Adherencia ferroviaria

El ferrocarril de adherencia del término o la tracción de adherencia describen el tipo más común del ferrocarril, donde el poder se aplica conduciendo a unos o todas las ruedas de la locomotora. Así, confía en la fricción entre una rueda de acero y un carril de acero. Note que las locomotoras del vapor del viejo sólo fueron conducidas por 'conductores' que se relacionaron con las 'varas del lado' de la locomotora. Éstas eran las ruedas grandes. En el gasoil, los motores eléctricos de la tracción (corriente continua o corriente alterna) conducen todos o algunos ejes. Tanto las locomotoras del vapor del viejo como mucho gasoil moderno tienen tubos de arena que depositan cantidades de arena secada directamente a las cabezas ferroviarias directamente delante de la mayor parte de ejes. Cuando un motor baja, en particular comenzando un tren pesado, la arena aplicada por delante de las ruedas de conducción enormemente ayuda en el esfuerzo tractivo que hace el tren 'levantar' o comenzar el movimiento querido por el conductor de motor.

El término en particular se usa hablando de ferrocarriles convencionales para distinguirse de otras formas de la tracción como funicular o ferrocarril del diente Por ejemplo, el Ferrocarril Bernese Oberland "es un estante variado y ferrocarril de adherencia".

La tracción o la fricción se pueden reducir cuando los carriles son grasientos, debido a lluvia, petróleo u hojas en estado de putrefacción que compacto en una capa lignin deslizadiza difícil. En un ferrocarril de adherencia, la mayor parte de locomotoras tendrán un buque de la contención de arena. La arena correctamente secada se puede dejar caer en el carril para mejorar la tracción en condiciones deslizadizas. La arena el más a menudo se aplica usando el aire comprimido.

Las medidas contra la adherencia reducida debido a hojas incluyen la aplicación de 'Sandite' (una mezcla de arena del gel) por trenes del enarenamiento especiales, depuradores y aviones a reacción acuáticos y dirección a largo plazo de vegetación railside.

Efecto de límites de adherencia

La adherencia es causada por la fricción, con la fuerza tangencial máxima producida por una rueda de conducción antes de bajar dado por:

:F = coeficiente de fricción x Peso en rueda

Por lo general la fuerza tenía que comenzar a deslizarse es mayor que esto tenía que seguir deslizándose. El antiguo se refiere por la fricción estática, mandada familiarmente a como 'stiction', o 'limitación de la fricción', mientras llaman a éste 'deslizando la fricción'.

Para el acero en el acero, el coeficiente de fricción puede ser hasta 0.78, bajo la mejor de condiciones (= utopic condición de laboratorio, en bienes inmuebles de ferrocarril: 0.35 - 0.5), mientras en condiciones extremas se puede caer a tan sólo 0.05. Así una locomotora de 100 toneladas podría tener un esfuerzo tractivo de 350 kilonewton, en las condiciones ideales (asunción que la fuerza suficiente puede ser producida por el motor), cayéndose a 50 kilonewton en las condiciones peores.

Adherencia para todas las estaciones

Este término (toda la adherencia meteorológica) por lo general se usa en el continente americano y se refiere a la adherencia disponible durante el modo de la tracción con la fiabilidad del 99% en todas las condiciones meteorológicas.

Derribo de condiciones

La velocidad máxima un tren puede seguir alrededor de una vuelta es limitada por el radio de vuelta, la posición del centro de masa de las unidades, la medida de la rueda y si la pista se supereleva o se inclina (ver la superficie inclinada (camino/carril)).

El derribo ocurrirá cuando el momento que vuelca debido a la fuerza del lado (aceleración centrífuga) sea suficiente para hacer que la rueda interior comience a levantar el carril. Esto puede causar la pérdida de la adherencia - hacer el tren reducir la marcha, previniendo el derribo. O bien, la apatía puede ser suficiente para hacer que el tren siga moviéndose con la velocidad que hace el vehículo caerse completamente.

Para una medida de la rueda de 1.5 m, no inclinarse, un centro de altura de gravedad de 3 m y velocidad de 30 m/s (108 km/h), el radio de la vuelta es 360 m. Para un tren de la alta velocidad moderno en 80 m/s, el límite de derribo sería aproximadamente 2.5 kilómetros. En la práctica, el radio mínimo de la vuelta es mucho mayor que esto, ya que el contacto entre los rebordes de la rueda y carril en la alta velocidad podría causar el daño significativo a ambos. Para la muy alta velocidad, el límite de adherencia mínimo otra vez parece apropiado, implicando un radio de vuelta de aproximadamente 13 kilómetros. En la práctica, las líneas curvas usadas para viajes de la alta velocidad se superelevan o se inclinan de modo que el límite de la vuelta esté más cerca a 7 kilómetros.

Durante el 19no siglo, se creyó extensamente que enganche las ruedas de paseo pondrían en peligro el rendimiento y se evitaron en motores queridos para el servicio de pasajeros expreso. Con un paseo solo wheelset, la tensión de contacto de Herzian entre la rueda y carril requirió las ruedas del diámetro más grandes que se podrían acomodar. El peso de locomotora fue restringido por la tensión en el carril y los cajones de arena se requirieron, hasta en condiciones de adherencia razonables.

Estabilidad direccional y caza de inestabilidad

Mientras la creencia extendida dicta que las ruedas son guardadas en las pistas por los rebordes, los rebordes en realidad hacen pocos contactos con la pista y, cuando hacen, la mayor parte del contacto se desliza. El frotamiento de un reborde en la pista disipa cantidades grandes de la energía, principalmente como el calor sino también incluso el ruido y, de ser sostenido, llevaría a la ropa de la rueda excesiva.

El escrutinio de una rueda de ferrocarril típica revela que el paso se pule pero el reborde no es; los rebordes raramente entran en contacto con el carril. El paso de la rueda ligeramente se afila. Cuando el tren está en el centro de la pista, la región de las ruedas en el contacto con el carril remonta un círculo que tiene el mismo diámetro para ambas ruedas. Las velocidades de las dos ruedas son iguales, por tanto los movimientos del tren en una línea recta.

Si, sin embargo, el wheelset se desplaza a un lado, los diámetros de las regiones de contacto y de ahí las velocidades (lineales) de las ruedas, son diferentes y el wheelset tiende a conducir atrás hacia el centro. También, cuando el tren encuentra una curva, el wheelset desplaza lateralmente ligeramente, de modo que la rueda externa se apresure (en línea recta) y la rueda interior reduce la velocidad, haciendo el tren doblar la esquina. Hay que notar que algunos sistemas de ferrocarril emplean una rueda llana y rastrean el perfil, que confía en la superficie inclinada sola para reducir el contacto del reborde, p.ej Melbourne red suburbana, Australia.

Entendiendo cómo el tren se queda la pista, se hace evidente por qué los ingenieros de la locomotora victorianos eran contrarios al enganche wheelsets. Esta acción coning simple sólo es posible con wheelsets donde cada uno puede tener un poco de movimiento libre sobre su eje vertical. Si wheelsets rígidamente se conectan juntos, este movimiento se restringe, de modo que se esperara que el enganche las ruedas introduzca el deslizamiento, que resulta en pérdidas de balanceo aumentadas. Este problema se alivió en alto grado asegurando que el diámetro de todas las ruedas conectadas muy estrechamente se combinara.

Con el contacto de balanceo perfecto entre la rueda y carril, este comportamiento coning se manifiesta como un influjo del tren de un lado al otro. En la práctica, el influjo se moja debajo de una velocidad crítica, pero es amplificado por el movimiento avanzado del tren encima de la velocidad crítica. Este influjo lateral se conoce como 'la caza'. El fenómeno de caza se conocía hacia el final del 19no siglo, aunque la causa totalmente no se entendiera hasta que los años 1920 y las medidas para eliminarlo no se tomaran hasta finales de los años 1960. Como a menudo es el caso, la limitación de la velocidad máxima fue impuesta no por el poder crudo, pero encontrando una inestabilidad en el movimiento.

La descripción cinemática del movimiento de afilado pisa los dos carriles es insuficiente para describir la caza bastante bien para predecir la velocidad crítica. Es necesario tratar con las fuerzas implicadas. Hay dos fenómenos que se deben considerar. El primer es la apatía del wheelsets y cuerpos del vehículo, dando ocasión a fuerzas proporcionales a la aceleración; el segundo es la deformación de la rueda y pista al punto de contacto, dando ocasión a fuerzas elásticas. La aproximación cinemática equivale al caso que es dominado por fuerzas de contacto.

Un análisis bastante franco de la cinemática de la acción coning cede una estimación de la longitud de onda de la oscilación lateral:

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donde d es la medida de la rueda, el r es el radio de la rueda nominal y k es la vela de los pasos. Para una velocidad dada, el más largo la longitud de onda y más abajo las fuerzas de inercia serán, por tanto más probablemente es que la oscilación se mojará. Desde los aumentos de la longitud de onda con reducir la vela, aumentando la velocidad crítica requiere que la vela se reduzca, que implica un radio mínimo grande de la vuelta.

Un análisis más completo, teniendo en cuenta la interpretación de fuerzas actual, cede el resultado siguiente para la velocidad crítica de un wheelset:

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donde W es la carga del eje para el wheelset, ser un factor de la forma relacionado hasta un total de la ropa de la rueda y carril, C es el momento de apatía del perpendicular wheelset al eje, el m es la masa wheelset.

El resultado es consecuente con el resultado cinemático en esto la velocidad crítica depende inversamente de la vela. También implica que el peso de la masa rotativa se debería reducir al mínimo comparado con el peso del vehículo. La medida de la rueda implícitamente aparece tanto en el numerador como en denominador, implicando que tiene sólo un efecto del segundo pedido en la velocidad crítica.

La situación verdadera es mucho más complicada, ya que la respuesta de la suspensión del vehículo se debe considerar. El refrenamiento de primaveras, la oposición al movimiento de la guiñada del wheelset y restricciones similares en espectros, pueden ser usados para levantar la velocidad crítica adelante. Sin embargo, a fin de conseguir las velocidades más altas sin encontrar la inestabilidad, una reducción significativa en la vela de la rueda es necesaria, así hay poca perspectiva de reducir el radio de la vuelta de los trenes de la alta velocidad mucho debajo del valor corriente de 7 kilómetros.

Fuerzas en ruedas

El comportamiento de ferrocarriles de adherencia es determinado por las fuerzas que se levantan entre dos superficies en el contacto. Esto puede parecer trivialmente simple de un vistazo superficial pero se hace muy complejo cuando estudiado a la profundidad necesaria para predecir resultados útiles.

El primer error de dirigirse es la asunción que las ruedas son redondas. Un vistazo a un coche aparcado mostrará inmediatamente que esto no es verdad; la región en el contacto con el camino perceptiblemente se aplana, de modo que la rueda y el camino se conformen el uno con el otro sobre una región de contacto. Si esto no fuera el caso, la tensión de contacto de una carga transferida a través de un contacto del punto sería infinita. Los carriles y las ruedas de ferrocarril son mucho más tiesos que neumáticos neumáticos y asfalto pero la misma deformación ocurre en la región de contacto. Típicamente, el área de contacto es elíptica, del pedido de 15 mm a través.

La deformación es pequeña y localizada pero las fuerzas que provienen de ella son grandes. Además de la deformación debido al peso, tanto la rueda como el carril deforman cuando el frenado y la aceleración de fuerzas se aplican y cuando el vehículo se sujeta a fuerzas del lado. Estas fuerzas tangenciales causan la deformación en la región donde primero entran en el contacto, seguido de una región de resbalamiento. El resultado neto consiste en que, durante la tracción, la rueda no avanza por lo que se esperaría de hacer rodar el contacto, pero, durante el frenado, avanza adelante. Se conoce que como "el pelota" (esta mezcla de deformación elástica y deslizamiento local no se confunde con el pelota de materiales bajo la carga constante). La definición de entra sigilosamente este contexto es:

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En el análisis de la dinámica de wheelsets y vehículos ferroviarios completos, las fuerzas de contacto se tratan como en línea recta dependientes del pelota.

Las fuerzas que causan la estabilidad direccional, la propulsión y el frenado se pueden todos remontar para arrastrarse. Está presente en wheelset solo y acomodará la incompatibilidad cinemática leve introducida por el enganche wheelsets juntos, sin causar el resbalamiento grueso, como se temió una vez.

A condición de que el radio de vuelta sea suficientemente grande (como se debería esperar para servicios de pasajeros expresos), dos o tres conectó wheelsets no debería presentar un problema. Sin embargo, 10 ruedas de paseo (5 wheelsets principales) por lo general tienen que ver con locomotoras de carga pesadas.

Elevador de voltaje

Algunas locomotoras del vapor se equiparon con motores del elevador de voltaje en las ruedas de rastreo traseras. Éstos se encendieron como requerido en el comienzo a dar el esfuerzo adhesivo adicional.

Véase también



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