точки, в которой сосредоточена масса поезда и к которой приложены все действующие на него силы.
Итак, движение поезда определяется в тяговых расчетах как движение материальной точки, в которой сосредоточена вся масса поезда и к которой приложены все внешние силы, действующие в направлении движения и в противоположном направлении. Аналитическое описание движения полученной модели поезда носит название «математической модели».
Именно такая, внешне очень простая, модель поезда и положена в основу методов тяговых расчетов, предназначенных для использования в практике эксплуатации железных дорог в нашей стране. Это положение зафиксировано в п. 1.4.1 Правил тяговых расчетов: «При определении скорости движения и времени хода поезд принимать за материальную точку, в которой сосредоточена вся его масса. Положение этой точки условно считать в середине поезда».
Вообще, невозможно подобрать ни один из математических или физических законов для описания движения поездов. Трудности заключаются в следующем:
- Вагоны в
составе имеют различные
- Вагоны в
составе имеют различную
- Вагоны в составе имеют различные сроки службы;
- В разных составах поезда имеется набор разных вагонов.
Поэтому для разного состава, каждого вагона, каждой скорости движения необходим собственный расчет параметров движения.
РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА.
В зависимости от сочетания действующих сил различают следующие режимы движения поезда: режим тяги, режим торможения, режим холостого хода.
Равнодействующая, включающая в себя соотношения величин, называется ускоряющей силой (R) и определяет характер движения поезда.
►Режим тяги (или работы локомотива).
R = F — W.
Здесь возможны три варианта характера движения поезда в зависимости от соотношения действующих сил:
а) R > 0, то есть F > W, что соответствует ускоренному движению поезда на стадиях разгона и увеличения скорости его движения;
б) R < 0, то есть F < W — замедленное движение;
в) R = 0, то есть F= W — равномерное движение.
► Режим выбега (или холостого хода энергетической установки локомотива, при котором ее энергия на тягу поезда не используется).
В этом случае поезд движется без участия силы тяги локомотива (по инерции или под уклон). На поезд действуют только силы сопротивления движению.
R = ±W.
Движение при этом, как правило (за исключением движения на крутых спусках), замедленное.
► Режим торможения. На поезд, при отсутствии силы тяги, кроме сил сопротивления действуют искусственные силы, направленные противоположно движению и сумма которых представляет тормозную силу поезда В, величина которой может быть значительно больше сил основного и дополнительного сопротивления движению.
В этом режиме равнодействующая этих сил всегда отрицательна и движение поезда — замедленное.
R =±W— В
Контрольные вопросы
Информация о работе Тяговые расчеты для промышленного транспорта