Haftbahn

Haftbahn oder Haft Traktion ist die häufigste Art der Eisenbahn, wo die Macht ist, indem einige oder alle der Räder der Lokomotive angewendet. Schiene-Kraftschluss beruht auf der Reibung zwischen einer Stahlscheibe und einer Stahlschiene. Der Begriff ist besonders gebrauchte, wenn es um konventionelle Eisenbahnen von anderen Formen der Traktion wie Standseilbahn oder Zahnradbahn zu unterscheiden.

Zug oder Reibung kann reduziert werden, wenn die Schienen fettig werden, wegen der regen, Öl oder zersetzenden Blätter, die kompakt in einen harten rutschigen Lignin Beschichtung. Maßnahmen gegen eingeschränkter Haftung durch blätter sind Anwendung der "Sandite" durch spezielle Schleifzüge, Wäscher und Wasserstrahlen, und langfristige Management von Railside Vegetation. Auf einem Haftbahn, werden die meisten Lokomotiven haben einen Sandbehälter. Richtig getrocknet Sand kann auf die Schiene fallen gelassen werden, um die Traktion unter rutschigen Bedingungen zu verbessern. Der Sand wird am häufigsten mit Druckluft eingesetzt. Wenn ein Motor rutscht, insbesondere beim Start einer schweren Zug, Sand an der Vorderseite der Antriebsräder aufgebracht stark hilft bei der Zugkraft verursacht den Zug nach "Lift", oder um die Bewegung durch den Lokführer soll begonnen werden.

Wirkung der Haftgrenze

Die Haftung wird durch Reibung mit maximalen Tangentialkraft durch ein Antriebsrad vor dem Abrutschen gegeben produziert:

In der Regel die notwendige Kraft losrutschen größer ist als die benötigt wird, um weiter gleitet. Erstere befaßt sich mit Haftreibung bezeichnet wird umgangssprachlich als "Haftreibung" oder "Haftreibung", während der letztere wird als "Gleitreibung".

Für Stahl auf Stahl, kann der Reibungskoeffizient so hoch wie 0,78 sein, die unter Laborbedingungen, aber in der Regel auf der Schiene liegt sie zwischen 0,35 und 0,5, während bei extremen Bedingungen kann es zu so niedrig wie 0,05 fällt. So wird ein 100-Tonnen-Lok ​​könnte eine Zugkraft von 350 Kilonewton haben, unter den idealen Bedingungen und fiel auf ein 50 Kilonewton unter den schlechtesten Bedingungen.

Allwetter-Haftung

Der Begriff Allwetter Adhäsion wird üblicherweise in Nordamerika verwendet wird, und bezieht sich auf die Haftung während Zugbetrieb mit Zuverlässigkeit von 99% bei allen Wetterbedingungen zur Verfügung.

Sturz Bedingungen

Die Maximaldrehzahl ein Zug um eine Wende fahren durch den Kurvenradius beschränkt, die Position des Massenmittelpunkt der Einheiten, die Spurweite und ob der Track überhöht oder gekippt).

Sturz auftreten, wenn das Kippmoment durch die Seitenkraft ist ausreichend, um zu bewirken, das innere Rad zu beginnen, heben Sie die Schiene. Dies kann zu Haftungsverlust führen - was der Zug zu verlangsamen, zu verhindern stürzen. Alternativ kann die Trägheit ausreicht, um die Bahn zu veranlassen, weiterhin bei der Geschwindigkeit bewegt wodurch das Fahrzeug vollkommen umkippen können.

Für eine Spurbreite von 1,5 m, ohne Verkanten, ein Schwerpunkthöhe von 3 m und die Geschwindigkeit 30 m / s, ist der Kurvenradius 360 m. Für eine moderne Hochgeschwindigkeitszüge bei 80 m / s, würde der Sturz Grenze etwa 2,5 km betragen. In der Praxis ist die minimale Kurvenradius viel größer als dieser, wie der Kontakt zwischen den Spurkränzen und Schienen mit hoher Geschwindigkeit könnte erhebliche Schäden an beidem führen. Für sehr hohe Geschwindigkeit, erscheint wieder die Mindesthaftgrenze angemessen, was einen Kurvenradius von etwa 13 km. In der Praxis werden für die Hochgeschwindigkeitsreise verwendet gekrümmte Linien überhöht oder gekippt, so dass die Grenze wiederum näher an 7 km ist.

Während des 19. Jahrhunderts wurde allgemein angenommen, dass die Kopplung der Antriebsräder würden Leistung beeinträchtigen und wurde am Motoren für Schnellverkehr soll vermieden. Mit einem einzigen Laufwerk Laufradsatz, die Herzian Kontaktspannung zwischen dem Rad und Schiene notwendig der größte Durchmesser Räder, die untergebracht werden könnte. Das Gewicht der Lokomotive wurde durch die Belastung auf der Schiene beschränkt und Sandkästen wurden auch unter angemessenen Haftbedingungen erforderlich.

Richtungsstabilität und Jagd Instabilität

Laufradsatz in der zentralen Position Die Wirkung der seitlichen Verschiebung

Landläufigen Meinung vor, dass die Räder auf den Schienen von den Flanschen gehalten wird. , Genaue Untersuchung eines typischen Eisenbahnrades zeigt jedoch, dass die Lauffläche poliert, aber der Flansch nicht - die Flansche nur selten Kontakt mit der Schiene zu machen, und wenn sie es tun, die meisten von der Kontakt gleitet. Das Reiben eines Flansches auf der Strecke leitet große Mengen an Energie, hauptsächlich als Wärme, sondern auch einschließlich Rauschen und wenn aufrechterhalten würde eine übermäßige Abnutzung der Scheibe zu führen.

Zentrierung ist eigentlich durch Formgebung des Rades erreicht. Die Lauffläche des Rades leicht konisch. Wenn der Zug sich in der Mitte der Spur, der Bereich der Räder in Kontakt mit der Schiene zeichnet einen Kreis, der den gleichen Durchmesser für beide Räder hat. Die Geschwindigkeiten der beiden Räder gleich sind, so bewegt sich der Zug in einer geraden Linie.

Wenn jedoch der Radsatz auf eine Seite verschoben, sind die Durchmesser der Kontaktbereiche und damit die tangentialen Geschwindigkeiten der Räder verschieden ist und der Radsatz die Tendenz, wieder in Richtung der Mitte zu lenken. Auch wenn der Zug begegnet eine unbanked wiederum verdrängt der Radsatz seitlich leicht, so dass der äußere Lauffläche beschleunigt und die innere Lauffläche verlangsamt, wodurch der Zug um die Ecke biegen. Es sei darauf hingewiesen, dass einige Eisenbahnsysteme verwenden eine flache Rad- und Schienenprofil, die sich auf kippe allein zu reduzieren / Flansch Kontakt beseitigen.

Verstehen, wie der Zug bleibt auf der Strecke, so wird deutlich, warum Victorian Lokomotivführer waren abgeneigt Kupplungs Radsätze. Diese einfache coning Aktion ist nur mit Radsätzen, wo jeder kann etwas freie Bewegung um seine Hochachse nicht möglich gewesen. Wenn Radsätze sind starr miteinander gekoppelt sind, wird diese Bewegung eingeschränkt ist, so dass die Kopplung der Räder zu erwarten wäre die Einführung Glei, was zu erhöhten Rollverluste. Dieses Problem wurde durch die Gewährleistung der Durchmesser aller gekoppelten Räder sehr eng angepaßt in einem großen Ausmaß vermindert.

Mit perfekter Rollkontakt zwischen Rad und Schiene, manifestiert sich dies coning Verhalten als Schwanken des Zuges von Seite zu Seite. In der Praxis wird das Schwingen unterhalb einer kritischen Drehzahl gedämpft, sondern wird durch die Vorwärtsbewegung der Bahn oberhalb der kritischen Drehzahl verstärkt. Diese seitliche Schwanken wird als "Sinuslauf" bekannt. Das Phänomen der Jagd wurde Ende des 19. Jahrhunderts bekannt, obwohl die Ursache nicht vollständig bis in die 1920er Jahre und die Maßnahmen zur Beseitigung es wurden erst in den späten 1960er Jahren verstanden. Wie es oft der Fall ist, wurde die Begrenzung auf maximale Drehzahl nicht durch rohe Gewalt, sondern durch die Begegnung eine Instabilität in der Bewegung auferlegt.

Die kinematische Beschreibung der Bewegung des sich verjüngenden Laufflächen auf den beiden Schienen ist nicht ausreichend, um zu beschreiben Jagd gut genug, um die kritische Geschwindigkeit vorherzusagen. Ist es notwendig, mit den damit verbundenen Kräften umzugehen. Es gibt zwei Phänomene, die berücksichtigt werden müssen. Die erste ist die Trägheit der Radsätze und Fahrzeugaufbauten, was zu Kräfte proportional zu der Beschleunigung; die zweite ist die Verzerrung des Rad-Schiene an der Kontaktstelle, was zu elastischen Kräfte. Die kinematische Näherung entspricht dem Fall, der durch die Kontaktkräfte dominiert wird.

Eine ziemlich einfache Analyse der Kinematik des Konuswirkung ergibt eine Abschätzung der Wellenlänge des Lateraloszillationen:

wobei d der Spurweite, r der Nenn Radradius und K ist die Konizität der Laufflächen. Für eine gegebene Geschwindigkeit, desto länger die Wellenlänge und desto geringer sind die Trägheitskräfte, also umso wahrscheinlicher ist, dass die Schwingung aus gedämpft werden. Da die Wellenlänge zunimmt mit der Verringerung Verjüngung, die Erhöhung der kritischen Geschwindigkeit erfordert die Verjüngung reduziert werden, die einen großen Radius von mindestens wiederum bedeutet.

Eine umfassendere Analyse unter Berücksichtigung der tatsächlichen Kräfte wirkend, ergibt das folgende Ergebnis für die kritische Drehzahl eines Radsatzes:

wobei W die Achslast des Radsatzes ist, a ein Formfaktor auf die Menge an Verschleiß an Rad und Schiene bezogen ist, C das Trägheitsmoment des Radsatzes senkrecht zu der Achse ist, m die Masse Radsatz.

Das Ergebnis ist mit der Kinematik führen, dass die kritische Geschwindigkeit im umgekehrten Verhältnis zu der Verjüngung. Es bedeutet auch, dass das Gewicht der rotierenden Masse sollte im Vergleich zu dem Gewicht des Fahrzeugs minimiert werden. Die Spurweite wird implizit sowohl im Zähler und Nenner, was bedeutet, dass sie nur einen Effekt zweiter Ordnung auf der kritischen Geschwindigkeit hat.

Die wahre Situation viel komplizierter, da die Reaktion des Fahrzeugaufhängungs müssen berücksichtigt werden. Rückhaltefedern, gegen die Gierbewegung des Radsatzes und ähnliche Beschränkungen für Drehgestelle, kann verwendet werden, um die kritische Geschwindigkeit weiter erhöhen werden. , Um die höchsten Geschwindigkeiten, ohne auf die Instabilität zu erreichen, ist jedoch eine signifikante Reduktion der Kegelrades notwendig, so gibt es wenig Aussicht auf eine Verringerung des Wenderadius von Hochgeschwindigkeitszügen weit unter dem aktuellen Wert von 7 km.

Kräfte auf Rädern, Kriechen

Das Verhalten des Haftbahnen wird durch die auftretenden Kräfte zwischen zwei Oberflächen in Kontakt bestimmt. Dies scheint trivial einfach von einem oberflächlichen Blick, aber es wird sehr komplex, wenn untersucht, um die Tiefe erforderlich sind, um brauchbare Ergebnisse vorherzusagen.

Der erste Fehler-Adresse ist die Annahme, dass die Räder rund sind. Ein Blick auf den Reifen eines geparkten Autos zeigt sofort, dass dies nicht wahr ist: der Bereich, in Kontakt mit der Straße ist deutlich abgeflacht ist, so dass das Rad und die Straßenverkehrsordnung miteinander über einen Kontaktbereich. Wenn dies nicht der Fall wäre, wobei die Kontaktspannung einer Last durch einen Punktkontakt übertragen unendlich wäre. Schienen und Schienenrädern sind viel steifer als Luftreifen und Asphalt aber die gleiche Verzerrung am Kontaktbereich stattfindet. Typischerweise ist die Kontaktfläche elliptisch ist, in der Größenordnung von 15 mm Durchmesser.

Die Verzerrung ist klein und lokalisiert, aber die Kräfte, die sich daraus ergeben groß sind. Zusätzlich zu der Verzerrung aufgrund des Gewichts sowohl Rad und Schiene zu verzerren beim Bremsen und Beschleunigungskräfte angewendet werden, und wenn sich das Fahrzeug zur Seite Kräften ausgesetzt ist. Diese Tangentialkräfte zu Verzerrungen in dem Bereich, wo sie zunächst in Berührung kommen, gefolgt von einer Region der Schlupf. Das Nettoergebnis ist, dass während der Traktions das Rad sich nicht so weit, wie es von den Rollkontakt aber beim Bremsen erwarten vorzurücken, schreitet sie weiter. Diese Mischung aus elastischen Verzerrung und lokale Rutsch wird als "Kriechen" bekannt. Die Definition von Kriechen ist in diesem Zusammenhang:

Bei der Analyse der Dynamik der Radsätze und vollständige Schienenfahrzeugen, können die Kontaktkräfte linear abhängig von der Kriech- oder fortgeschrittenere Theorien vom Reibungskontaktmechanik verwendet werden behandelt werden.

Die Kräfte, die in Richtungsstabilität, Antrieb und Bremsen entstehen können alle zurückverfolgt zu kriechen werden. Es ist in einer einzigen Laufradsatz vorhanden ist und die geringe kinematische Inkompatibilität durch Kopplung Radsätze zusammen eingeführt zubringen, ohne dass grobe Schlupf, wie einst befürchtet.

Vorausgesetzt, der Radius der wiederum ausreichend groß ist, zwei oder drei verknüpften Radsätze sollte kein Problem darstellen. Allerdings sind 10 Antriebsräder in der Regel mit schweren Güterzuglokomotiven verbunden.

Booster

Einige Dampflokomotiven wurden mit Booster-Motoren an den hinteren Nachlaufräder ausgestattet. Diese wurden eingeschaltet, wie bei Beginn der zusätzliche Klebeaufwand geben erforderlich.

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