Сила тяги паровоза

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

В практике эксплуатационных расчётов различают три понятия о силе тяги паровоза: а) индикаторная сила тяги р.; б) касательная сила тяги £„ ; в) сила тяги на крюке тендера Fл.s

Индикаторная сила тяги есть фиктивная сила тяги, т. е. та сила, которая была бы приложена на ободе колёс при отсутствии потерь на трение в механизмах паровой машины. 234

Если из индикаторной силы тяги вычесть силу трения в частях машины, то получим действительную силу тяги, приложенную на ободе колёс, каковая меньше индикаторной и называется касательной силой тяги. Потери на трение в механизме паровой машины зависят от скорости движения и конструкции движущего и парораспределительного механизмов и оцениваются механическим к. п. д. Этот коэфициент всегда меньше единицы. Следовательно, касательная сила тяги может быть выражена через индикаторную так:

£к = 'ПмР1- (54)

Сила тяги на крюке тендера равна касательной силе тяги за вычетом той силы, которая расходуется на передвижение самого паровоза и тендера, т. е.

(55)

где Р - вес паровоза и тендера в рабочем состоянии в т; + 1К - удельная сила сопротивления движению в кг/т, которая состоят из так называемого основного сопротивления паровоза как повозки и>'0 и сопротивления от приведённого подъёма 1к .

Основное сопротивление всегда берётся на прямом и горизонтальном пути при постоянной скорости.

Приведённым подъёмом называется фиктивный подъём, в котором учтено влияние кривых, находящихся на нём.

Сила тяги паровоза ограничивается: а) по котлу - в зависимости от его паропроизводительности; б) по машине - в зависимости от её мощности и в) по силе сцепления колёс с рельсами.

Эти три фактора, ограничивающие силу тяги, должны быть увязаны, между собой, а именно: паропроизво-дительность котла должна быть достаточной для обеспечения машины паром в наиболее неблагоприятных условиях работы, соответствующих наибольшему расходу пара Вм- Размеры машины должны быть подсчитаны так, чтобы была возможность полного использования силы сцепления колёс с рельсами.

Следует здесь же отметить, что паровозы типа 159 и 157 не могут быть приняты за образцы в этом отношении: у обоих паровозов

сила тяги по машине не соответствует сцепному весу. Относительно слабости котла паровоза типа 159 уже упоминалось выше.

Индикаторная сила тяги по машине определяется из условия равенства работы этой силы за один оборот движущих колёс и работы пара в цилиндрах за этот же оборот. Оценивая приближённо уменьшение площади поршня штоком в 3%, а без контрштока

1,5%, получим следующие формулы для индикаторной силы тяги при машине однократного расширения

(56)

где п - число цилиндров у машины однократного расширения; й - диаметр цилиндра в мм;

О - диаметр движущих колёс по кругу катания в мм; I - ход поршня в мм; Рк - давление пара в котле манометрическое в кг/см2;

Р-1 - среднее индикаторное давление пара в цилиндрах в кг/см2;

М - модуль машины паровоза, зависящий от размеров машины и давления пара в котле; Е - индикаторный коэфициент, равный отношению среднего индикаторного давления к котловому давлению.

Фиг. 253. Кривые = 1 (г, V, гм) для паровоза типа 159 и серии ПТ-4

На фиг. 251 представлены диаграммы касательной силы тяги Рк для паровоза типа 157 Коломенского завода при вполне открытом регуляторе в зависимости от скорости движения V км/час. На кривых нанесены отсечки и форсировки котла по машине.

На фиг. 252 представлены те же диаграммы для паровоза типа 157 Сормовского завода, а на фиг. 253 для паровоза типа 159 (пунктиром) и серии ПТ-4 (сплошные линии).

Механический к.п.д. ■rlM=f(s, V) для паровозов типа 157 и 159 при вполне открытом регуляторе представлен на фиг. 254

и 255. Значение индикаторного коэфициента \к = 1-і для Паровоза типа 157 представлено на фиг. 256, а на фиг. 257 -для паровозов типа 159 (пунктиром) и серии ПТ-4 (сплошной линией).

Фиг. 254. Кривые тш = 1 (г, V) для паровоза типа 157

Почти на всех диаграммах значения Ик , ч\м и \к нанесены только для отсечек до 0,5, но для максимального использования мощности паровоза требуется прибегать иногда к большим отсечкам; поэтому необходимо дополнительно опытным путём установить значения указанных величин для этих отсечек.

Ограничение силы тяги по котлу заключается в том, что фактическая реализация силы тяги по машине может быть только при услонии, если котёл вырабатывает достаточное количество пара. Количество пара, приготовляемого котлом для машины, зависит от испаряющей поверхности нагрева Нг и интенсивности парообразования Ъм- Расход пара из котла зависит от мощности, развиваемой машиной, и от расхода пара машиной на 1 л. с, который в свою очередь зависит от скорости, отсечки и величины открытия регулятора. Следовательно, при заданной отсечке ограничение силы тяги по котлу зависит от V, Хм и открытия регулятора.

Фиг. 255. Кривые г)м = 1 (г, V) для паровоза типа 159

Механическая работа, выполняемая паровозом в 1 сек., равна

1 ООО 3 600 кгм'

а мощность в лошадиных силах

(57)

Фиг. 256. Кривые £к =/(?, \')для паровоза типа 157 Коломенского и Сормовского^заводов

Мощность паровоза в зависимости от паропроизводительяости котла можно выразить формулой

Ограничение силы тяги по котлу при различных форсировках в зависимости от скорости приведено на фиг. 251, 252, 253.

Значение касательной мощности Л/к = 1 (е, V) для паровоза типа 157 представлено на фиг. 258, а на фиг. 259 -для паровозов типа 159 и серии ПТ-4.

Сила тяги по сцеплению не может быть больше той силы, при которой нарушается сцепление колёс с рельсами.

Сила тяги по сцеплению имеет следующее выражение:

Як<1 ООО^Яо,, (60)

где Фк - коэфициент сцепления;

Рщ - сцепной вес паровоза, т. е. вес, приходящийся на движущиеся колёса, в т.

Коэфициент сцепления зависит от ряда факторов, как то а) от типа паровой машины и степени её уравновешенности б) от скорости движения; в) от состояния бандажей и рельсов. Коэфициенты сцепления для большинства ширококолейных паровозов раньше принимались в пределах от х/5:2 до 1/6-

Утверждения предельщиков о невозможности повышения коэфи-циентов сцепления опрокинуты стахановско-кривоносовским движением.

На основании опытов над паровозами нормальной колеи ЦНИИ МПС в 1937 г. предложил формулу для определения коэфициента сцепления фк

^к *~ а 4-0,03511 '

где V - скорость движения в км/час;

а - эмпирический коэфициент, имеющий значение для товарных паровозов с симметричной машиной 3,8, с несимметричной машиной 4,6. По этой формуле при скорости, близкой к нулю (момент трогания с места)

при V - 20 км/час

à 1 1

3,8 + 0,035-20 4,5"

Соответственно сила тяги по сцепному весу для паровоза типа 157 при V, близкой к нулю

F* = Ф« РсЧ 1 ООО = 26 1 ООО = 6842 кг; о,о при V = 20 км/час

FK = -Л 26 1 000 = 5 777 кг. 4,5

Для паровозов колеи 750 мм, которые прошли опытные испытания в 1931-1933 гг., коэфициенты сцепления принимались такими же, как и для ширококолейных паровозов. Для паровоза 0-4-0 типа 159 в паспортах были даны коэфициенты сцепления V5,5 и ]/5,85, а для паровоза типа 157 - 11ь,2-

Впоследствии Всесоюзным научно-исследовательским институтом промышленного транспорта (ВНИИПТ) пересмотрены и установлены НОВЫе КОЭфиЦИенТЫ СЦеПЛенИЯ - ОТ Х/4,8 ДО V4.5 С ПрИ-

менением песка.

⇐ | Работа паровой машины | | Паровозы узкой колеи (750мм) | | Сопротивление движению поезда | ⇒