старший преподаватель кафедры технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов,
Курган
Kurgan
Режим трогания с места для наземного транспортного средства является наиболее тяжёлым. Это обусловлено тем, что сила трения покоя значительно превосходит силу трения движения. Для поездов этот режим представляет настолько серьёзную проблему, что иногда приходится принимать специальные меры, такие как использование песка в зоне контакта бандажа колеса с рельсом или вспомогательного локомотива. Эффективным способом трогания поезда с места является выбор зазоров в сцепках. При этом вагоны приводятся в движение последовательно, и инертная масса, а также сила трения покоя непосредственно в момент трогания минимальны.
Этот способ, однако, имеет два существенных недостатка – малую фиксированную величину зазоров в сцепках, что ограничивает эффективность способа, и ударный характер передачи импульса, что отрицательно сказывается на состоянии конструктивных элементов поезда. Указанных недостатков можно избежать, если использовать упруго деформируемые сцепки.
Целью работы является показать преимущество трогания поезда с упругими сцепками по сравнению страдиционным путём его математического описания и анализа. Трогание состава с упругими сцепками значительно легче, чем недеформируемого. При этом чем больше число вагонов, тем больше преимущество первого перед вторым. Смягчение режима трогания состава с места, по существу, обусловливается заменой одновременного трогания секций на поочерёдное. Этот процесс актуален для инерционных сил. Применительно к силе трения покоя механизм будет подобным, то есть преодолевается не вся сила трения покоя одновременно, а поочерёдно преодолеваются её малые части. Для исключения продольных колебаний состава после достижения максимального растяжения сцепки следует механически блокировать возможность её гармонического сжатия с последующей выборкой упругой деформации, например, с использованием демпфирующих устройств.
В качестве дополнительного положительного эффекта от использования упругих сцепок можно рассматривать исключение передачи ударных нагрузок на двигатели локомотива.
The starting mode for a ground vehicle is the most difficult since the static friction force is much greater than the dynamic friction force. For trains, this mode is such a serious problem that sometimes it is necessary to take special measures, such as the use of sand in the contact area of the wheel tire with the rail or an auxiliary locomotive. An effective way of starting a train is to select coupling clearances. In this case, cars are set in motion sequentially and the inert mass, as well as the static friction force at the immediate moment of starting are minimal.
This method, however, has two significant drawbacks: a small set value of clearances in couplings, which limits the effectiveness of the method, and the shock nature of the impulse transmission negatively affecting the state of train structural elements. These disadvantages can be avoided by using elastically deformable couplings.
The objective of the work is to show the advantage of starting a train with elastic couplings in comparison with the traditional mode using its mathematical description and analysis. Starting a train with elastic couplings is much easier than that of a non-deformable one. Moreover, the greater is the number of wagons, the greater is the advantage of the former over the latter. The softening of the mode of starting the train from rest is essentially due to replacement of the simultaneous start-off of the sections by alternate. This process is relevant for inertial forces. Regarding the static friction force, the mechanism will be similar, i.e., not all the static friction force is overcome at the same time, but its small parts are overcome one by one. To exclude longitudinal vibrations of the train, after reaching the maximum tension of the coupling, it is necessary to mechanically block the possibility of its harmonic compression with subsequent sampling of elastic deformation, for example, using damping devices.
The elimination of the transmission of shock loads to the locomotive engines can be considered as an additional positive effect from the use of elastic couplings.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.