Коэффициент сцепления и методы его оценки.

- Ψ - коэффициент сцепления (кси)

1000 – переводной коэффициент Тс в кГс

Рсц – вес, приходящийся на одну колесную пару

ψПоказывает во сколько раз Т < Рсц.

В условиях метрополитена колеблется 0,06-0,27.

Зависит от: скорости движения, упругих свойств материалов колеса и рельса, состояния поверхности колес и рельсов (влага, грязь, смазка), кривых участков пути, стыки, стрелки, разный уровень рельсов.

При трогании с места и при торможении происходит перераспределение нагрузки вагона колесные пары. При трогании разгружаются передние колеса, а при торможении – задние. Указанные колесные пары более подвержены ЮЗУ и буксованию.

Как было сказано выше, сила сцепления зависит от коэффициента сцепления. В расчетах используют расчетный коэффициент сцепления, величина которого определяется эмпирически.

1. На величину коэффициента сцепления влияет степень относительного проскальзывания (или относительной скорости проскальзывания колеса по рельсу в точке контакта. При росте величина коэффициента сцепления снижается. Это может привести к значительной потере сцепления – вплоть до боксования. Следовательно, для повышения тяговых возможностей локомотивов необходимо контролировать скорость относительного проскальзывания колес.

Такие системы контроля позволяют не только защитить локомотив от возможности боксования, но и гарантировать реализацию расчетных величин его силы тяги.

2. Эта же тенденция снижения коэффициента сцепления наблюдается при увеличении скорости поступательного движения, когда продолжительность времени взаимного молекулярного контакта частиц колеса и рельса сокращается.

3. Величина коэффициента сцепления зависит от состояния поверхностей колеса и рельса, наличия окислов на этих поверхностях и загрязнений между ними.

Например, известно, что после сильных дождей, хорошо очищающих поверхности рельсов сцепление колес с рельсами улучшается. Наоборот, при незначительных осадках (небольшой дождь или снег, роса, иней) частицы пыли и растительных остатков, находящиеся на поверхности рельсов, увлажняясь, образуют пленку, тонкий слой грязи, что ухудшает сцепление колес с рельсами. В то же время, в частности, очевидно, что подача сухого кварцевого песка в зону контакта колес и рельсов существенно увеличивает величину коэффициента сцепления.

Поэтому все современные локомотивы имеют так называемые песочные системы с бункерами для хранения запаса сухого песка и форсунками для распыливания его в зону контакта ведущих колес с рельсами.

4. Взаимодействие колеса и рельса и, следовательно, значение коэффициента сцепления зависят от степени износа (изменения геометрической формы) контактирующих поверхностей.

5. Устойчивость сцепления колес и рельсов зависит и от конструкции экипажа локомотива и типа его тягового привода. При групповом приводе, когда возможность боксования отдельных колесных пар исключается, величина коэффициента сцепления локомотива более стабильна. Можно отметить влияние некоторых конкретных элементов конструкции и эксплуатации:

а) так как величина суммарной силы тяги локомотива ограничена его лимитирующей (наиболее разгруженной при движении) колесной пары. Фактический коэффициент сцепления локомотива, зависит от величины коэффициента использования его сцепного веса . Коэффициентом использования сцепного веса называют отношение нагрузок от ведущих колесных пар локомотива на рельсы: величины нагрузки колесной пары, наиболее разгруженной при реализации силы тяги, к средней нагрузке всех ведущих колесных пар , то есть . Можно считать, что .

б) увеличение диаметра колес локомотива несколько увеличивает размеры контактной площадки между колесом и рельсом, что увеличивает и коэффициент сцепления .

в) увеличение нагрузки на колесную пару и, как следствие, увеличение удельных давлений в зоне контакта в результате снижают величину коэффициента сцепления, так как пластические деформации в зоне контакта растут и играют роль своеобразной смазки, снижающей трение покоя;

г) при кратной тяге у второго локомотива может быть реализован более высокий коэффициент сцепления, сказывается эффект «зачистки» поверхности рельсов при прохождении их первым локомотивом.

Надо заметить, что факторы, отмеченные в пунктах б) и в), имеют лишь теоретическое значение, поскольку различия диаметров колес и осевых нагрузок у современных магистральных локомотивов относительно невелики, и поэтому влияние этих факторов (диаметра и нагрузки), если и проявляется на практике, то незначительно.

Таким образом, физический коэффициент сцепления зависит от трех групп факторов: от конструкции локомотива и состояния его колесных пар, от конструкции и состояния пути и от атмосферных условий.

Максимальные по величине значения коэффициента сцепления в конкретных условиях могут быть получены при сухих рельсах и при подаче песка.

Величинакоэффициента сцепления, принимаемая за расчетную - расчетный коэффициент сцепления - имеет очень важное значение для организации работы железных дорог. От правильного выбора этого значения зависят установление весовых норм поездов и эффективность использования тяговых возможностей локомотивов и надежность их эксплуатации.