17. Сопротивления движению поезда

Силы, действующие вдоль оси пути по направлению движения поезда, называются движущими силами, а силы встречного направления - силами сопротивления движению поезда.

Сопротивления движению поезда делятся на две составляющие:

I. Основное, действует при движении поезда всегда:

1. Сопротивление пути - трение качения колес по рельсам из-за деформации опорных поверхностей (сила обратно пропорциональна диаметру колес и зависит от твердости материалов); трение скольжения из-за проскальзывания и из-за трения между гребнями бандажей и рельсами, которые уменьшаются при натяжке в режиме тяги; от ударов на неровностях пути (зависит от скорости, нагрузки на ось, зазора в стыке).

2. Сопротивление подвижного состава - трение в подшипниках (сила прямо пропорциональна диаметру оси, обратно пропорциональна диаметру колеса, зависит от коэффициента трения, площади соприкосновения, смазки).

3. Сопротивление внешней среды - впереди сжатие воздуха, боковые поверхности и крыша соприкасаются с воздухом, в промежутках между вагонами и за составом происходит разряжение, завихрение воздуха (конструктивно выполнять более обтекаемую форму).

II. Дополнительное - возникает при движении по отдельным участкам пути и в отдельные периоды времени.

1. От уклонов - эти силы создаются составляющей веса поезда, действующие на подъеме против движения поезда, а на спусках - по направлению движения.

Уклон характеризуется крутизной i, в - тысячных долях и показывает высоту подъема в метрах на каждый километр пути.

Удельная сила дополнительного сопротивления от подъема численно равна величине подъема и измеряется в ньютонах на килоньютон.

2. От кривых - под действием центробежной силы гребни бандажей колесных пар прижимаются к рельсам, и появляется трение; колесо, идущее по внутреннему рельсу, имеет проскальзывание; трение в опорах кузова, в боковых опорах. Из-за большого числа факторов и сложных зависимостей удельное дополнительное сопротивление от кривой определяется по эмпирической формуле щ_R = 700 / R, где R - радиус кривой в м.

3. При трогании с меcта - повышенное трение в подшипниках (смазка выдавлена, полусухое трение), большая деформация рельса и колеса.

Силы удельного дополнительного сопротивления при трогании с места определяются по эмпирическим формулам:

для подшипников скольжения и ;

для подшипников качения .

m_Bo - масса вагона, приходящаяся на одну ось.

4. При низких температурах окружающего воздуха - возрастает вязкость смазки, а значит и коэффициент трения; возрастает так же и сопротивление воздушной среды. Удельное дополнительное сопротивление определяется по формуле щ_НТ = щ₀ (К_НТ -1), а значение коэффициента низких температур К_НТ берется из таблицы при различных низких температурах и скоростях движения для грузовых и пассажирских вагонов.

5. От ветра - встречный и боковой ветер увеличивают сопротивление из-за трения и увеличения сопротивления воздушного потока. По таблице берется коэффициент ветра К_В и удельное дополнительное сопротивление от ветра определяется по формуле щ_В = щ₀ (К_В -1).

6. От подвагонных генераторов для пассажирских вагонов.

7. От движения в тоннелях.

Общее сопротивление движению поезда W_К определяется алгебраической суммой основного и дополнительного сопротивлений. W_К = W₀ + W_д, в Н. Почти все виды сопротивлений пропорциональны весу поезда, поэтому рассматривают удельное сопротивление движению поезда щ_К = щ₀ + щ_д в Н/кН. пневматический тормоз электроснабжение железнодорожный

Основное удельное сопротивление определяется по эмпирическим формулам в зависимости от скорости движения:

- для различных серий локомотивов;

- при движении под током;

- при движении без тока;

- в зависимости от подшипников качения или скольжения;

- в зависимости от количества осей вагона;

- для груженых или порожних вагонов;

- для стыкового или бесстыкового пути.

Общее основное удельное сопротивление определяется как:

18. Определение массы состава

Масса состава - один из важнейших показателей работы железнодорожного транспорта. Увеличение массы состава позволяет повысить провозную способность железнодорожных линий, уменьшить расход топлива и электрической энергии, снизить себестоимость перевозок.

Наибольшая масса поезда ограничивается возможностью проведения поезда локомотивом по наиболее тяжелому (расчетному) подъему, условиями трогания поезда с места на станции и длиной приемо-отправочных путей.

Расчетный подъем - это наиболее трудный для движения в данном направлении элемент профиля пути, на котором достигается расчетная скорость, соответствующая расчетной силе тяги локомотива. Наиболее крутой подъем участка достаточно длинный принимается за расчетный. Если же наиболее крутой подъем заданного участка имеет небольшую протяженность и ему предшествуют «легкие» элементы профиля (спуски, площадки), на которых поезд может развить высокую скорость, то такой подъем не может быть принят за расчетный, так как поезд его преодолевает за счет запасенной кинетической энергии, по инерции. И такие подъемы называются инерционными. И за расчетный подъем принимается подъем меньшей крутизны, но большей протяженности, на котором может быть достигнута равномерная скорость движения при выравнивании силы тяги с общим сопротивлением движению поезда (F_k =W_k).

19. Тяговая характеристика локомотива

Тяговая характеристика локомотива - это зависимость силы тяги локомотива от скорости движения, F_k(V).

Из механики известно, что мощность Р определяется произведением вращающего момента на частоту вращения - Р=М х n. Зная образование силы тяги, это же выражение обозначим как Р=F_k x V, где мощность Р измеряется в Вт, сила тяги F_к - в Н, скорость движения V - в м/с. В тяговых расчетах мощность Р выражается в кВт, сила тяги F_к - в кН, скорость движения V - в км/ч, поэтому формула будет иметь вид: Р=F_к х V / 3,6 , кВт.

Из этого выражения следует, чтобы возить больше и быстрей, необходимы мощные локомотивы. Это необходимо для преодоления крутых затяжных подъемов поездами большей массы и сохранением высокой скорости движения. Но при этом при следовании по спускам и площадкам не требуется большой силы тяги, и мощность локомотива будет недоиспользована.

На тепловозах устанавливать дизели большой мощности не возможно из-за их больших габаритов и большого веса. Поэтому на тепловозах скорость движения по расчетным подъемам около 25 км/ч. Если же необходимо сократить время движения увеличением скорости движения, то необходимо понизить силу тяги, а значит уменьшить массу состава.

Чтобы использовать мощность локомотива в полном объеме на различных профилях, необходимо Р_к = F_к х V = Сonst.

Такая графическая зависимость между силой тяги и скоростью движения для тепловозов будет иметь вид параболы и осуществляется автоматически.

Тяговая характеристика локомотива имеет ограничение по сцеплению колес колесных пар с рельсами и ограничение по максимальной скорости движения

Переход с участка характеристики зависимости силы тяги ограниченной сцеплением колес колесных пар с рельсами от скорости движения F_{к сцеп} (V) на тяговую характеристику у тепловозов осуществляется при скорости 12-20 км / ч, у электровозов - при скорости 45-60 км / ч.

У электровозов мощность электродвигателей можно увеличивать в нужный момент за счет получения дополнительной электроэнергии из контактной сети для увеличения величины электрического тока, а, значит, и силы тяги.

При протекании электрического тока происходит нагрев обмоток тяговых электродвигателей. Тепло от тяговых электродвигателей отводится вентиляторами. При длительной работе электродвигателей с большими токами мощность вентиляторов может оказаться недостаточной. Может произойти перегрев обмоток тяговых электродвигателей, разрушение изоляции и, как следствие, короткое замыкание и пожар. Чтобы этого не произошло, необходимо регулировать величину силы тока в зависимости от времени работы электродвигателей под этим током.

Различают два режима работы электродвигателей - часовой и продолжительный (длительный).

При часовом режиме по электродвигателю пропускают максимальный электрический ток, который в течение часа не перегреет электродвигатель при нормальной вентиляции выше нормы (145^оС).

При продолжительном режиме пропускается максимальной величины электрический ток, который не перегревает электродвигатель в течение неограниченного времени. При испытаниях электродвигателей за продолжительный период считается промежуток времени равный 6 часам.

Сила тяги, полученная при продолжительном режиме работы тяговых электродвигателей, называется расчетной F_{к р} , а скорость, соответствующая этой силе тяги, также называется расчетной V_р

Для грузовых тепловозов расчетная скорость V_р =20-25 км /ч, а для грузовых электровозов ^_ V_р =43-47 км /ч. Отсюда вывод: электровозы обеспечивают прохождение трудных подъемов поездами одинаковой массы за меньшее время, чем тепловозы. В этом главное преимущество электровозов.

20. Режимы движения поезда

Поезд может находиться в трех режимах движения: в режиме тяги, когда у локомотива создается сила тяги; в режиме выбега, когда у локомотива нет силы тяги, и поезд движется за счет запасенной кинетической энергии (по инерции); в режиме торможения, когда создается тормозная сила.

Если силу тяги F_к, силы сопротивления W_к, силу торможения В_т поделить на вес поезда (масса, умноженная на ускорение свободного падения m*g), то получим, соответственно, удельную силу тяги , удельную силу сопротивления , удельную тормозную силу .

Удельная ускоряющая сила в общем случае f_y=f_x-w_k-в_m. Для режима тяги f_y=f_x-w_k; для режима выбега f_y= -w_k, для режима торможения f_y= -w_k-в_m.

При движении поезда ускоряющая сила изменяется в связи с изменением режимов работы локомотива, плана и профиля пути. Наиболее общим случаем является ускоренное или замедленное движение и только в частных случаях - равномерное.

Ускоренное движение можно получить как в режиме тяги, так и в режиме выбега и торможения при следовании на спусках, когда составляющие от веса поезда окажутся больше сил сопротивления движения или суммы сил сопротивления движения и тормозной силы.

Равномерное движение наступает при равенстве этих сил.

Замедленное движение может быть и в режиме тяги при следовании по подъему, когда сила тяги окажется меньше сил основного и дополнительного сопротивлений движению.

При f_y > 0 - ускоренное движение, f_y = const > 0 равноускоренное.

При f_y < 0 - замедленное движение, f_y = const < 0 равнозамедленное.

При f_y = 0 - равномерное движение.

21. К.П.Д. локомотивной тяги

Для электрической тяги К.П.Д. определяется произведением

, .где

- К.П.Д. электростанции (тепловая, атомная, гидравлическая); у гидроэлектростанции К.П.Д. выше;

- К.П.Д. повышающего трансформатора, установленного на электростанции;

- К.П.Д. линии высоковольтной передачи (ЛЭП);

- К.П.Д. тяговой подстанции;

- К.П.Д. контактной сети;

- К.П.Д. электровоза.

Наибольшее влияние на величину К.П.Д. электрической тяги оказывает значение К.П.Д. электростанции.

Для тепловой тяги К.П.Д. определяется произведением

, где

= 0,35 0,40 - К.П.Д. дизеля;

= 0,94 0,95 - К.П.Д. генератора;

= 0,99 - К.П.Д. выпрямительной установки (только для тепловозов с генератором переменного тока и тяговыми электродвигателями постоянного тока).

= 0,915 - К.П.Д. тяговых электродвигателей.

= 0,975 - К.П.Д. зубчатой передачи.

= 0,88 0,92 - К.П.Д. вспомогательных затрат.

22. Локомотивное хозяйство

Локомотивное хозяйство железных дорог включает в себя:

- основные локомотивные депо;

- оборотные депо и пункты оборота локомотивов;

- экипировочные устройства;

- сооружения и устройства энергетического хозяйства;

- склады топлива;

- устройства водоснабжения;

- базы запаса локомотивов;

- восстановительные поезда;

- специализированные ремонтные мастерские.

Основное локомотивное депо имеет приписной парк локомотивов для выполнения поездной и вне поездной работы, а также необходимые технические средства для ремонта и обслуживания локомотивов. Наименование депо - локомотивное, электровозное, паровозное, тепловозное, мотор-вагонное - присваивает президент ОАО «РЖД».

Оборотное депо и пункты оборота локомотивов не имеют приписного парка локомотивов и предназначены для экипировки, технического обслуживания и мелкого ремонта локомотивов. Объем работ по обслуживанию локомотивов устанавливают в зависимости от местных условий и типа обращающихся локомотивов.

Экипировочные устройства предназначены для снабжения локомотивов песком, топливом, водой, смазочными и обтирочными материалами.

Склады топлива и устройства водоснабжения на электрифицированных участках служат для снабжения топливом и водой тепловозов, а может и паровозов, работающих на этих же или примыкающих участках, а также для обслуживания производственных предприятий транспорта и работников железной дороги.

Энергетическое хозяйство объединяет электростанции, принадлежащие железным дорогам, понизительные и тяговые подстанции, контактную сеть, линии питания и электропередачи и наружные электросети. Основным подразделением энергетического хозяйства является дистанция электроснабжения.

Базы запаса локомотивов создают для хранения и технического надзора за состоянием локомотивов, содержащихся в запасе ОАО «РЖД».

Восстановительные поезда формируют для ликвидации последствий аварий и крушений. Эти поезда оснащают подъемным оборудованием и тяговыми средствами и размещают в пунктах, установленных ОАО «РЖД».

Специализированные мастерские организуют, как правило, для ремонта различного оборудования (станков, электродвигателей, кранов) и узлов подвижного состава (например, колесных пар), для нужд всей железной дорогой.

Управление локомотивным хозяйством организовано по территориально-отраслевому принципу. Железнодорожная сеть разделена на дороги, являющиеся основными административно-хозяйственными единицами железнодорожного транспорта. Железные дороги, в свою очередь, разделены на отделения - основные линейные хозяйственные подразделения. Управление железной дороги и отделения дороги руководят производственно-хозяйственной и финансовой деятельностью подчиненных им предприятий и подразделений.

Оперативно-техническое руководство осуществляется по отраслевому принципу, для чего в управлениях железных дорог организованы службы локомотивного хозяйства, а в отделениях - отделы локомотивного хозяйства.

С октября 2003 года произошло реформирование МПС РФ. Создано ОАО «Российские железные дороги», куда вошли подразделения железнодорожного транспорта непосредственно связанные с перевозочным процессом. Оставшиеся подразделения железнодорожного транспорта переданы Федеральному агентству по железнодорожному транспорту Министерства транспорта РФ.

В ОАО «РЖД» для руководства отраслевыми хозяйствами имеются департаменты, например, департамент локомотивного хозяйства, или, например, департамент управления перевозками.

Департамент локомотивного хозяйства разрабатывает технические задания на проектирование перспективных типов локомотивов, оформляет заказы на постройку новых локомотивов, составляет задания на разработку и проектирование устройств и оборудования локомотивного хозяйства. Для обеспечения плана перевозок департамент локомотивного хозяйства совместно с департаментом управления перевозками составляет планы размещения локомотивного парка по железным дорогам, разрабатывает нормы использования локомотивов, технические мероприятия по управлению использования локомотивов и обеспечению безопасности движения и организует выполнение этих мероприятий.

Департамент локомотивного хозяйства разрабатывает правила и технологические процессы ремонта локомотивов, модернизация отдельных узлов и деталей, участвует в разработке норм расхода топлива, энергии, материалов на тягу поездов и ремонт, а также выполняет другие работы, предусмотренные действующими положениями и приказами ОАО «РЖД».

Служба локомотивного хозяйства железной дороги осуществляет техническое руководство предприятиями и организациями локомотивного хозяйства железной дороги, и разрабатывает мероприятия по совершенствованию технологии, внедрению передового опыта, развитию локомотивного хозяйства и повышению безопасности движения поездов.

Локомотивный отдел отделения железной дороги организует работу подчиненных предприятий и контролирует их деятельность; организует труд локомотивных бригад, обеспечивает выполнение норм пробега локомотивов между обслуживаниями и ремонтами, а также нормирование расхода топлива и электроэнергии. На особо крупных отделениях железной дороги могут создаваться отделы электроснабжения и электрификации.

Ответственность за обеспечение поездов локомотивами, оперативное регулирование локомотивным парком и выполнение норм его использования возложена на департамент управления перевозками, службы управления перевозками и отделы перевозок отделений железной дороги.

23. Локомотивный парк и его учет

Распределение парка локомотивов по группам учета в зависимости от состояния и вида работы

Парк локомотивов учитывают по пяти группам:

- инвентарный;

- в распоряжении железной дороги (локомотивного депо);

- вне распоряжения железной дороги (локомотивного депо);

- эксплуатируемый;

- неэксплуатируемый.

Локомотив исключают из инвентаря в случае повреждения в таком объеме, что стоимость восстановления превышает 60 % первоначальной стоимости и при невозможности восстановления рамы кузова, а также опытные образцы локомотивов, эксплуатация, ремонт и модернизация которых экономически невыгодна.

24. Способы обслуживания поездов локомотивами

Исторически сложилось, в процессе развития железных дорог в зависимости от возможностей паровозов длина так называемых тяговых плеч составила 100-130 км. Тяговое плечо - это участок железной дороги между основным и оборотным депо, на котором локомотив следует без отцепки от поезда, а локомотивная бригада без смены. И способ обслуживания поездов локомотивами по тяговым плечам назывался плечевой ездой. В оборотном депо локомотив отцеплялся и с другим поездом возвращался в основное депо. Основной недостаток плечевой езды - частые отцепки локомотивов от поездов и заходы их на территорию депо, вызывающие значительные потери времени, да и при этом, горловины и пути станций дополнительно заняты маневровыми передвижениями.

В целях повышения использования локомотивов и снижения их простоев на станциях основного депо в случае, если оно расположено между пунктами оборота применяют кольцевую езду. Локомотивы работают на участках обращения, значительно превышающих длину прежних тяговых плеч.

Участок обращения - это направление железной дороги, обслуживаемое одним или нескольким депо, одной или несколькими железными дорогами по единому графику. С вводом электрической тяги длина участков обращения увеличилась. При работе на участках обращения локомотив может обернуться на любой из участковых станций в зависимости от характера грузопотока. С вводом электрической тяги можно увеличивать длину тяговых плеч. Однако в реальных условиях приходится учитывать сложившееся расположение сортировочных и участковых станций, размещение предприятий локомотивного хозяйства и местожительство локомотивных бригад.

Решение об удлинении или изменении границ тяговых плеч должно основываться на технико-экономических расчетах.

25. Способы обслуживания локомотивов локомотивными бригадами

Существуют два основных способа обслуживания локомотивов локомотивными бригадами: сменная езда и прикрепленная езда.

При сменной езде локомотивные бригады не закреплены за локомотивом, т.е. на локомотиве могут работать локомотивные бригады одного или нескольких депо.

При сменной езде возможна организация работы локомотивов на участках, протяженность которых соответствует конструктивным особенностям локомотива, ликвидируются простои локомотива из-за отдыха локомотивных бригад, обеспечивается равномерная загрузка локомотивных бригад, соблюдение норм выработки рабочего времени и отдыха локомотивных бригад.

Но при сменной езде для сохранения локомотива в надлежащем технически исправном состоянии потребовалось изменить порядок технического содержания. На локомотиве имеется журнал технического состояния, в котором машинисты расписываются при приеме и сдаче локомотива, записывают все замечания, неисправности в работе локомотива, наличие инструмента, инвентаря и т.д.

26. Показатели использования локомотивов