Сила сцепления

СИЛА СЦЕПЛЕНИЯ — внешняя по отношению к колёсной паре сила, обеспечивающая перемещение экипажа по рельсам при приложении вращающего момента от тягового привода или тормозного момента от механич. или электрич. системы торможения. Фрикционное взаимодействие колёс подвижного состава с рельсами — сцепление — особый вид трения контактирующего колеса и рельса. Различают сцепление при тяге, торможении и в состоянии покоя подвижного состава. При абсолютно жёстком колесе (бандаже) и рельсе сцепление считают сосредоточенным в опорной точке колеса на рельсе. Упругие бандаж и рельс контактируют не в точке, а по опорной площадке — эллипсу, ориентированному вдоль рельса. Впервые этот вопрос был рассмотрен нем. физиком Г. Герцем в 1882 (задача Герца). По мере износа эллипс превращается в круг и овал, большая ось к-рого перпендикулярна рельсу. Пов-сть опорной площадки представляет собой совокупность микровыступов и микровпадин, фактич. площадь контакта к-рых у совр. локомотивов, равная (6-т-6,5)-10~4м2, во многом определяет С. с. Сила, создаваемая вращающим моментом тягового привода по отношению к колёсной паре, является внутренней. Если бы колёсная пара не опиралась на рельсы, то под действием вращающего момента она только вращалась бы вокруг своей геометрич. оси без поступат. движения по рельсам. Именно внеш. сила, возникающая в результате сцепления колёс локомотива с рельсами, создаёт возможность перемещения поезда. Вращающий момент, приложенный к колесу, эквивалентен паре внутр. сил. Внутр. сила, приложенная в точке опоры от колеса к рельсу, стремится перемещать точку опоры в направлении, противоположном движению колеса. Этому препятствует (как реакция) внеш. сила, возникающая под действием силы нажатия колеса на рельс. Внеш. и внутр. силы равны по значению, но противоположны по на-правлению: внутр. сила действует от колеса на рельс и вызывает угон рельса в направлении, обратном движению поезда, внеш. сила действует от рельса на колесо по направлению движения поезда, обеспечивая его перемещение. Внутр. сила пары приложена к буксам колёсной пары и действует по направлению движения поезда. При наличии сцепления эта сила проявляет себя как сила тяги локомотива. Под действием этой силы, зависящей от вращающего момента, регулируемого машинистом, на опорной площадке образуется фронт деформаций сгущения и разрежения микрочастиц пов-сти. Увеличение этой силы до критич. значения вызывает разрыв (диссоциацию) наиболее напряжённых микрочастиц, срыв и бок-сование колеса — его вращение вокруг своей геометрич. оси без поступат. движения по рельсу. Срыв сцепления при торможении — результат пластич. деформаций существовавших единичных и возникающих вновь микросдвигов контактирующих на опорной поверхности микрочастиц под действием внеш. тормозной силы, сопровождается появлением юза — поступательным движением колеса по рельсу без вращения. Результат фрикционного взаимодействия колеса и рельса, представленный в числовом или буквенном выражении, наз. коэффициентом сцепления, к-рый устанавливает связь между С. с. и сцепной массой (силой нажатия) колеса на рельс локомотива. Коэф. сцепления зависит от мн. факторов, из к-рых наиболее существ, является скорость движения локомотива данной серии. На значение коэф. сцепления оказывают влияние также мн. регулярные и случайные факторы, проявляющиеся при движении, к-рые сводятся в осн. к трём группам: конструкция и состояние механич. части локомотива; электрич. схема и состояние электрооборудования; метеорологич. условия, состояние пов-сти рельсов и бандажей. В условиях эксплуатации козф. сцепления является случайной величиной, имеющей разброс ±50% от ср. значения. Методы энергетич. теории сцепления позволяют целенаправленно управлять сцеплением так, чтобы в данных условиях реализовать наибольшее значение С. с, обеспечивая при этом экономию электроэнергии (топлива) на движение поезда.