МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОВОЗОВ И
ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
3.1. Общие сведения
Механическая часть электроподвижного состава это совокупность
механических устройств, предназначенных для передачи сил на рельсовый
путь и состав.
По отношению к железнодорожному пути силы могут иметь различные
направления и соответственно этому их называют вертикальными,
продольными и поперечными (горизонтальными) силами.
В зависимости от того изменяются ли эти силы по времени или нет,
различают силы статические и динамические. Статические силы - это силы
веса, определяемые массами, находящимися в поле сил тяжести с ускорением
свободного падения g.
Сила веса электровоза, иногда её называют силой тяжести, имеет важную
роль в создании силы сцепления колеса с рельсом и затем силы тяги
электровоза, действующей на его автосцепке. Часть этой силы, равная силе
веса электровоза, делённой на число его осей, прижимает колёсную пару к
рельсу. Эта сила определяется массой электровоза, приходящейся на одну
его движущую ось. В этом отношении вес электровоза имеет важное
значение, так как при малом его весе невозможно реализовать требуемую
силу сцепления колеса с рельсом.
Сила веса электровоза складывается из силы от веса кузова с его
оборудованием и тележек, называемых иногда ходовой, или экипажной
частью. Кузов предназначен для размещения кабин управления,
электрического и пневматического оборудования, сцепных приборов
(автосцепок и их поглощающих аппаратов). На электропоездах электрическое
оборудование, как правило, размещают на крыше и под кузовом, для того
чтобы освободить место в кузове для размещения пассажиров и служебных
помещений (кабины управления, туалетов).
Динамические силы имеют разную природу возникновения и величина их
зависит от времени. Иногда изменяющиеся во времени силы можно при
рассмотрении их в короткий промежуток времени считать почти статическими
(квазистатическими). Динамические силы имеют негативную особенность,
которая связана со скоростью движения и заключается в том, что с ростом
скорости силы взаимодействия с железнодорожным путём возрастают до
значительной величины, иногда превышающей силу давления колеса на рельс.
Это обстоятельство влияет на безопасное движение колеса по рельсу и не
должно допускаться. Уменьшение динамических сил можно осуществить
снижением величины массы электровоза. Однако это может привести к
уменьшению реализуемой силы тяги по сцеплению колеса с рельсом. Таким
образом, возникает противоречивая ситуация: для увеличения реализуемой
силы необходимо
увеличивать массу электровоза, а для снижения сил,
действующих на путь, уменьшать массу.
Для того чтобы разрешить это противоречие и не снижать общей массы
электровоза и сил давления колёс на рельсы, а также не допускать роста
динамических сил сверх нормативных при максимальной скорости движения
(конструкционной скорости) используют принцип, положенный в основу
конструирования ходовых частей подвижного состава и, в частности,
электровозов. Этот принцип можно кратко назвать «принципом разделения
масс». Он заключается в том, что для снижения динамических сил уменьшают
величину массы, непосредственно взаимодействующей с железнодорожным
путём. При этом вес электровоза не меняется, а его общая масса
разделяется на несколько масс, соединённых между собой упругими
элементами (обычно пружинами). Таким образом, взаимодействие электровоза
с путём распределяется по времени, т.е. сначала взаимодействует масса
непосредственно контактирующая с рельсом, затем следующая упруго
связанная с ней и так далее, при этом каждая последующая масса занимает
положение близкое к статическому по отношению к взаимодействующей в
данный момент массе.
Результатом реализации этого принципа явилось появление тележечных
электровозов в отличие от электровозов с общей рамой. Например, на рис.
3.1 показан электровоз, который имеет общую раму и рычажную тяговую
передачу, а на рис. 3.2 современный электровоз ВЛ80 с двухосными
тележками и индивидуальным приводом колёсных пар.
Эти рисунки отражают этапы истории развития ходовой (механической) части
электровозов, связанные с уменьшением массы частей непосредственно
взаимодействующей с путём.