Возникновение силы тяги

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Законами механики установлено, что движение тела может возникнуть в результате отталкивания данного тела от другого внешнего тела.

В самом деле, гребец может очень долго просидеть в лодке с погруженными в спокойную воду неподвижными вёслами, но лодка не тронется с места до тех пор, пока он вёслами не оттолкнётся от воды.

При отталкивании от воды лодка будет двигаться в направлении обратном движению вёсел.

Разница между характером действия сил на лодку и паровоз состоит в том, что у последнего роль гребца выполняет паровая машина, роль вёсел — катящиеся колёсные пары, а роль воды — рельсы. С помощью колёсных пар сила давления пара в цилиндрах (передаваемая на колёса посредством шатунно-кривошипного механизма) отталкивает рельсы назад. Но так как рельсы прочно закреплены, то они остаются на месте, а паровоз стремится двигаться вперёд.

Паровоз можно рассматривать как систему, состоящую из большого количества взаимосвязанных деталей (тел).

В результате взаимодействия деталей (как подвижных, так и неподвижных) внутри системы возникают силы, которые в механике называют внутренними. Силы эти попарно одинаковы по величине, но прямо противоположны по направлению действия. Поэтому в сумме они равны нулю. Понятно, что такие силы не могут вызвать поступательного движения паровоза.

Известный в механике закон о движении центра тяжести гласит: внутренние силы, не передающие своего действия на внешние тела, не могут изменить положения центра тяжести системы тел, т. е. не влияют на его движение.

Если приподнять паровоз над рельсами, например, с помощью мостового крана и цепей, и пустить в ход паровую машину, то она вызовет небольшую качку паровоза, заставляя его колебаться в различных направлениях относительно своего центра тяжести, но поступательного движения паровоз не получит.

Для возникновения поступательного движения должны быть

1. Возникновение силы тяги

Фиг. 126. Место контакта колеса с рельсом под микроскопомсозданы условия для передачи действия внутренней силы на какую-либо опору. Этой опорой являются рельсы.

Чтобы понять, откуда берётся на гладком рельсе упор, необходимый для движения паровоза, внимательно рассмотрим площадку контакта колёс с рельсами. Для этого воспользуемся сильным микроскопом. В поле зрения мы увидим мельчайшие неровности, напоминающие собой зубцы, беспорядочно расположенные на ничтожном расстоянии друг от друга (фиг. 126).

Таким образом, паровозы фактически движутся не по гладким полированным рельсам, какими они кажутся на вид, а по рельсам с шероховатой поверхностью. Такие же мельчайшие неровности имеются и на гладких бандажах колёсных пар.

Так как удельное давление паровозного колеса на рельс вместе контакта с ним достигает очень больших величин (до 3 500 кг/см? при диаметре колеса 1 ОООжж), то, естественно, что даже при незначительной величине неровностей бандажей колёса вдавливаются в неровности рельса (в пределах площадки соприкосновения).

Если теперь машинист откроет регулятор и приведёт паровую машину в действие, то все движущие колёса будут стремиться прийти во вращательное движение. Но вращению колёс на месте будет препятствовать сцепление (взаимодействие) с рельсами: выступы бандажей упрутся в неровности рельсов и будут давить на них с некоторой горизонтальной силой, стремясь оттолкнуть рельсы назад. ,И если эта сила не сломает неровности, то колёса оттолкнутся от рельсов потому, что последние надёжно закреплены на шпалах и не могут быть сдвинуты.

на. ктоа

1. Возникновение силы тяги

Фиг. 127. Схема возникновения реактивной внешней силы

Таким образом, на небольшой площадке между каждым движущим колесом и рельсом появляются две равные, но противоположно направленные горизонтальные силы: сила, приложенная от колеса к рельсу, и равная ей сила, приложенная от рельса к колесу (фиг. 127).

Получается, что именно эта последняя реактивная сила и является обязательным условием поступательного движения пара-воза. Поэтому горизонтальную реакцию рельса (реактивную силу), представляющую собой внешнюю силу (рельсы для паровоза являются явно внешними телами), условно считают силой, вызывающей движение, или силой тяги на ободе колёс. Её называют к а-сательной силой тяги, измеряют в килограммах и обозначают Рк.

⇐ | 5. Тип и серия паровоза | | Как устроен и работает паровоз | | 2. Силы сопротивления движению поезда | ⇒