2. Образование силы тяги электровоза

Вращающий момент тягового электродвигателя электровоза через зубчатую передачу передается на колесную пару; этот мо­мент М_к (рис. 1) в соответствии с правилами механики можно представить в виде пары сил Р н Р\ с плечом действия г_к (здесь г_к — радиус колеса). Итак, М_к = Рг_!(, а

Колесная пара давит на рельсы с определенной силой, поэтому между колесом и рельсом возникает сцепление, препятствующее проскальзыванию колес. Если сцепление достаточно, то в точке касания колеса и рельса возникает сила ^кд, равная по значению силе Р\, но противоположно направленная (третий закон дина­мики — всякому действию одного тела на другое всегда соответ­ствует равное и противоположно направленное действие второго тела на первое). Эта сила и является той внешней силой, без которой невозможно движение; ее называют касательной силой I яги па ободе колеса.

В самом деле, представим, что электровоз приподнят мощным подъемным крапом, когда вращающий момент двигателя приведет

колесную пару во вращение, локомотив, не сдвинется с места, так как движение его невозможно при отсутствии внешней силы.

Силой тяги на ободе колеса Р_КД называют внешнюю силу, при­ложенную к движущему колесу локомотива в направлении его дви­жения и вызывающую перемещение локомотива и состава.

Эта сила прямо пропорциональна вращающему моменту тяго­вого двигателя М_Л, передаточному отношению зубчатой передачи р, и обратно пропорциональна радиусу колеса г_к = О_к/2, где О_к — диаметр колеса, т. е. /⁷_Кд = М_дц./г_к,

или ^кд = 27Идц/О_к. (1)

Эта формула не учитывает небольшие .(1 — 1,5%) потери энергии в зубчатой передаче.

При достаточном сцеплении колеса с рельсом силы Р_КД и Р\ уравновешиваются и движение колесной пары происходит под действием оставшейся неуравновешенной силы Р_кл, приложенной к оси колесной пары и буксе.

Рассмотрим возможности повышения силы тяги Р_КД одиночной колесной пары, связанные с конструкцией передаточного меха­низма и диаметром колеса.

Уменьшение диаметра колеса при обычном опорно-осевом под­вешивании двигателя невозможно, поскольку недопустимо изме­нить габариты тягового двигателя по высоте, что привело бы к пони­жению его мощности; увеличение передаточного числа ц, может происходить за счет увеличения или радиуса большого зубчатого колеса г₃ (рис. 2); или радиуса малого зубчатого колеса (шестер­ни). Однако к настоящему времени эти возможности практически исчерпаны: большое зубчатое колесо грузовых электровозов, имея число зубьев 88, нижней частью (с учетом кожуха передачи) выходит за габарит подвижного состава по отношению к деталям автоматизированных сортировочных горок станций, а радиус ше­стерни не может быть снижен по условиям ее прочности.

Под силой тяги электровоза Р_к подразумевают сумму сил тяги /^;_Кд, развиваемых всеми колесными парами электровоза.

Таким образом, основными путями увеличения силы тяги элек­тровоза следует считать повышение числа колесных пар (числа секций у электровоза) или вращающего момента тяговых двигателей; однако и увеличение момента имеет свои ограничения, о которых будет указано ниже.

Следует заметить, что при одинаковом токе тяговых двигателей (одинаковом моменте М_л)- электровозы с колесами, изношенными по диаметру, имеют несколько большую силу тяги (но и меньшую скорость движения). Так, толщина новых бандажей грузовых электровозов допускается до 100 мм, а предельно изношенных — 40 мм (с учетом проката 7 мм), т. е. наибольшая разность диа­метров новых и изношенных колес 120 мм, что составляет почти 10 % полного диаметра колеса. Таким образом, электровоз с но­выми бандажами при прочих равных условиях будет развивать силу тяги почти на 10% меньшую, чем с предельно изношенными.