Тяжелые усилия

В железнодорожном инженерии термин «Терфрактивные усилия» описывает способность потягивания или толкания локомотива . Опубликованное значение тяжести силы для любого транспортного средства может быть теоретическим, то есть рассчитанным по известным или подразумеваемым механическим свойствам или полученным посредством тестирования в контролируемых условиях. Обсуждение в данном документе охватывает использование термина в механических приложениях, в которых окончательная стадия системы передачи мощности представляет собой одно или несколько колес в контакте с трениями с железнодорожным путем .

Определение тяжелых усилий

Термин «тяжкие усилия» часто квалифицируются как начальные тяжелые усилия , непрерывные усилия по тяне и максимально тяжести . Эти термины применяются к различным условиям работы, но связаны с общими механическими факторами: входным крутящим моментом для движущих колес, диаметра колеса, коэффициентом трения ( $μ$ ) между движущими колесами и опорной поверхностью и весом, применяемым к движущим колесам ( $мг$ ). Продукт до мг $μ$ и $начала$ является фактором адгезии , который определяет максимальный крутящий момент, который может быть применен колеса или колеса .

Начало тяжелых усилий: Начало усилий по поводу тяги - это тяжкая сила, которая может быть сгенерирована в месте. Эта цифра важна на железных дорогах, потому что он определяет максимальный вес поезда, который локомотив может привести в движение.
Максимальное тяжкое усилие: Максимальное тяжкое усилие определяется как самая высокая тяжкая сила, которая может быть получена при любом состоянии, которое не вредно для транспортного средства или машины. В большинстве случаев максимальные тяги развиваются на низкой скорости и могут быть такими же, как и начальные тяжелые усилия.
Непрерывные тяжелые усилия: Непрерывные тяжкие усилия - это тяжкая сила, которую можно сохранить на неопределенный срок, в отличие от более высоких тяжких усилий, которые можно поддерживать в течение ограниченного периода времени до перегрева системы передачи мощности. Из -за взаимосвязи между мощностью ( $P$ ), скоростью ( $V$ ) и силой ( $F$ ) описана как:

P=vF

или

{\frac {P}{v}}=F.

Тяжелые усилия обратно в зависимости от скорости на любом данном уровне доступной мощности. Непрерывные тяжкие усилия часто показаны в форме графика в диапазоне скоростей как часть кривой тяжких усилий . ^{[ 1 ]}

Транспортные средства, имеющие гидродинамическую муфту , гидродинамический умение крутящего момента или электродвигатель в рамках системы передачи мощности, также могут иметь максимальный непрерывный рейтинг усилий с непрерывными тяжками, что является самой высокой тяжкой силой, которая может быть получена в течение короткого периода времени, не причиняя вреда компонентам. Период времени, в течение которого максимальные непрерывные усилия по тяне могут быть безопасно сгенерированы, обычно ограничен тепловыми соображениями. такие как повышение температуры в тяге .

Кривые усилия

Технические характеристики локомотивов часто включают кривые усилий ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} показывая связь между тяжелыми усилиями и скоростью.

Форма графика показана справа. Линия AB показывает операцию при максимальной тяжке, линия BC демонстрирует непрерывные тяжкие усилия, которые обратно пропорциональны скорости (постоянная мощность). ^{[ 6 ]}

Кривые тяжких усилий часто имеют графики сопротивления на ходу, наложенные на них - пересечение графа сопротивления проката ^{[ Примечание 1 ]} и график тяги усилий дает максимальную скорость при нулевой степени (когда чистые тяжкие усилия равны нулю).

Железнодорожные транспортные средства

Чтобы запустить поезд и ускорить его до заданной скорости, локомотив (ы) должен развивать достаточную силу тяжелой силы, чтобы преодолеть сопротивление поезда , которое представляет собой комбинацию трения оси , трения колес на рельсах (которое является значительно больше на изогнутой дорожке, чем на касательной дороге), и сила гравитации, если на оценке . Оказавшись в движении, поезд будет развивать дополнительное сопротивление, когда он ускоряется из -за аэродинамических сил , которые увеличиваются с квадратом скорости. Перетаскивание также может быть произведено на скорости из -за охоты на грузовик (Bogie) , которая увеличит катание на ходу между колесами и рельсами. Если ускорение продолжится, поезд в конечном итоге достигнет скорости, с которой доступная тяжкая сила локомотива (ы) точно компенсирует общее сопротивление, что приведет к прекращению ускорения. Эта максимальная скорость будет увеличена при понижении из -за тяжести, помогая мотивной мощности, и будет уменьшена при обновлении из -за гравитации, противостоящей мотивной мощности.

Тяжелые усилия могут быть теоретически рассчитаны по механическим характеристикам локомотива (например, давление пара, вес и т. Д.) Или с фактическим тестированием с датчиками деформации на тяге и динамометре . Power At Rail - это железнодорожный термин для доступной мощности для тяги, то есть мощности, которая доступна для продвижения поезда.

Паровые локомотивы

Оценка тяжелой работы одного цилиндрического парового локомотива может быть получена из давления цилиндра, отверстия цилиндра, ход поршня ^{[ Примечание 2 ]} и диаметр колеса. Крутящий момент, разработанный линейным движением поршня, зависит от угла, который приводящий стержень делает с касательной радиуса на приводном колесе. ^{[ Примечание 3 ]} Для более полезного значения используется среднее значение по поводу вращения колеса. Движущая сила - это крутящий момент, разделенный радиусом колеса.

В качестве приближения можно использовать следующую формулу (для двухцилиндрового локомотива): ^{[ Примечание 4 ]}

\{t\}_{\mathrm {lbf} }={\frac {\{d\}_{\mathrm {in} }^{2}\{s\}_{\mathrm {in} }\{p\}_{\mathrm {psi} }}{\{w\}_{\mathrm {in} }}}\times 0.85,

^{[ 7 ]}

где

T- это тяжелые усилия в Pounds
D - диаметр поршня в дюймах ( отверстие )
S - ход поршня в дюймах
P - рабочее давление в фунтах на квадратный дюйм
w - это диаметр движущих колес в дюймах

Постоянной 0,85 была стандартом ассоциации американских железных дорог (AAR) для таких расчетов, и переоценила эффективность некоторых локомотивов и недооценила эффективность других. Современные локомотивы с роликовыми подшипниками , вероятно, были недооценены.

Европейские дизайнеры использовали константу 0,6 вместо 0,85, поэтому их нельзя сравнивать без коэффициента конверсии. В британских железных дорогах, как правило, использовалась константа 0,85, но строители промышленных локомотивов часто использовали более низкую фигуру, как правило, 0,75.

Постоянный C также зависит от размеров цилиндра и времени, когда открытые клапаны входа пара; Если впускные клапаны пара закрыты сразу после получения полного давления цилиндра, можно ожидать, что сила поршня упадет до менее чем половины первоначальной силы. ^{[ Примечание 5 ]} давая низкое C. значение Если цилиндрические клапаны остаются открытыми на дольше, значение C поднимется ближе к одному.

Три или четыре цилиндра (простые)

Результат должен быть умножен на 1,5 для трехцилиндрового локомотива и два на четырехцилиндровый локомотив. ^{[ 8 ]}

В качестве альтернативы, склонные усилия всех «простых» (т. Е. Не связанных) локомотивов могут быть рассчитаны таким образом:

$\{t\}_{\mathrm {lbf} }={\frac {0.85\{d\}_{\mathrm {in} }^{2}n\{s\}_{\mathrm {in} }\{p\}_{\mathrm {psi} }}{2\{w\}_{\mathrm {in} }}},$ ^{[ 9 ]}

где

T- это тяжелые усилия в Pounds
n - количество цилиндров
D - диаметр поршня в дюймах
S - ход поршня в дюймах
P - максимальное номинальное давление в котле в PSI
w - это диаметр движущих колес в дюймах

Несколько цилиндров (соединение)

Для других чисел и комбинаций цилиндров, включая двигатели с двойным и тройным расширением, тяжкие усилия могут быть оценены путем добавления тяжких усилий из -за отдельных цилиндров при их соответствующих давлениях и инсультах цилиндров. ^{[ Примечание 6 ]}

Значения и сравнения для паровых локомотивов

Тяжелые усилия - это фигура, часто цитируемая при сравнении способностей паровых локомотивов, но вводит в заблуждение, потому что тяжелые усилия показывают способность начинать поезд, а не способность перевозить его. Возможно, самые высокие усилия, когда-либо утверждавшиеся, были предназначены для триплексного локомотива Вирджинской железной дороги 2-8-8-8-4 , который в простом режиме расширения имел рассчитанное начало TE в 199 560 фунтов (887,7 кН), но котел не мог произвести. Достаточно пар, чтобы переносить со скоростью более 5 миль в час (8 км/ч).

Более успешные паровые локомотивы, с самыми высокими начальными усилиями, которые были с самыми высокими оценками, были вирджинской железной дорогой AE-класс 2-10-2S , на 176 000 фунтов (783 кН) в режиме простой эксплуации (или 162 200 фунтов, если рассчитаны по обычным формула). У Union Pacific Big Boys было начало 135 375 фунтов (602 кН); Norfolk & Western 'S Y5, Y6, Y6A и Y6B Class 2-8-8-2S имели начало TE 152 206 фунтов (677 кН) в простом режиме расширения (позже изменено до 170 000 фунтов (756 кН), некоторые энтузиасты); и Пенсильвании железной дороги грузовой дуплекс Q2 достиг 114 860 фунтов (510,9 кН, включая бустер)-самый высокий для локомотива с жестким рамением. Позже двухцилиндровые локомотивы пассажира, как правило, составляли от 40 000 до 80 000 фунтов (от 170 до 350 кН) TE

Дизельные и электрические локомотивы

Для электрического локомотива или -электрического локомотива усилия начальные рассчитать можно дизель передаточное число колеса между тяговыми двигателями и осьми, а также диаметром . Для дизельного гидравлического локомотива на начало начального тяжкого усилия влияет крутящий момент киоска преобразователя крутящего момента , а также передача, диаметр колеса и локомотив.

Связь между властью и тяжелыми усилиями была выражена Хей (1978) как

t={\frac {PE}{v}},

^{[ 10 ]}

где

T - это тяжелые усилия, в Ньютонах (n)
P - сила в ваттах (w)
E - это эффективность, с предполагаемым значением 0,82 для учета потерь между двигателем и рельсом, а также мощность, перемещенная в вспомогательные системы, такие как освещение
v - это скорость в метрах в секунду (м/с)

Крусовые локомотивы предназначены для получения более высоких максимальных тяжких усилий, чем пассажирские единицы эквивалентной мощности, что требуется гораздо более высоким весом, который типичен для грузового поезда. В современных локомотивах выбирается передача между тяговыми двигателями и осьми, чтобы удовлетворить тип обслуживания, в котором будет эксплуатироваться устройство. Поскольку тяговые двигатели имеют максимальную скорость, с которой они могут вращаться без ущерба, передача для более высоких тяжких усилий находится за счет максимальной скорости. И наоборот, передача, используемая с пассажирскими локомотивами, способствует скорости, а не максимально тяжело.

Электрические локомотивы с мономоторными тележниками иногда оснащены двухступенчатой передачей. Это позволяет более высоким усилиям по перевозке грузовых поездов, но с уменьшенной скоростью. Примеры включают классы SNCF BB 8500 и BB 25500 .

Смотрите также

Торможение
Уравнение перетаскивания
Коэффициент адгезии , который является просто весом на движущих колесах локомотива, разделенных на начальные тяжелые усилия
Классификация энергетики - Британские железные дороги и лондонская, Мидленд и Шотландская железнодорожная схема.
Железнодорожная адгезия
Тракторная тяга , притяжение Болларда - статьи, связанные с тяжелыми усилиями для других форм транспортного средства

Примечания

^ Графики обычно демонстрируют сопротивление проката для стандартной длины или веса поезда, на уровне или на подъеме градиента
^ Половина расстояния хода примерно такая же, как радиальное расстояние от связи приводного стержня к центру приводного колеса
^ Отношение: крутящий момент = силовой _{поршень} x r (радиальное расстояние до точки соединения приводного стержня) x cos ( a ), где a - это угол, который приводящий стержень делает с касательной к радиусу от колесного центра до привязанность к вождению
^ Как и в случае с любой физической формулой, единицы измерения должны быть последовательными: давление в PSI и длине в дюймах придают тяжелые усилия в LBF, в то время как давление в PA и длину в метрах придают тяжелые усилия в N.
^ См . Законы о газе для объяснения.
^ Значение постоянной C для цилиндра низкого давления принимается на 0,80, когда значение для цилиндра высокого давления принимается как 0,85

Ссылки

^ Саймон Ивницки, изд. (2006). Справочник по динамике железнодорожных автомобилей . Бока Ратон: CRC Press: Taylor & Francis. п. 256. ISBN 978-0-8493-3321-7 .
^ Xpt: доставка, тестовые прогоны и демонстрационные запуска Railpage.au.org См. График
^ Гравютировая семейство локомотив Voithturbo.de (стр. 2) Архивировал 2009-03-18 на машине Wayback
^ Euro 4000 Freight-Electric Locomotives vossloh-spana.com (стр. 2)
^ Eurorunner ER20 BF и ER20 BU, Diesel Electric Platform Locomotives для Европы Siemens.dk (стр. 3)
^ Юджин А. Аваллоне; Теодор Бауместер; Али Садег, ред. (2006). Оценка стандартного справочника для инженеров -механиков (11 -е изд.). МакГроу-Хилл. п. 166. ISBN 978-0-07-142867-5 .
^ Аллан, Ян (1957). Британские железнодорожные локомотивы объединены . Ян Аллан ООО
^ Ян Аллан ABC из британских железных дорог Локомотивов , зима 1960/61 издание, часть 1, с. 3
^ Филлипсон, EA (1936). Конструкция парового локомотива: данные и формулы . Локомотив издательская компания.
^ Хей, Уильям (1978). Железнодорожный инженер . Уайли, Нью -Йорк. п. 100

Дальнейшее чтение

[7] Графики обычно демонстрируют сопротивление проката для стандартной длины или веса поезда, на уровне или на подъеме градиента

[8] Половина расстояния хода примерно такая же, как радиальное расстояние от связи приводного стержня к центру приводного колеса

[9] Отношение: крутящий момент = силовой _{поршень} x r (радиальное расстояние до точки соединения приводного стержня) x cos ( a ), где a - это угол, который приводящий стержень делает с касательной к радиусу от колесного центра до привязанность к вождению

[10] Как и в случае с любой физической формулой, единицы измерения должны быть последовательными: давление в PSI и длине в дюймах придают тяжелые усилия в LBF, в то время как давление в PA и длину в метрах придают тяжелые усилия в N.

[12] См . Законы о газе для объяснения.

[15] Значение постоянной C для цилиндра низкого давления принимается на 0,80, когда значение для цилиндра высокого давления принимается как 0,85

[dynamics-1] Саймон Ивницки, изд. (2006). Справочник по динамике железнодорожных автомобилей . Бока Ратон: CRC Press: Taylor & Francis. п. 256. ISBN 978-0-8493-3321-7 .

[railpage-2] Xpt: доставка, тестовые прогоны и демонстрационные запуска Railpage.au.org См. График

[voith-3] Гравютировая семейство локомотив Voithturbo.de (стр. 2) Архивировал 2009-03-18 на машине Wayback

[vossloh-4] Euro 4000 Freight-Electric Locomotives vossloh-spana.com (стр. 2)

[siemens-5] Eurorunner ER20 BF и ER20 BU, Diesel Electric Platform Locomotives для Европы Siemens.dk (стр. 3)

[marks-6] Юджин А. Аваллоне; Теодор Бауместер; Али Садег, ред. (2006). Оценка стандартного справочника для инженеров -механиков (11 -е изд.). МакГроу-Хилл. п. 166. ISBN 978-0-07-142867-5 .

[11] Аллан, Ян (1957). Британские железнодорожные локомотивы объединены . Ян Аллан ООО

[13] Ян Аллан ABC из британских железных дорог Локомотивов , зима 1960/61 издание, часть 1, с. 3

[14] Филлипсон, EA (1936). Конструкция парового локомотива: данные и формулы . Локомотив издательская компания.

[16] Хей, Уильям (1978). Железнодорожный инженер . Уайли, Нью -Йорк. п. 100

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ Примечание 1 ]

[ Примечание 2 ]

[ Примечание 3 ]

[ Примечание 4 ]

[ 7 ]

[ Примечание 5 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ Примечание 6 ]

[ 10 ]