Тема № 1. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

Лекционный материал для проведения занятий с учащимися учебных групп подготовки водителей трамвая.

Тема № 1. ОСНОВЫ МЕХАНИКИ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.

Все тела в природе находятся либо в состоянии покоя, либо в состоянии движения. Тело, находящееся в состоянии покоя, само из этого состояния выйти не может.

Движением называется перемещение тела в пространстве относительно других окружающих его неподвижных тел. Движение может быть поступательным, когда тело перемещается, и вращательным, когда тело, оставаясь на месте, движется вокруг своей оси. Одни и те же тела могут иметь одновременно и поступательное и вращательное движение, наглядным примером может служить движение колесной пары трамвайного вагона.

В зависимости от скорости движение может быть равномерным и неравномерным.При равномерном движении тело движется с одинаковой скоростью в любой промежуток времени. Скорость равномерного движения вычисляется по формуле: v=s/t , где v –скорость движения;

S – путь, пройденный телом;

t –время.

При неравномерном движении скорость движения тела изменяется, она либо увеличивается, либо уменьшается. Поэтому при неравномерном движении необходимо знать среднюю скорость. Средней скоростью неравномерного движения называется такая скорость, с которой тело могло бы пройти заданное расстояние за тот же промежуток времени, двигаясь равномерно. Формула средней скорости – частное от деления величины пройденного расстояния на время, затраченное для его прохождения:

Vср. = s/t

Ускорениемназывается приращение скорости за каждую единицу времени. Например, если поезд за первую секунду прошел 1 м, за вторую – 2 метра, а за третью – 3 м, то это означает, что поезд имеет равномерно-ускоренное движение с ускорением, равным 1м/сек. в квадрате. Из сказанного видно, что величину ускорения можно вычислить по формуле:

а = v-vо/t (м/сек. в квадрате).

Если тело увеличивает скорость и ускорение – величина положительная, движение называется равномерно-ускоренным, а если тело уменьшает скорость и ускорение – величина отрицательная (т.е. замедление), движение называется равномерно-замедленным.

Для того, чтобы вывести тело из состояния покоя и заставить его двигаться, необходимо приложить к нему какую-либо внешнюю силу. В частности, для трогания трамвайного поезда с места необходимо иметь силу тяги.

Силойназывается всякая причина, вызывающая изменения состояния покоя или движения тела. Сила – величина векторная. Это значит, что она имеет величину и направление. Водитель, управляя трамвайным вагоном, сталкивается с различными силами, действующими на вагон: это сила тяги и сила торможения, сила трения и ударные силы, сила тяжести и центробежная сила.

Силы, действующие на одно и то же тело по одной прямой в одном направлении, алгебраически складываются. Следовательно, равнодействующая будет равна алгебраической сумме всех сил.

Если же силы действуют под углом друг к другу, то равнодействующая всех сил будет равна диагонали параллелограмма.

Движение тела может продолжаться и после прекращения действия силы, вызывающей это движение. Так, трамвайный вагон после выключения тяговых электродвигателей и прекращения действия силы тяги, продолжает движение, пока под влиянием силы сопротивления движению и тормозных усилий не остановится. Такое явление называется инерцией.

Инерциейназывается свойство тел сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения. Данное определение позволяет понять основной закон инерции: всякое тело стремится сохранять то состояние, в котором оно находится. Явление инерции необходимо обязательно учитывать в повседневной работе на линии:

· если водитель резко затормозит трамвайный вагон, то пассажиры в салоне будут падать вперед, так как они стремятся сохранить состояние движения, и, наоборот, при резком трогании вагона с места стоящие пассажиры могут упасть назад, так как они стремятся сохранить состояние покоя;

· при неумелом управлении трамвайным вагоном и въезде в кривую со скоростью выше допустимой, вагон может сойти с рельсов, так как он стремится сохранить прямолинейное движение;

· неправильное торможение в условиях буксового состояния пути может привести к образованию проката колесных пар;

· максимальное использование возможности двигаться в режиме выбега (по инерции) позволяет экономить электроэнергию;

· разгон трамвайного вагона перед подъемом позволит использовать силу инерции для преодоления подъема.

Но не все тела обладают одинаковой инерцией, инерция тела характеризуется его массой.

Массой теланазывается то количество вещества, из которого состоит данное тело. Масса всегда пропорциональна весу тела. Численно масса тела равна отношению силы, действующей на тело к вызываемому этой силой ускорению тела:

m = F/a

На передвижение тела затрачивается РАБОТА,равная произведению приложенной силы на путь. Однако во внимание принимается только та сила (или составляющая силы), которая имеет направление в сторону движения:

А = FS

За единицу измерения работы принимается килограммометр, т.е. работа, которую необходимо совершить для подъема груза весом в 1 кг на высоту 1 м. Для поднятия груза в 10 кг на высоту 1 м необходимо затратить такую же работу, как для подъема груза в 1 кг на высоту 10 м. В обеих случаях это 10 кгм.

В технике большое значение имеет понятие МОЩНОСТИ. МОЩНОСТЬ –это работа, совершаемая в единицу времени.

N = A/t

В предыдущем примере, если работа по поднятию груза в 10 кг на высоту 1 м была совершена за 5 сек, то мощность подъемной установки равна 2кгм/сек.

На практике в качестве более крупной единицы мощности принято считать 1 лошадиную силу (л.с.), при которой в одну секунду совершается работа по подъему 75 кг груза на высоту 1 метр, т.е. работа 75 кгм.

Между электрической мощностью, измеряемой в киловаттах (кВт) и мощностью, измеряемой в лошадиных силах, существуют следующие зависимости:

1 л.с. = 736 Вт. или 1 кВт. = 1,36 л.с.

Тело, способное совершать работу, обладает энергией. Работа может быть совершена за счет энергии, заключенной в теле, а также за счет энергии, подведенной к нему от постороннего источника. Если притока энергии извне нет или приток энергии меньше расхода, то количество ее уменьшается. Если к телу подводится больше энергии, чем оно расходует, то тело будет накапливать в себе энергию.

Существуют следующие виды энергии: механическая, тепловая, электрическая, химическая, лучистая (световая) и т.д. Остановимся более подробно на механической энергии.

Механическая энергия может быть в виде энергии положения (потенциальной) или энергии движения (кинетической). Поднятый камень обладает потенциальной энергией и может произвести в любой момент некоторую работу. Падающий камень, движущийся трамвайный вагон обладают кинетической энергией, т.е. энергией движения. Кинетическая и потенциальная энергия могут свободно превращаться одна в другую.

Кинетическая энергия прямо пропорциональна массе (весу) движущегося тела и квадрату скорости. Поэтому если скорость движения тела увеличивается в 2 раза, то запас кинетической энергии увеличивается в 4 раза. Потенциальная и кинетическая энергия, как и работа, выражается в килограммометрах.

ТРЕНИЕ И СМАЗКА. Существуют силы сопротивления движению, которые действуют в направлении, противоположном движению и замедляют его. К таким силам, в частности, относится сила трения. При движении одного тела по поверхности другого, вследствие наличия на соприкасающихся поверхностях неровностей, происходит их срезание или стирание, на что и затрачивается часть движущей силы. Чем больше неровности, тем больше трение и тем больше сила, затрачиваемая на его преодоление.

В механике различают два вида трения:

· трение скольжения – например, трение тормозной колодки о барабан механического тормоза;

· трение качения – например, трение катящегося шара о поверхность, или трение колеса при движении трамвайного вагона о головку рельса. Трение качения значительно меньше, чем трение скольжения.

Трение является вредным сопротивлением, но во многих случаях оно полезно и необходимо. Если бы не было трения, то колеса трамвайного вагона вращались бы на одном месте, не приводя его в движение, так как не было бы сцепления колес с рельсами.

Для уменьшения износа от трения применяется СМАЗКА. На практике, в зависимости от смазки, приходится иметь дело с различными видами трения: сухим, полусухим, жидкостным и полужидкостным.

Сухое трениедает наибольший износ, так как при этом полностью отсутствует смазка (трение тормозных колодок о тормозной барабан механического тормоза).

Полусухое трениедает также значительный износ и возникает при неполной смазке трущихся поверхностей.

Жидкостное трение дает наименьший износ и возникает при полной смазке трущихся поверхностей.

Полужидкостное трениедает гораздо меньший износ, чет при полусухом трении. Оно возникает в том случае, когда часть смазки вытесняется и происходит соприкосновение трущихся поверхностей. На трамвайном вагоне этот вид трения встречается при недостаточной смазке зубчатых колес (шестерен) и подшипников.

Применением смазки трущихся частей решаются следующие основные задачи:

· уменьшение трения,

· охлаждение, т.е. отвод тепла и его равномерное распределение во всех деталях,

· уменьшение шумности,

· защита трущихся деталей от коррозии и увеличение срока их службы.

Очень важным моментом является правильный выбор смазочных материалов. Наиболее широкое распространение на трамвайных вагонах получили жидкие минеральные масла и густые консистентные смазки: ЦИАТИМ – 201, автол, нигрол, масло компрессорное, солидол, и др.

Сопротивление движению поезда – это сумма всех внешних сил, а точнее – сумма проекций всех внешних сил на направление движения, действующих против движения поезда. В режиме тяги оно преодолевается силой тяги, создаваемой тяговыми электродвигателями. В режиме торможения сопротивление движению трамвайного поезда складывается с тормозным усилием.

Сопротивление движению поезда делится на ОСНОВНОЕ и ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ. К основному сопротивлению относятся все виды сопротивлений движению поезда, которые возникают на прямом горизонтальном участке пути при движении. К дополнительному сопротивлению относятся все сопротивления, возникающие при преодолении поездом подъема и при прохождении кривых участков пути.

ОСНОВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ складывается из:

· сопротивления пути, вызванного трением качения колес о рельсы и трением реборд о рельсы,

· сопротивления от упругой посадки путей,

· сопротивления от ударов на стыках и неровностях пути,

· внутреннего сопротивления самого подвижного состава, определяемого трением в подшипниках и передаточных механизмах,

· сопротивления от возможных неисправностей на подвижном составе (сильное обжатие тормозных колодок, заедания в осевых подшипниках и т.д.),

· сопротивления воздуха при движении вагона.

Удельным сопротивлением движению называется величина сопротивления, приходящаяся на одну тонну веса поезда. Для одиночного вагона основное удельное сопротивление движению рассчитывается по формуле:

w = 4,3 + 0,0036, умноженное на квадрат скорости вагона.

Удельное сопротивление от уклона в кг/т. равно величине уклона, выраженной в тысячных дистанции. Например, если величина уклона I = + 0,008, то удельное сопротивление будет равно 8 кг/т. Величина удельного сопротивления от кривой рассчитывается по формуле 425/R кривой.