Силы сопротивления движению поезда

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Энергия пара расходуется на преодоление сил сопротивления движению поезда, всегда направленных в сторону, . противоположную его движению.

При движении поезда по прямому горизонтальному пути с равномерной скоростью возникает сила сопротивления его движению, как результат воздействия на поезд воздушной среды, а также сил трения (трение между осями и подшипниками, трение бандажей о рельсы, удары на стыках и др.). Эти силы сопротивления постоянно действуют на поезд при его движении, поэтому ИХ ОТЕО-сят к основному сопротивлению.

При высоких скоростях резко возрастает доля сопротивления движению, создаваемого воздействием воздушной среды, на движущееся тело, так называемое «воздушное сопротивление». [Наука, изучающая законы движения воздуха или газа и взаимодействие между телом и обтекающим его воздухом, называется аэродинамикой.

Знание основных закономерностей аэродинамики позволяет конструкторам правильно решать вопросы, связанные с обтеканием тел воздухом (газом) при больших скоростях.

Оказывается, что сила сопротивления воздушной среды движущемуся телу возрастает пропорционально квадрату скорости. Иными словами, если скорость увеличится в два раза, то воздушное сопротивление возрастёт в четыре раза, если же скорость увеличится в четыре раза, то воздушное сопротивление возрастёт в щест-надцать раз.

С другой стороны, воздушное сопротивление во многом зависит от формы тела, двигающегося в воздушной среде. Так, например, оказывается, что падающая капля принимает такую форму, при которой наблюдается самое минимальное сопротивление.

Вот почему конструкторы стремятся придать различным подвижным экипажам, самолётам, автомобилям, локомотивам и их частям формы, напоминающие форму падающей капли, или, как говорят, создать «обтекаемую форму».

Так, паровозы, предназначенные для работы с большими скоростями (свыше 100 км/час), обшивают специальным кожухом, имеющим обтекаемые формы. Часто этот обтекаемый кожух называют «капотом».

Кроме придания паровозу обтекаемой формы, капот прикрывает вращающиеся детали (колёса, дышла), что также уменьшает воздушное сопротивление.

На фиг. 128 показан общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 постройки Коломенского завода, а на фиг. 129 — общий вид курьерского паровоза того же типа 2-3-2, но постройки Ворошиловград-

2. Силы сопротивления движению поезда

Фиг. 128. Общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 постройки Коломенского заводаского завода. Как видно из фигур, обтекаемые формы капотов йаровозов несколько отличаются друг от друга.

Паровоз Ворошиловградского завода машинисты прозвали «сигарой».

Ещё в 1938 г. известный испытатель локомотивов канд. тех. наук П. А. Гурский производил опыты по установлению влияния обтекаемого капота на уменьшение сопротивления паровоза при скоростях движения до 160—170 км/час.

П. А. Гурскому удалось определить опытным путём затрату мощности на передвижение высокоскоростного паровоза типа 2-3-2 № 1 Коломенского завода в зависимости от скорости движения при оборудовании паровоза обтекаемым капотом и без него. Эти данные представлены на фиг. 130, из которой видно, что, например, при скорости 140 км/час на передвижение паровоза без капота надо затратить 1 080 л. с, а на передвижение того же паровоза, но в капоте — всего лишь 745 л. с, т. е. в данном случае от применения капота получено сокращение мощности на перемещениесамого паровоза в 335 л. с; при скорости 160 км/час — экономия составляет 457 л. с. Эти цифры говорят о той пользе, которая получается от применения обтекаемых форм у паровоза при работе его с высокими скоростями.

На фиг. 131 в качестве примера показан общий вид скоростного паровоза немецкой постройки.

Когда же поезд движется по подъёму, проходит кривые или трогается с места, то кроме основных сил сопротивления появляются ещё дополнительные силы сопротивления его движению: сила сопротивления от подъёма, сила сопротивления от кривой, сила сопротивления при трогании с места.

2. Силы сопротивления движению поезда

Фиг. 129. Общий вид курьерского паровоза типа 2-3-2 "а" постройки Ворошиловградского завода

Почему возрастает сопротивление поезда при трогании его с места?

Исследования показали, что во время стоянки подвижного состава смазка, находящаяся между подшипниками скольжения и шейками осей колёсных пар, выдавливается. Поэтому значительная часть работы силы тяги расходуется на преодоление полусухого трения между осями и подшипниками (см. стр. 182), вместо обычного жидкого трения. А на преодоление сухого трения надо затратить больше энергии, чем на преодоление жидкого трения. Кроме того, при продолжительной стоянке поезда колёса как бы вдавливаются в рельсы, вследствие чего сила трения между бандажами колёсных пар и рельсами возрастает.

Чем больше вес поезда (или вес паровоза), тем больше сила сопротивления движению. Иными словами, сопротивление поезда пропорционально его весу. Поэтому силы сопротивления относят к единице веса, т. е. к 1 т.

■ - Сопротивление в килограммах, приходящееся на 1 т веса, называется удельным сопротивлением. Разумеется, если удельное сопротивление помножить на вес паровоза (или поезда) в тоннах,

то получится полное сопротивление движению паровоза (или поезда). Сопротивление определяется по формулам, полученным опытным путём.

Как видим, принцип передвижения паровозов с гладкими колёсами по рельсам ничем не отличается от принципа передвижения паровозов с зубчатыми колёсами по зубчатым рейкам, о которых мы дали краткие сведения во «Введении» к книге. Разница лишь б размерах, форме и прочности прилегающих друг к другу зубцов.

2. Силы сопротивления движению поезда

Фиг. 130. График зависимости мощности, затрачиваемой на передвижение паровоза, от скорости

Если в результате отталкивания колеса от рельса контакт между мельчайшими естественными неровностями на рельсе и колесе нарушится, то произойдёт боксование — проскальзывание колёс.

Сила тяги паровоза зависит от развиваемого паровой машиной усилия. Чем оно больше, тем больше и сила тяги и, наоборот, чем усилие меньше, тем меньше сила тяги. Силой тяги может управлять машинист, изменяя по своему желанию отсечку, т. е. степень наполнения цилиндров паром и давление пара в цилиндрах. Регулирование силы тяги осуществляется машинистом при помощи регулятора, и переводного винта (реверса).

Какова же наибольшая величина силы тяги?

2. Силы сопротивления движению поезда

Фиг. 131. Общий вид обтекаемого паровоза серии 05 постройкизавода Борзиг

⇐ | 1. Возникновение силы тяги | | Как устроен и работает паровоз | | 3. Закон сцепления | ⇒