Fuerza de tracción, Definición de la fuerza de tracción, Curvas de esfuerzo de tracción, Vehículos ferroviarios





Tal como se utiliza en la ingeniería mecánica, la fuerza de tracción plazo es la fuerza de tracción o de empuje ejercida por un vehículo en otro vehículo u objeto. El término fuerza de tracción es sinónimo de fuerza de tracción, y se utiliza a menudo en la técnica ferroviaria para describir la capacidad de tracción o empuje de una locomotora. El valor de la fuerza de tracción publicada por cualquier vehículo puede ser es calculada a partir de las propiedades conocidas o implícita-o mecánicos obtenida a través de las pruebas bajo condiciones controladas teórico-que. La discusión en este documento cubre el uso del término en aplicaciones mecánicas en las que la fase final del sistema de transmisión de potencia es uno o más ruedas en contacto de fricción con una carretera o pista de ferrocarril.

Definición de la fuerza de tracción

El término fuerza de tracción es a menudo calificado como partida la fuerza de tracción, la fuerza de tracción continua y máximo esfuerzo de tracción. Estos términos se aplican a diferentes condiciones de funcionamiento, pero están relacionadas por factores mecánicos comunes: par de entrada a las ruedas motrices, el diámetro de la rueda, el coeficiente de fricción entre las ruedas motrices y la superficie de apoyo, y el peso aplicado a las ruedas motrices. El producto de y m es el factor de adherencia, que determina el par máximo que se puede aplicar antes de la aparición del deslizamiento de las ruedas o patinaje de las ruedas.

  • A partir esfuerzo de tracción: A partir de la fuerza de tracción es la fuerza de tracción que puede ser generada en un punto muerto. Esta cifra es importante en los ferrocarriles, ya que limita el peso de una locomotora de tren que puede poner en marcha.
  • Máximo esfuerzo de tracción: esfuerzo de tracción máxima se define como la más alta fuerza de tracción que se puede generar en cualquier condición que no es perjudicial para el vehículo o máquina. En la mayoría de los casos, el esfuerzo de tracción máximo se desarrolla a baja velocidad y puede ser el mismo que el esfuerzo de tracción de partida.
  • Continuo esfuerzo de tracción: esfuerzo de tracción continua es la fuerza de tracción que se puede mantener indefinidamente, a diferencia de la mayor fuerza de tracción que se puede mantener durante algunos minutos antes de que el sistema de tracción se pone demasiado caliente. Debido a la relación entre la potencia, la velocidad y la fuerza, descrito como:

 P = FV o P/V = F esfuerzo de tracción varía inversamente con la velocidad en cualquier nivel dado de potencia disponible. Esfuerzo de tracción continua se muestra a menudo en forma de gráfico en un rango de velocidades como parte de una curva de esfuerzo de tracción.

Vehículos que tienen un acoplamiento, multiplicador de par hidrodinámico hidrodinámico o un motor eléctrico, como parte del sistema de transmisión de energía también pueden tener una calificación de esfuerzo de tracción continua máxima, que es la máxima fuerza de tracción que puede ser producido por un corto periodo de tiempo sin causar daño componente. El período de tiempo durante el cual el esfuerzo de tracción continua máxima puede ser generada con seguridad por lo general está limitado por consideraciones térmicas. tales como aumento de la temperatura en un motor de tracción.

Curvas de esfuerzo de tracción

Especificaciones de locomotoras a menudo incluyen curvas de esfuerzo de tracción, que muestran la relación entre el esfuerzo de tracción y la velocidad.

La forma de la gráfica se muestra a la derecha. La línea AB muestra el funcionamiento del máximo esfuerzo de tracción, la línea BC muestra la fuerza de tracción continua, que es inversamente proporcional a la velocidad.

Curvas de esfuerzo de tracción a menudo tienen gráficas de resistencia a la rodadura superpuestas sobre ellas-la intersección de la gráfica de resistencia a la rodadura y el gráfico de esfuerzo de tracción da la velocidad máxima.

Vehículos ferroviarios

Con el fin de iniciar un tren y acelerar a una velocidad dada, la locomotora debe desarrollar suficiente fuerza de tracción para vencer la resistencia del tren, que es una combinación de la inercia, la fricción del cojinete del eje, la fricción de las ruedas sobre los raíles, y la fuerza de gravedad, si en una pendiente. Una vez en movimiento, el tren va a desarrollar resistencia adicional, ya que acelera debido a las fuerzas aerodinámicas, que aumentan con el cuadrado de la velocidad. Arrastre también se puede producir a una velocidad debido a la caza camión, lo que aumentará la fricción de rodadura entre las ruedas y los carriles. Si la aceleración continúa, el tren eventualmente alcanzará una velocidad a la que la fuerza de tracción disponible de la locomotora se compensar exactamente la resistencia total al avance, haciendo que la aceleración de cesar. Esta velocidad máxima se aumentará en una rebaja de la gravedad ayudar a la fuerza motriz, y se reducirá en un ascenso debido a la gravedad se opone a la fuerza motriz.

Esfuerzo de tracción se puede calcular teóricamente a partir de las características mecánicas de una locomotora, o por pruebas reales con sensores de tensión de remolque y un coche dinamómetro. Potencia en ferrocarril es un término de ferrocarril para la potencia disponible para la tracción, es decir, la potencia que está disponible para propulsar el tren.

Las locomotoras de vapor

Una estimación para el esfuerzo de tracción de una única locomotora de vapor del cilindro se puede obtener a partir de la presión del cilindro, el área del cilindro, la carrera del pistón y el diámetro de la rueda. El par desarrollado por el movimiento lineal del pistón depende del ángulo que el vástago de accionamiento hace con la tangente en el radio de la rueda motriz. Para obtener un valor más útil se utiliza un valor medio durante el giro de la rueda. La fuerza motriz es el par dividido por el radio de la rueda.

Como una aproximación, la siguiente fórmula puede ser utilizada:

donde

  • t es la fuerza de tracción
  • C es una constante que representa las pérdidas en la presión y la fricción; normalmente se utiliza 0.85
  • P es la presión de la caldera
  • d es el diámetro del pistón
  • s es la carrera del pistón
  • D es el diámetro de la rueda de conducción

La constante de 0.85 fue la Asociación de Ferrocarriles Americanos estándar para tales cálculos, y sobrestima la eficacia de algunas locomotoras y subestimar la de los demás. Locomotoras modernas con rodamientos de rodillos fueron probablemente subestimados.

Diseñadores europeos utilizaron una constante de 0,6 en lugar de 0,85, por lo que los dos no se pueden comparar sin un factor de conversión. En Gran Bretaña, los ferrocarriles de la línea principal utilizan generalmente una constante de 0.85, pero los constructores de locomotoras industriales utilizan a menudo una cifra inferior, por lo general 0.75.

La constante c también depende de las dimensiones del cilindro y el momento en que las válvulas de entrada de vapor están abiertas, si las válvulas de entrada de vapor se cierran inmediatamente después de la obtención de la presión del cilindro completo la fuerza del pistón se puede esperar que se han reducido a menos de la mitad de la fuerza inicial . dando un valor bajo c. Si las válvulas de las botellas se dejan abiertas durante más tiempo el valor de c se elevará más cerca de 1.

 Tres o cuatro cilindros

El resultado debe multiplicarse por 1.5 para una locomotora de 3 cilindros y 2 para una locomotora de 4 cilindros.

 Varios cilindros

Para otros números y combinaciones de cilindros, incluyendo los motores dobles y triples de expansión de la fuerza de tracción se puede estimar mediante la adición de los esfuerzos de tracción debido a los cilindros individuales en sus respectivas presiones de cilindro y accidentes cerebrovasculares.

 Los valores y las comparaciones de las locomotoras de vapor

Esfuerzo de tracción es la figura más citada al comparar el poder de los diferentes locomotoras de vapor, pero su uso puede ser engañoso, ya que la fuerza de tracción se muestra la capacidad de iniciar un tren, no la capacidad para transportarlo. Posiblemente la cifra más alta para el inicio de la fuerza de tracción se ha registrado fue de 2-8-8-8-4 locomotora Triplex del Virginian Railway, que a modo de simple expansión tuvo un TE de partida de 199.560 lbf - pero esto no se tradujo en el poder, por la caldera se tamaño insuficiente y no podía producir suficiente vapor para transportar a velocidades de más de 5 mph.

De más locomotoras de vapor exitosos, los que tienen el más alto rating de partida esfuerzo de tracción fueron el ferrocarril Virginian AE-clase 2-10-10-2, a 176,000 lbf en modo simple expansión. De la Unión del Pacífico famosos Big Boys tuvieron un TE de partida de 135.375 lbf, el Norfolk y Western de Y5, Y6, Y6a y clase Y6b 2-8-8-2s tenido un TE de partida de 152.206 lbf en modo simple expansión, y Duplex de carga del ferrocarril de Pennsylvania Q2 alcanzó 114.860 lbf - el más alto de una locomotora enmarcado rígido. Más tarde dos locomotoras de pasajeros cilindros fueron generalmente entre 40.000 y 80.000 lbf de TE

Locomotoras diesel y eléctricas

Para una locomotora eléctrica o una locomotora diesel-eléctrica, a partir de la fuerza de tracción se puede calcular la cantidad de peso en las ruedas motrices, par de bloqueo combinado de los motores de tracción, la relación de transmisión entre los motores de tracción y ejes, y el diámetro de rueda motriz. Por una locomotora diesel hidráulico, el esfuerzo de tracción de partida se ve afectada por el par de bloqueo del convertidor de par, así como engranajes, diámetro de la rueda y el peso locomotora.

Locomotoras de carga están diseñados para producir mayor esfuerzo de tracción máximo de unidades de pasajeros de potencia equivalente, requeridos por el peso mucho más alto que es típico de un tren de carga. En locomotoras modernas, el engranaje entre los motores de tracción y los ejes se selecciona para adaptarse al tipo de servicio en el cual será operado la unidad. Como motores de tracción tienen una velocidad máxima a la que pueden girar sin incurrir en daños, ruedas de fricción para una mayor fuerza de tracción es a expensas de la velocidad máxima. Por el contrario, el engranaje se utiliza con locomotoras de pasajeros favorece la velocidad sobre el máximo esfuerzo de tracción.