9. Утворення сили тяги.

На електрорухомому складі та тепловозах з електричною передачею під час проходження струму по обмотках якоря ТЕД, за рахунок взаємодії струму обмотки якоря з магнітним потоком, що утворюють котушки головних полюсів, винникає обертаючий момент.

Обертаючий момент через зубчату передачу передається до колісної пари. Виникаючі при цьому сили являються внутрішними відносно поїзда і не можуть викликати поступового руху. Для отримання поступового руху необхідно за рахунок дії внутрішніх сил викликати зовнішні. Це можливо досягти шляхом використання властивості зчіпленням коліс з рейками.

Рисунок 1 - Утворення сили тяги

На рисунку 1 показане колесо, до якого прикладений момент М_к, а притиснуте до рейки воно силою Р. Обертаючий момент М_к замінимо парою сил F₁ та F₂, прикладених відповідно в точках О та А. Під дією сил Р та F₂ виникають рівні їм але протилежно спрямовані реакції із сторони рейки R та F, які являються зовнішніми по відношенню до поїзда. Сила R спрямована перпендикулярно напрямку руху і не впливає на його характер. Сила реакції F, спрямована за напрямком руху поїзда, виникає під дією обертаючого моменту та зчіплення колеса з рейкою і називається силою тяги. За рахунок зчіплення колеса з рейкою виникає необхідний упор, відштовхуючись від якого колесо починає пересуватись. Оскільки у точці А колесо за рахунок сил зчіплення не пересувається воно знаходиться під дією сили F₁ і починає обертатися відносно точки А - миттєвого центру швидкостей. Так як миттєвий центр обертання при цьому переміщується по поверхні головки рейки зліва направо, то і центр колеса точка О буде здійснювати поступове переміщення у тому ж напрямку.

Розглянуті процесси поширюються і на колісну пару. Сила F, діюча на всі колеса, є дотиковою силою тяги локомотива.

10. Сили, що діють на поїзд. Сили опору руху.

На поїзд, що рухається, діють різноманітні зовнішні та внутрішні сили. Як відомо із механіки, внутрішні сили урівноважуються в середині системи і не впливають на рух самої системи. На характер поступового руху системи впливають лише зовнішні сили та їх складові, які діють у напрямку руху або в протилежну сторону.

Такими зовнішніми силами, що діють на механічну систему, яка зветься поїздом, є :

-сила тяги F_д, що створює локомотив;

-гальмівна сила В_г, яка виникає при вмиканні гальмів;

-сили опору руху W, до яких відносяться всі інші сили.

Силу тяги F_д та гальмівну силу В_г називають керуємими, так як їх може регулювати машиніст.

На сили опору руху машиніст впливати не може, тому їх і називають некеруємими. Сила тяги F_д спрямована за напрямком руху, гальмівна В_г в сторону протилежну руху. Сили опору W, як правило діють проти руху, виняток складає лише рух поїзда з гори .

За законами механіки кілька сил діючих на точку або систему, можна замінити однією рівнодіючою F_р, яку називають прискорюючою силою

F_р = F_д – W – B_г . (1)

Всі три складовіі цієї сили одночасно на поїзд не діють (не має сенсу, щоб локомотив тягнув загальмований поїзд). В залежності від того які сили діють в даний момент на поїзд, розрізняють наступні режими руху:

- режим тяги, тоді коли на поїзд діють сила тяги F_д та сили опору руху W

F_р = F_д – W ; (2)

- режим вибігу (X.Х.), коли на поїзд діють тльки сили опору руху W

F_р = – W ; (3)

-режим гальмування, коли до сил W додаються сили В_г

F_р = – (W + В_г) ; (4)

Прискорюючу силу, що має від’ємне значення, називають уповільнюючою.

Для спрощення розрахунків використовують питомі значення сил, які дорівнюють силам у ньютонах, віднесених до ваги поїзда у кілоньютонах:

f_д = F_д / (mg); w = W / (mg) ; b_г = B_г / (mg). (5)

Розділивши у рівнянні (1) ліву та праву частини на вагу поїзда, одержимо Н/кН:

f_р = f_д – w – b_г . (6)

При розгляді сил, які впливають на рух поїзда, його показують у вигляді матеріальної точки, у якій зосереджена вся його вага. А всі перераховані сили відносять до ободів колісних пар та прикладають до точки дотику коліс з рейками.