4..8 ER7.DOC Eletricá trace 7. Adheze Obsah Doc. Ing. Jiří Danzer CSc. ELEKRICKÁ RAKCE 7. ADHEZE Obsah Úvod...3 Adheze náravy...5. Koeficient adheze... 5. Sluzová charateristia... 8.. Poměry ve styu..... Vlivy oolí... 3..3 Dynamicé jevy, vliv ohonu... 4 3 Adhezní vlastnosti vozidla... 7 3. Vliv onstruce... 8 3.. Vliv loného momentu... 8 3.. Dynamicé účiny... 3 3. Vliv rozvážení roudů... 4 3.3 Vliv čisticího účinu... 6 3.4 Vliv charateristi ohonu a řízení... 8 4 Měření a modelování adhezních jevů... 3 4. Adhezní měření... 3 4. Modelování adhezních jevů... 33 4.. Aroximace sluzové charateristiy... 33 4.3 Jednoduché modely řenosu momentu... 34 4.3. uhý řenos momentu na náravu... 35 4.3. Pružný řenos momentu na náravu... 37 4.3.3 Dvounáravový odvoze (vozidlo)... 39 4.4 Komlexní modely a orovnání s měřením... 4 5 Protisluzová zařízení... 44 5. Čidla rychlosti... 44 5. Sluzová ochrana... 46 5.. eřímé metody... 47 5.. Měření rychlosti a zrychlení... 48 - -
Obsah 5.3 Sluzový regulátor... 56 5.3. Regulace sluzové rychlosti... 58 5.3. Regulace na imum sluzové charateristiy... 6 5.3.3 Regulace otáče jao sluzový regulátor ro asynchronní motor... 63 5.3.4 Metoda určení slonu sluzové charateristiy... 67 6 Protismyové ochrany... 73 6. Eletrodynamicá brzda... 73 6. Mechanicá brzda... 75 7 Literatura... 78 - -
. Úvod ÚVOD Adheze (v obecném smyslu řilnavost, němecy Adhäsion, Kraftschluss, anglicy adhesion, rusy сцепление) je schonost řenosu tečných sil ve styu dvou ovrchů bez (zřetelného) relativního ohybu nebo jina ([9]) souhrn fyziálních vlastností dotyové lošy ola a olejnice, teré umožňují řenášet lošou hnací tečnou sílu. ato schonost je záladem ohybu řevážné většiny olejových (i silničních) vozidel, umožňuje vyvíjet tažné i brzdné síly a její rozbor má tedy neochybně zásadní význam v mnoha ohledech. Zároveň tato závislost ohonu vozidel na adhezi je snad nejdůležitějším rozdílem mezi ohonem v růmyslu a v traci. Přiomeňme v této souvislosti dělení ohonu vozidel a brzd na adhezní, teré je zásadní a je osáno v jiných dílech srit. V dalším se budeme věnovat výhradně adhezním oměrům olejových vozidel, a to ředevším s ohledem na důsledy ro vlastnosti vozidel a možnosti jejich zlešení. Celá roblematia je velmi obsáhlá (srov. rozsah literatury v a. 7, terý uvádí raticy ouze člány z němecé jazyové oblasti a roto jsou v textu uvedeny němecé výrazy ro secificé ojmy). V oslední době se rychle rozvíjí jedna směrem doonalejší analýze oměrů ve styové lošce a zachycení všech, velmi četných vlivů, teré se zde ulatňují, jedna využití těchto oznatů vývoji efetivnějších ostuů ro otimální využití momentálních adhezních oměrů. Za roluz označujeme situaci, dy se ři růstu tažné síly nebo zhoršení adhezních oměrů začne rychle zvětšovat obvodová rychlost oháněných ol vzhledem odélné rychlosti vozidla. Mez toto zrychlování je závislá na usořádání a řízení ohonu, ale bez dalších oatření leží většinou daleo nad řijatelnými hodnotami. o vede mimořádnému mechanicému namáhání všech členů, teré se odílejí na řenosu momentu a říadně řeotáčám tračních motorů (u sériových motorů a všech, teré jsou naájeny z měničů s roudovou nebo momentovou smyčou), ootřebení ol i olejnic, e vzniu rázů v souravě ři rychlých změnách tažné nebo brzdné síly, olesu tažné síly vozidla na ratší nebo i delší dobu, rodloužení jízdních dob a v rajním říadě uváznutí souravy (ve stouání, obloucích za zvláště neříznivých oměrů). Smy je odobný jev ři brzdění, dy obvodová rychlost ola je (výrazně) menší než odélná rychlost vozidla, v rajním říadě i nulová, taže olo se o olejnici smýá a neotáčí se. Důsledy jsou odobné jao ři sluzu s tím rozdílem, že ootřebení obručí má charater loch, ola a ři jízdě vydávají charateristicý zvu (vozidlo je obuté, má bačory a due ) a v horším říadě je třeba obruče řesoustružit nebo řebrousit (u tramvají), olesem střední brzdné síly dochází rodloužení zábrzdných vzdáleností, což ředstavuje evidentní ohrožení bezečnosti doravy, brzdění se zravidla účastní i nehnané náravy (na vozech), taže říslušná oatření zamezení smyu (rotismyová zařízení) se jich musí týat stejně jao vozidel tračních. - 3 -
. Úvod Kromě toho jsou sluzové i smyové děje dynamicy asi o řády rychlejší než ostatní rovozní změny a roto jsou z mnoha hledise (nařílad ro regulační obvody) riticé. Z toho, co bylo dosud uvedeno, je zřejmý význam studia adheze a oatření, terá s jejími účiny souvisí a to úměrně růstu výonů a rychlostí vozidel. - 4 -
. Adheze náravy ADHEZE ÁPRAVY Záladním říadem, terý budeme sledovat, je chování ola (většinou můžeme ředoládat i náravu) na olejnici na římém a vodorovném úseu. Uážeme, že i tento zdánlivě jednoduchý říad je jen obtížně a málo solehlivě řešitelný a řitom se od něho řirozeně odvíjejí i všechny říady složitější.. KOEFICIE ADHEZE Záladní řílad zachycuje Obr.. Kolo je zatíženo normální silou a vyvíjí na svém obvodě tečnou sílu. Obr. Adhezní oměr (adheze.dwg) Poměr těchto sil označujeme jao adhezní oměr µ (Kraftschlussbeiwert) r. µ což je bezrozměrný oeficient, terý se udává jao oměrné číslo nebo v romilích /. V dalším uážeme význam vyjádření v /. V tomto odstavci budeme zjednodušeně ředoládat, že síly jsou onstantní a v dotyové lošce dochází ouze odvalování bez sluzu až do oamžiu, dy adhezní oměr řeročí svou imální hodnotu a dojde roluzu. uto imální hodnotu označujeme jao oeficient adheze (Reibfator, Reibwert, Haftwert, Kraftschlussbeiwert) r. µ Veliost oeficientu adheze závisí na mnoha oolnostech, což má za následe široé rozmezí ozorovaných (naměřených) hodnot. Hlavní vliv na oeficient adheze má stav dotyové lošy, nařílad řítomnost cizích láte ve styu, (voda, olej, rez, rach různého ůvodu a složení, listí atd.), vlastnosti materiálu styových locha (materiálové onstanty, drsnost) a další, obtížně definovatelné oolnosti, taže se běžně jao arametr nařílad ři měření oužívá vágní údaj jao suchá, vlhá, namrzlá atd. olej. Ze snadno měřitelných veličin, teré mají na oeficient adheze veliost vliv, je nejzřetelnější rychlost jízdy. Proto se oeficient adheze udává zravidla v závislosti na ní. Snížení oeficientu adheze se rojevuje taé ři růjezdu oblouem. Výsledem je, že existuje dlouhá řada měření různých autorů ro různé říady, jejichž výsledy se navzájem mohou značně lišit. K tomu řisívá taé sutečnost, že naměřené hodnoty jsou často - 5 -
. Adheze náravy rezentovány jao rovnice regresní řivy těchto naměřených hodnot aniž je udána taé odovídající směrodatná odchyla. ejznámější jsou asi měření adheze odle Curtiuse a Knifflera, jejichž výsledy se vyjadřují rovnicí 75 r. 3 µ 6 [ /, m / h] + V + 44 ovšem Obr. ([9]) uazuje názorně, že naměřené hodnoty z nichž je uvedená závislost odvozena vylňují oměrně široé ásmo. Obr. Koeficient adheze odle Curtius-Knifflera (c.bm) éměř stejně známý je vzorec ro součinitel adheze odle Kothera 9 r. 4 µ 6 [ /, m / h] + V + 4 Je zřejmé, že význam regresní rovnice, zejména adheze odle Curtius-Knifflera tví ředevším v tom, že je obecně řijímána jao určitý standard, i dyž v literatuře existují odložené názory, že jde na jednu stranu o říliš otimisticé a na druhou říliš nízé hodnoty. oto rozdílné hodnocení lyne taé z toho, že se tyto hodnoty vztahují na různé tyy vozidel a na souvislosti v nichž jsou využívány. Výrobce ři měření udává řirozeně nejleší dosažené hodnoty, zatímco ro rovoz, terý má být zajištěn v řevážné většině říadů, jsou rozhodující hodnoty blíže minimálním. Koeficienty adheze z různých měření se nědy dosti liší, ale vezmeme li v úvahu jejich roztyl, nelze žádné z nich ovažovat za zvlášť vychýlené. a Obr. 3 a Obr. 4 jsou výsledy měření shrnuté v [9] ro rovoz říměstsých vozidel v různých zemích a dobách na vlhých nebo morých olejích. Jao řílad roztylu údajů ro rychlé vlay uveďme ještě růběhy oeficientu adheze odle [7] a hodnoty naměřené autorem na střídavé tyristorové loomotivě ČSD ř. 63 ([]) na Obr. 5. S velým rozsahem možných hodnot je tedy třeba vždy očítat ři vědomí toho, že je řevážně zůsoben vnějšími vlivy s rajními hodnotami,5...,4. - 6 -
. Adheze náravy Obr. 3 Koeficienty adheze měřené a) v ěmecu 944 a 95, b) ve Francii 959 (oef.bm) Obr. 4 Koeficienty adheze měřené c) ve Francii 97, d) v Holandsu 979 (oef.bm) Obr. 5 Porovnání různých údajů ro oeficient adheze rychlých vlaů (raen.bm) a měření na funčním vzoru tyristorové loomotivy ČSD o hmotnosti 85 t (4e.bm) - 7 -
. Adheze náravy a druhé straně může obecně řijaté vyjádření oeficientu adheze nařílad odle Curtiuse- Knifflera umožnit orovnání adhezních vlastností různých tračních vozidel (ři zareslení této závislosti do tračních charateristi) a odhad ravděodobného rovozního využití instalovaného výonu vozidla s ohledem na adhezi.. SKLUZOVÁ CHARAKERISIKA Vyjádření oměrů ouze oeficientem adheze je staticé, zjednodušené a vyžaduje odrobnější zoumání. Při sledování oměrů mezi olem a olejnicí se uazuje, že ři řenosu tažné síly dochází vždy určitému rozdílu mezi obvodovou rychlostí ola a jeho odélnou rychlostí. Poud ři nárůstu tohoto rozdílu roste i adhezní oměr, res. veliost tažné síly, označujeme rozdíl rychlostí jao účinný sluz. Při řeročení oeficientu adheze sluzová rychlost rychle roste, tečná síla ve styu lesá a dochází roluzu. Vrcholu sluzové charateristiy tedy odovídá oeficient adheze. Závislost adhezního oměru (oříadě tažné síly ři daném normálním zatížení) na rozdílu rychlostí se označuje jao sluzová charateristia (Kraftschlussurve) a má obecně růběh odle Obr. 6.,4,3 mi,,, 4 6 8 účinný roluz dv m/h sluz Obr. 6 Sluzová charateristia (sl_cha.xls) Stejně jao oeficient adheze závisí na momentálních oměrech velmi i tvar sluzové charateristiy. Obecně latí, že se ři snižování oeficientu adheze zároveň osouvá sluzová rychlost odovídající imu sluzové charateristiy směrem vyšším hodnotám a imum růběhu je méně vyjádřené. Při velmi šatných adhezních oměrech nemusí mít sluzová charateristia imum vyjádřené. V literatuře se jao nezávisle roměnná ro vyjádření sluzové charateristiy uvádí jedna římo sluzová rychlost nař. v m/h, jedna oměrná sluzová rychlost neboli sluz (ja je cháán v jiných říadech). Sluzová rychlost je veličina římo měřitelná a vhodná ro řešení roblémů olem ohonu, jeho řízení, rotisluzových zařízení a. Sluz jao bezrozměrná veličina je vhodný a oužívaný ři studiu jevů v dotyové lošce (a...) a bývá definován dvojím zůsobem (označení odle Obr. ) r. 5 v o v v o v s s [m/s], [m/h] v + v v o - 8 -
. Adheze náravy Výhodou rvního vyjádření je, že je oužitelné i ři v, ro větší odélné rychlosti a malé sluzové rychlosti jsou oba výrazy raticy identicé. Průběh adhezního oměru v závislosti na sluzové rychlosti stejně jao na sluzu je závislý na rychlosti. Při návratu z velého roluzu robíhá adhezní oměr odle jiné charateristiy než ři rozvíjení roluzu, totiž odle zětné větve. a se může, zvláště ři šatných adhezních oměrech, odstatně lišit od římé větve a dosahované adhezní oměry mohou být značně vyšší. Přílad růběhu ro extrémní oměry odle [] je na Obr. 7 (doznívání roluzu ři sněhové řeháňce o selhání rotisluzové ochrany) Obr. 7 Průběh zětné větve sluzové charateristiy (měření na ES499.) (z_vet.bm) Příčinou tohoto jevu je ředevším telo, teré se ve styu ola a olejnice vyvíjí a účinně zlešuje adhezi. Pro ztracený výon ve styu latí zřejmě r. 6 P µ..( v v ) µ.. v [ W,, m s] o / Při olovém zatížení, µ, 3 a sluzové rychlosti,8 m/h (účinný sluz) se jedná o 5 W. Při roluzu se a jedná o značné výony. Je zajímavé, že dosud nebyla řešena otáza, zda je třeba tyto ztráty zaočítat do účinnosti vozidla. Analýza oměrů ve styu je zaměřena ředevším na řešení dvou oruhů roblémů: řešení chodových vlastností vozidla, dy se jedná zravidla o malé sluzy, ale v odélném i říčném směru (vzhledem ose olejnice) a navíc i o ruhový sluz, sin (Bohrschluf), obě tělesa se v dotyové loše otáčejí; řitom se využívají ředevším oznaty z ružnosti a aliované mechaniy, řešení otáze sojených s vlastnostmi vozidla, jeho ohonu, řízení, regulace a rotisluzových zařízení, dynamiy celého vozidla nebo jeho částí a. ejnovější ráce (nař. [39]) usilují o roojení výsledů obou zaměření s cílem zísat omlexní ois říslušných jevů a ta umožnit modelování, jehož výsledy by souhlasily se sutečností. - 9 -
.. POMĚRY VE SYKU Eletricá trace 7. Adheze. Adheze náravy Poměry ve styu jsou ředmětem dlouhodobého a teoreticy i výočtově náročného zoumání. Vzhledem účelu této ubliace zde ouze naznačíme záladní úvahy, teré se týají těchto roblémů, a to v nejjednodušší formě, aby byly zřejmé záladní fyziální děje ve styu. Výchozím geometricým modelem je dote dvou válcových loch (v nejjednodušším říadě s olmými osami), zatížený normální silou. ento roblém řešil již v roce 88 Herz ([4]) a odvodil, že obě tělesa se dotýají v eliticé dotyové loše. Poměr oloos závisí ouze na oloměrech obou válců, ři stejných oloměrech obou těles řechází elisa v ružnici. Veliost lošy závisí na řítlačné síle a materiálových onstantách obou těles. Pro olové zatížení, růměr ola mm a oloměr zařivení hlavy olejnice mm vychází oloosy dotyové elisy a8,6 mm a b3, mm s lochou 8 mm dotyové lochy jsou uvedeny nařílad v [9],[6]). (vztahy ro výočet ormální měrné zatížení σ je ři tom rozloženo rovněž odle ůlelisy, ja je znázorněno na Obr. 8 ro osový řez (výsledná locha je olovina obecného elisoidu). Celová řítlačná síla je obecně rovna integrálu měrného zatížení řes dotyovou lochu r. 7 σ ( x, y ) dotyová loha dx dy Obr. 8 Dotyová locha a rozložení měrného zatížení (adheze.dwg) Poud je v loše řenášena taé tangenciální síla, vytváří se v lošce taé tangenciální, smyové naětí. Podobně jao ro síly v r. a r. latí v elementu lochy vztah ro imální smyové naětí, označované jao sluzová evnost τ (Schubfestigeit) r. 8 µ t τ σ [, MPa] Poměr µ t je oeficient tření a závisí na vlastnosti ovrchů, vlastnostech materiálu, na naětí na mezi luzu (Strecgrenze- [4]) a ve sutečnosti i na veliosti a rychlosti relativního ohybu. Průběh τ je rovněž znázorněn v Obr. 8 a jeho integrál řes dotyovou lochu odovídá imální tečné síle, tedy oměrům na vrcholu sluzové charateristiy - -
r. 9 τ ( x, y ) dotyová loha dx dy Eletricá trace 7. Adheze. Adheze náravy což je zřejmě v souladu s r.. Poud by tedy byl oeficient tření na sluzu nezávislý, neměla by sluzová charateristia lesající větev, imální tečná síla by zůstávala onstantní i ři roluzu. Z exerimentů ovšem vylývá, že oeficient tření s rostoucím sluzem lesá, (v nejjednodušším říadě se ředoládá soový oles na začátu ohybu mezi ontatními lochami, jindy se ředoládá růběh odle funce arctg). Různé ředolady o závislosti oeficientu chování styu. µ t na sluzu vedou různým modelům Za ředoladu onstantního oeficientu tření odvodil Carter v roce 96 rozdělení dotyové lochy na dvě části část, v níž nedochází relativnímu osunu v dotyové loše, tj. oblast adhezní (stic, Haftgebiet) a de je tečné namáhání nižší než sluzová evnost, část, de osunu dochází, oblast sluzová (sli, Gleitgebiet), de je tečné namáhání rovno rávě sluzové evnosti (větší zřejmě nemůže být). Při další analýze se vychází z ředoladu, že (tené) ovrchové vrstvy materiálu ola i olejnice na styu jsou ružné a tangenciálně se deformují úměrně tečnému namáhání. V ovrchové vrstvě ola narůstá směrem od očátu doteu tangenciální tah a tedy i deformace a v ovrchové vrstvě olejnice naoa tangenciální stlačování. V důsledu toho se obvod ola ři otáčení ohybuje omaleji než nařílad nárava jao cele. Poud tečné namáhání neřeročí sluzovou evnost, nedochází ale ve styu relativnímu ohybu. Ve sluzové oblasti dochází relativnímu ohybu, terým se ostuně vyrovnávají deformace ovrchových vrstev ola i olejnice bez vlivu na další ohyb náravy. Otázu růběhu tečného namáhání v adhezní oblasti (bez relativního osuvu) řešila řada autorů (viz [4], [39]). Za řiměřené zjednodušení (teré ro naše otřeby více než ostačuje) řijmeme Carterovo řešení, teré je znázorněno ro ostuně rostoucí tečnou sílu na Obr. 9 (olo se odvaluje vravo). Obr. 9 Poměry ve styové loše ři rostoucí tečné síle (adheze.dwg) - -
Při vhodně zvoleném měřítu lze růběh τ Eletricá trace 7. Adheze. Adheze náravy znázornit jao ůlružnici a rozložení tečného / namáhání v adhezní oblasti je a dáno součtem růběhu τ a růběhu τ ve tvaru ůlružnice se středem na ose, jedním oncem na raji dotyové elisy (v bodě rvního dotyu ola a olejnice) a druhým oncem v místě, de je tečné namáhání rovno rávě τ. o latí ro aždý element ta, ja je znázorněno na Obr. 9. Sluzová část styové lochy je vyšrafovaná, adhezní má tvar elisy, terá se dotýá raje dotyové lochy. Odovídající tečné namáhání je šrafováno rozdílně. (Je zřejmé, že ostu od volby hranice sluzové a adhezní hranice rozdělení tečného namáhání a onečně určení tečné síly je celem jednoduchý na rozdíl od ostuu oačného.) Z Obr. 9 je zřejmé, že bez (užitečného) sluzu nelze tečnou sílu řenášet (obě ůlružnice a mají stejný oloměr, jejich rozdíl, tečné namáhání, je všude v dotyové loše nulové a tedy je nulová i tečná síla), imální řenášená tečná síla je omezena veliostí τ res. jeho integrálem řes styovou lochu, ři nárůstu tečné síly roste rozdíl mezi obvodovou rychlostí ola a osuvnou rychlostí náravy, sluzová rychlost. yto závěry jsou v valitativním souhlasu se sutečností, alesoň ro oblast účinného sluzu. Výsledy byly ověřovány v laboratorních odmínách ři ovově čistém ovrchu. V uvedené nejjednodušší odobě vztahů by se tečná síla ři dalším vzrůstu sluzové rychlosti neměla již měnit, což neodovídá sutečnosti. avíc oeficienty adheze odle teorie vycházejí značně větší (často x) než hodnoty ozorované, což souvisí s rozdílností odmíne výočtu nebo laboratorního exerimentu roti rovozní sutečnosti. Dosud jsme ředoládali ouze řítomnost tečné síly rovnoběžné s osou olejnice a tedy výsledného ohybu. V obecné říadě není dotyová locha elisou, ale záleží na rofilu ola, olejnice a jejich ootřebení (nejde o dote dvou válců), v dotyové loše mohou ůsobit romě odélné tečné síly x i říčná síla y a navíc točivý moment M z. Pro malé sluzy a ři linearizaci všech vztahů latí mezi říslušnými silami, momentem a jimi vyvolanými sluzy soustava rovnic [39] r. M x y z c a b c c 3 ab c 3 a b c ab 33. s s x y ψ de s x, y jsou odélný a říčný (bezrozměrný) sluz s x, y v x, y ωb a ψ je oměrný úhlový sluz v v jao důslede momentu M z (Bohrschluf). Koeficienty c, c, c3, c33 jsou označovány jao Kalerovy oeficienty, teré jsou roměnné a jejich veliost závisí na tvaru styové lochy (mění se ve velém rozsahu - [39]). Kvůli těmto oeficientům výraz v r. uvádíme ředevším, rotože jsou citovány ve většině rací, teré se odobnými roblémy zabývají. - -
Pro říad, terý byl sledován výše tzn. ro M, odtud lyne r. x c sx Pro µ by a odle r. latilo y z Eletricá trace 7. Adheze. Adheze náravy r. c v µ. v Koeficient c, terý se vysytuje v mnoha vztazích, není onstantní, ale obsahuje další vlivy, na nichž je tečná síla závislá. Podrobnosti viz [4] a tam citovanou literaturu... VLIVY OKOLÍ Odchyly teorie (v uvedeném tvaru) od sutečnosti jsou zůsobeny dalšími vlivy, teré lze v zásadě do teoreticých úvah zahrnout a ta odchyly zmenšit. Poud se budeme zatím zabývat ouze vlivy ůsobícími v ontatní loše, ulatňují se zejména tyto: řítomnost cizích láte ve styu, ůsobení tela, teré se ve styu ři sluzu vyvíjí, drsnost styových loch, tvar dotyové lochy, říčné sluzy. ejvětší vliv mají cizí láty ve styu. Jedná se ředevším o vodu (vlhost), olej (od mazání oolů, výměn, netěsnosti řevodove), listí, rez, rach nebo nařílad íse (úmyslně). Voda, vodní roztoy a emulze ( bláto ), mastnota atd. ůsobí jao více méně dobré mazivo. Jeho mazací účiny závisí na jeho visozitě a na síle vrstvy maziva. Síla této vrstvy (řádově µm) závisí na secificém tlau ve styu a na rychlosti odvalování. a výsledný efet a má rozhodující vliv oměr tloušťy této vrstvy maziva veliosti nerovností ovrchů ve styu (drsnosti), rotože určují míru řechodu mezi suchým a luzným (aalinovým) třením. Analýza jednotlivých zmíněných vlivů je v [3]. Vliv nečistot na adhezi je rozhodující a obtížně definovatelný (nařílad sadané listí). Pro zvýšení oeficientu adheze je již odedávna oužíváno syání ísu od ola. Píse vytvoří ve styu vrstvu dostatečně silnou na to, aby vyloučila vliv mazání a raticy téměř obnovila oměry na suché oleji (ovšem za cenu zvýšení jízdních odorů). Ja již bylo uvedeno výše, vzniá ři relativním ohybu v zatíženém styu telo, teré ohřívá olo, olejnici a taé vrstvu nečistot mezi nimi. oto telo roste s rostoucí sluzovou rychlostí. ejrve se otelováním zvyšuje visozita aalin ve styu, ři rostoucím výonu se voda odařuje a olej rozládá a zároveň dochází ři vzájemném ohybu zdrsnění obou ovrchů. Všechny tyto rocesy adhezi zlešují tím více, čím horší byl ůvodní stav (na čistém a suché ovrchu není co odařovat nebo čistit). yto efety se označují jao čisticí efet (Konditionierung). Při velých roluzech může telota dosáhnou i něolia set C, ři terých se výrazně snižuje i naětí na mezi sluzu, tím i sluzová evnost ootřebení. τ a tedy i oeficient adheze [4], [3], a roste - 3 -
. Adheze náravy Drsnost styových loch adhezi zlešuje, ja lyne z ředchozích závěrů. Může být říznivě ovlivněna nařílad ři mechanicém brzdění šalíy nebo čisticí brzdou (šalíy, určenými ouze ro čištění ovrchu obručí ředevším řed brzděním), ísováním a (účinným) sluzem. aoa oužití brzdových šalíů z umělých hmot se řičítalo zhoršení adheze (ačoliv to zoušy rovedené ro ČSD jednoznačně neroázaly). Povrch jízdní lochy obručí byl ři jejich oužití ale téměř leslý. Sutečný tvar dotyové lochy není řirozeně elisou a navíc se mění ostuným ootřebením obručí i olejnic (viz nař. výsledy zísané metodou MKP v [4]). Otimálního řizůsobení rofilu obruče o řesoustružení (nejen z hledisa adheze) se dosáhne terve o určité době rovozu, dotyová locha se ostuně zvětší. Příčné sluzy v dotyové loše jsou zůsobeny ředevším vedením náravy v obloucích, v římé taé sinusovým ohybem dvojolí aj. V [6] se sice tvrdí, že určitý (malý) říčný sluz může oeficient adheze zvýšit, ale všeobecně se tento názor v literatuře nesdílí a ani raticé zušenosti to neotvrzují. Zhoršené oměry ři jízdě v obloucích jsou ovšem zůsobeny taé řídavnými odory a tím i otřebou zvětšení tažné síly ro zachování režimu jízdy v římé...3 DYAMICKÉ JEVY, VLIV POHOU Zatím byly oměry ve styové loše oisovány staticy, jao by všechny ůsobící vlivy byly časově neroměnné a na sobě nezávislé. Sutečnost je ovšem jiná, odstatně složitější. V dalším se zmíníme odděleně o hlavních dynamicých jevech, teré na adhezi ůsobí, i dyž ve sutečnosti mohou robíhat současně a roto je velmi obtížné je z naměřených růběhu identifiovat. V této aitole se omezíme na valitativní ois, odrobněji o něterých jevech ojednáme v souvislosti s modelováním těchto jevů a s omezením roluzu. Příčinou, terá lyne římo z osaných vlastností styové lochy, je sutečnost, že ři růstu účinného sluzu roste ve styu ztracená energie, ta sty oteluje a čistí, tím se ale zlešuje oeficient adheze. Vztah mezi vyvíjeným telem a otelením ovrchů, teré je vlastní říčinou zlešení adheze, je charaterizován určitou otelovací časovou onstantou. Obr. "Hysterézní smyča" na sluzové charateristice (hase.bm) - 4 -
. Adheze náravy Děj robíhá odle schématu: nárůst sluzu - nárůst teloty - nárůst čisticího efetu - zvětšení oeficientu adheze - oles sluzu - snížení čisticího efetu - oles oeficientu adheze - nárůst sluzu. Předolady oaování osaného cylu jsou zřejmě slněny. V závislosti na rychlosti jevu se a racovní bod (i ři onstantní normální síle!) místo o staticé sluzové charateristice ohybuje o hysterezní smyčce. Poud na svislou osu místo adhezního oměru vyneseme odovídající tečnou sílu, je locha smyčy rovna ráci ztracené ve styu za jeden cylus. Přílad růběhů je na Obr. odle [3], racovní bod obíhá roti směru hodinových ručiče. Významnější a taé snáze osatelné dynamicé jevy jsou sojeny s mechanicými vlastnostmi ohonu, teré závisí na jeho onstručním usořádání. Přenos momentu z hřídele tračního motoru na náravu může být roveden mnoha různými zůsoby, obyčejně vša obsahuje torzně ružné elementy (loubový hřídel, ružné sojy, ryžové elementy a.). V jednodušším říadě vzniá mitavá soustava, tvořená momentem setrvačnosti rotoru a dvojolí (a dalšími, s nimi sojenými rotujícími částmi, jao ozubená ola, sojy aod.) a zmíněnými ružnými elementy. Změna momentu na straně motoru a/nebo zátěže v této soustavě vede zámitům. U běžných onstrucí ro stejnosměrné motory s ohonem ŠKODA je vlastní mitočet této soustavy asi 6 9 Hz, ro asynchronní je něolirát větší. Děj robíhá odle schématu: nárůst sluzu - ovolení zrutu torzního elementu - snížení momentu dvojolí - zmenšení sluzu - nárůst zrutu torzního elementu - nárůst momentu dvojolí - nárůst sluzu. Zatím byl zdroj momentu ovažován za tuhý, moment byl onstantní i ři (rychlých) změnách otáče. Ve sutečnosti závisí oměry na tyu motoru, zůsobu jeho naájení a regulaci. Poud se omezíme na cize buzené stejnosměrné motory nebo asynchronní motory, jde vždy o stroje s řirozenou tvrdou momentovou charateristiou a s regulací na ožadovaný moment. Jsou li motory regulovány individuálně, jejich řirozené charateristiy se neulatní, chování je dáno ouze vlastnostmi regulátoru. I v tomto říadě je třeba očítat z různých důvodů s tím, že ři rychlém nárůstu otáče moment rátodobě olesne. Poud jsou dva nebo více asynchronních motorů naájeno jedním střídačem, ulatní se ři sluzu náravy řirozená charateristia u louzajícího motoru jeho a moment už ři malém nárůstu otáče lesne značně, ale taé ne oamžitě ([7]). Závisí ovšem na tom, jaá veliost otáče se v taovém říadě ulatní v regulátoru (nařílad střední, lée minimální ze všech motorů). Děj a může robíhat odle schématu: nárůst sluzové rychlosti - nárůst otáče - oles momentu - oles sluzové rychlosti - nárůst momentu - nárůst sluzové rychlosti. Pois systému lze dále dolnit o možnost mitání ol na náravě roti sobě (vlastní mitočet ro ola 5 mm je asi 45 Hz), ývání motoru ři tlaovém závěsu a. V řadě rací, nařílad [4], [35], [8], [6], [], [7] a dalších se tyto roblémy odrobně sledují. orzní mity, teré tato vzniají a jejichž amlituda může řesáhnout střední hodnotu momentu (moment může rátodobě měnit znaméno!), ůsobí - 5 -
. Adheze náravy režim oaovaných sluzů, označovaný jao sli-stic, terý vyvolává známý hlu ři jízdě v oolí meze adheze ( drnčení ) a má za následe zvýšené ootřebení ol i olejnic, mimořádné mechanicé namáhání všech členů, teré moment řenášejí. a druhé straně to může být využito ro deteci začínajícího sluzu, rotože tyto jevy jsou nejvýznamnější ředevším blízo ima sluzové charateristiy (oud je dostatečně vyjádřené). V aitole 3. o vlivu onstručního rovedení vozidla uvedeme ještě další odobný říad možnosti vzniu mitavých jevů. - 6 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla 3 ADHEZÍ VLASOSI VOZIDLA U vozidel s více hnanými náravami se ři osuzování adhezních vlastností vychází zravidla ze záladního (teoreticého) stavu, dy jsou adhezní oměry na všech náravách stejné, náravová zatížení všech nárav jsou stejná a rovná a taé tažné síly jsou ro všechny náravy stejné a rovné. Potom ro vozidlo s n náravami o adhezní hmotnost G a zřejmě latí: r. 3 n g G [, m / s, t] n F [ ] a Maximální dosažitelná tažná síla vozidla (na obvodu ol) je a rovna t a µ o r. 4 F g G µ n [, m / s, t, ] Za těchto ředoladů by ři zvyšování tažných sil nárav došlo jejich současnému roluzu. a vozidle bývají oměry odstatně složitější a mohou výrazně ovlivnit jeho adhezní vlastnosti a dosažitelnou tažnou sílu. yto vlivy lze rozdělit na vliv onstručního rovedení řenosu tažných sil z obvodu ol na tažný há (oud nejde o samostatné trační vozidlo) ovlivňující staticé změny náravových zatížení jednotlivých nárav, vliv mechanicého usořádání ohonu, vliv vyružení, tlumení, momentů setrvačnosti a dalších arametrů, teré určují dynamicé vlastnosti vozidla a taé dynamicé změny náravového zatížení ři jízdě, úmyslné trvalé nastavení nestejných tažných sil (momentů tračních motorů) na jednotlivých náravách s cílem zlešit adhezní vlastnosti vozidla, změny v oeficientu adheze res. tvaru sluzové charateristiy od náravy náravě vlivem čisticího účinu. Ve sutečnosti je roto imální dosažitelná tažná síla (s ohledem na adhezi) omezena oměry na té náravě, terá má adhezní oměry nejhorší a terá se dostane na hranici sluzu nejdříve. a začne rvní louzat a omezí možnost dalšího zvyšování tažné síly na ostatních - nelouzajících náravách. Uvedené vlivy jsou a u onrétního vozidla vyjádřeny oeficientem využití adhezní hmotnosti, terý je obecně vyjádřen vztahem Ft Ft r. 5 ε [,,, m / s, t] µ g G µ n a de čitatel vyjadřuje nejvyšší tažnou sílu vozidla, ři níž se (alesoň) jedna nárava dostane na mez adheze. Jmenovatel udává tažnou sílu, ři níž je adhezní hmotnost lně využita (odle r. 4). V dalším budeme sledovat, ja se jednotlivé uvedené vlivy romítají do veliosti oeficientu ε. Pro daný oeficient adheze na rvní náravě, terý na vozidle zřejmě nezávisí, latí ro imální dosažitelnou tažnou sílu vozidla F µ g ε G r. 6 t a taže se vozidlo chová, jao by jeho adhezní hmotnost byla menší než ve sutečnosti je. t - 7 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla Adheze a její využití omezuje bezrostředně tažnou sílu vozidla a tím i jeho další rovozní vlastnosti. U vozidel MHD, de se ožaduje velé rovozní zrychlení a zároveň rovoz na značných stouáních, určují adhezní oměry nutný očet hnaných nárav. Jestliže zavedeme ro vozidlo nebo souravu oměr γ r. 7 γ adhezní celová hmotnost hmotnost Ga G latí ro imální zrychlení (zomalení) r. 8 a F t ξ G g µ ξ G G a g µ ξ γ ξ a γ g µ Pro ξ, a uvedené hodnoty oeficientu adheze dostáváme orientační hodnoty v ab.. Odtud je zřejmé, že ro dosažení vyšších hodnot zrychlení (na rovině!), běžných ro MHD je třeba, aby většina nebo všechny náravy byly oháněny. Pro eletrodynamicé brzdění nejsou rajní hodnoty zomalení vůbec dosažitelné a je nutno oužít brzd neadhezních (olejnicové brzdy). Lze tedy taé onstatovat, že čím je oeficient γ menší, tím je význam jiných brzd na souravě větší. ab. yicé hodnoty odle r. 8 Předoládané µ rozjezd: µ, brzdění: µ,5 Požadované a [m/s ],5,,5,5,,5 Potřebné γ,8,56,84,37,74 (,) Podobným ostuem lze určit nutný očet oháněných nárav ro dosažení ožadované stouavosti (ro rovnoměrnou rychlost) res. ožadovaného zrychlení na daném stouání. Z uvedených důvodů a s ohledem na značnou neurčitost oeficientu adheze mají nová vozidla MHD ro vyšší nároy nejčastěji všechny náravy hnané. 3. VLIV KOSRUKCE Konstruční rovedení vozidla ovlivňuje oměrně výrazně jeho adhezní vlastnosti ředevším zůsobem ohonu nárav (nařílad individuální nebo suinový ohon nárav), změnou náravových zatížení ři jízdě (souvisí se zůsobem řenosu tažných sil) a veliostí dynamicých změn náravových zatížení v důsledu vyružení v dynamicých režimech. 3.. VLIV KLOPÉHO MOMEU V obecném říadě zřejmě latí ro n-náravové vozidlo s adhezní hmotností i g G F µ r. 9 a i t i i n n i G a - 8 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla Pro zjednodušení definujme veličiny odovídající ideálnímu stavu s rovnoměrným zatížením všech nárav, stejnými tažnými silami a stejnými oeficienty adheze na všech náravách g G n F n µ r. a t ejrve budeme ředoládat, že tažné síly a oeficienty adheze jsou na všech náravách stejné. Pro výslednou dosažitelnou tažnou sílu vozidla jsou a rozhodující změny náravových zatížení. V lidu jsou zravidla náravová (i olová) zatížení stejná (jsou ředesány úzé tolerance na rozdíly v náravových a olových zatíženích) a dále zatím ředoládáme, že celý systém je tuhý. Jao rvní budeme vyšetřovat nejjednodušší říad dvounáravového vozidla o hmotnosti teré vyvíjí tah na háu F t (rozdíl mezi tažnou silou na háu a na obvodu ol budeme dále zanedbávat). Poměry jsou na Obr. a). G a, Obr. Kloný moment u dvounáravového vozidla (adheze.dwg) ažná síla ůsobí ve výši háu h. Z momentové rovnováhy bodu A s označením odle Obr. latí zřejmě r. b h + b h b V důsledu tažné síly je řední nárava odlehčena (a zadní řitížena). Adhezní oměr na rvní náravě bude největší r. h b µ Maximální tažná síla je tedy limitována oměry na rvní náravě, terá se do sluzu dostane (v tahu) jao rvní, taže r. 3 µ h b µ + µ h b Podle r. 5 je oeficient využití adhezní hmotnosti ε r. 4 < µ F t µ + µ h b - 9 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla ěterá vozidla nebo souravy (tramvaje, metro) mají všechny náravy hnané, taže se sřáhlem (teoreticy) žádná síla neřenáší. Přesto ři ohybu zrychleném nastávají oměry odobné jao v ředchozím říadě. a Obr. b) je schéma dvounáravového vozidla, teré je tažnou silou urychlováno (vliv jízdních odorů zanedbáme). Setrvačná síla ůsobí v těžišti ve výšce h, jina jsou oměry a tedy i výsledy stejné s tím, že mezi tažnou silou a zrychlením latí vztah r. 5 F t a Ga Jao řílad uveďme oměry ro vozidlo s arametry G t, h,4 m, h m, b8 m a buď F t (odovídá velmi nízému adheznímu oměru asi,) nebo a,4 m/s. Použité vztahy a výsledy jsou v ab.. ab. Přílad dvounáravového vozidla F t a,4m / s F t 5 a G h b 9, h b 8,75 Změna náravového zatížení od tažné síly a od zrychlení může být i ři běžných rovozních odmínách významná. V dalším se ředoládá ohyb rovnoměrný, ovšem výsledy následujících aitol lze osaným ostuem aliovat i na říad se zrychlením, rotože, ja bylo v tomto jednoduchém říadě uázáno, tažná síla na háu ři rovnoměrném ohybu má odobný vliv na změny náravových zatížení jao síly setrvačnosti ři ohybu zrychleném (zomaleném). Setrvačné síly ovšem ůsobí v těžišti říslušných dílů (sříň, odvozy). Obě říčiny ovšem mohou ůsobit současně. Obr. Změny náravových zatížení u Bo Bo (adheze.dwg) Složitější oměry u čtyřnáravového odvozového tračního vozidla jsou znázorněny na Obr.. V tomto říadě se ředoládá, že tažná síla se řenáší z odvozu na sříň otočným - -
3. Adhezní vlastnosti vozidla - - čeem ve výšce h nad temenem olejnice. Rovněž je uázán rozlad vozidla na sříň a dva odvozy. Momentová rovnováha se uvažuje bodům A, B, C u jednotlivých dílů a ostuně dostáváme ro rvní náravu r. 6 ( ) ( ), ) ( b h b h g G h b g G b h b b g G + + + Obdobně ro ostatní náravy r. 7 ( ) ( ) ( ) 34 4 34 3 ; ; g G g G g G + + + + + Pro sříň latí r. 8 ( ) 34 4, 4 4 g G b h h b h h g G b g G h h b s s s + + Výsledné zatížení nárav je tedy o dosazení z r. 8 do r. 6 a r. 7 r. 9 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 3 4 4 4 4 g G g G g G gg g G g G g G gg s s s s + + + + + + + + + + + + Koeficienty a závisí ouze na onstruci vozidla. První nárava je tedy oět nejvíce odlehčena a rvní začne louzat, oslední nejvíce řitížena, zatížení ostatních záleží na oměrech, obyčejně je e sluzu náchylná taé 3. nárava. Adhezní oměr na. náravě je r. 3 ) ( µ + Maximální tažná síla je tedy r. 3 ( ) [ ] ( ) + + + µ µ µ µ Koeficient využití adhezní hmotnosti je tedy r. 3 ( ) 4 4 4 F t + + µ µ µ ε
3. Adhezní vlastnosti vozidla Z uvedených výrazů ro a je zřejmé, že změnou výšy h lze měnit změny náravových zatížení a tím i ε. Existuje mnoho různých onstručních rovedení řenosu tažných sil z odvozu na sříň a něteré se chovají ta, jao by h. Pro záladní rozměry loomotivy ČD ř. 5 (65E): G84 t, b8,3 m, b 3, m, h,5 m a tažnou sílu na háu F t 6 je vliv h na sledované veličiny je atrný z ab. 3, de d je rozdíl ( ) ( ) zůsobený loným momentem v odvozu a d rozdíl ( ) 3 zůsobený loným momentem sříně. 4 ab. 3 Vliv rovedení řenosu tažných sil z odvozu na sříň loomotivy (lo.xls) h,5,5,75,5 m d, 6,3,5 8,8 6,3 d, 5,4,6 5,8, 85,8 84,3 8,9 8,5 79,8 85,8 96,8 7,9 9, 3,3 3 6,3 5, 4, 93, 79,8 4 6,3 7,7 9, 3,5 3,3 Z ab. 3 je vidět, že veliost h rozhoduje o změnách náravových zatížení v odvozu i mezi odvozy. Pro h jsou zatížení nárav v odvozu stejná, ro h h jsou stejná zatížení lichých a sudých nárav. ejleší využití adheze nastává ro rvní říad. ázorně jsou závislosti z ab. 3 zřejmé z diagramu na Obr. 3. [] 5 4 3 9 8 7 6 5,,,4,6,8, h [m] Obr. 3 Změny náravových zatížení odle ab. 3 (loo.xls) Účiny loného momentu od tažné síly na háu zřejmě nelze onstrucí odstranit, ouze omezit. Pro zlešení adhezních oměrů rvní, riticé náravy a oříadě i třetí lze oužít mechanicé řitlačování.o může být vyvozeno nařílad vzduchovým válcem, terý řitlačuje (odle směru jízdy) řední čelní odvozu roti sříni a ta mění rozložení náravových zatížení v odvozu. Výslednice svislých sil mezi sříní a odvozem se ta řesouvá ve směru ohybu úměrně 4 3 34 - -
3. Adhezní vlastnosti vozidla veliosti řítlačné síly. Protože změna náravového zatížení je úměrná tažné síle, měla by jí být ro dosažení otimálních oměrů úměrná i řítlačná síla. Zařízení bylo oužito, ale říliš se neosvědčilo a odobného účinu lze u moderních vozidle dosáhnout jednodušší cestou (viz dále). 3.. DYAMICKÉ ÚČIKY Kromě změn náravových zatížení ůsobením momentu tažné síly na háu nebo od zrychlení, teré lze v onrétních říadech oměrně snadno vyočíst, ulatňují se ři jízdě navíc dynamicé změny náravových zatížení. ejjednodušší říad ro dvounáravové vozidlo s vyružením je znázorněn na Obr. 4. Obr. 4 Dynamicé změny náravových zatížení dvounáravového vozidla (adheze.dwg) Pružně uložené těleso (sříň) má obecně 6 stuňů volnosti, v nichž může mitat. Pro naše účely budeme uvažovat ouze dva: houání, ři terém se sříň ohybuje ve svislém směru a obě náravy jsou současně eriodicy řitěžovány a odlehčovány; mity jsou vybuzeny ředevším nerovnostmi olejí, ývání, ři terém se sříň otáčí odle říčné osy a střídavě je řitěžována a odlehčována řední a zadní nárava; mity jsou vybuzeny nerovnostmi olejí a změnami tažné síly. Z hledisa jevů, sojených s adhezí je významné ředevším ývání. Změny tažné síly mohou být vyvolány řízením momentu motoru ři stuňovém řízení nebo ři regulačních ochodech, ři zásahu rotisluzových zařízení, terá rychle sníží moment louzající náravy a tím tedy i celovou tažnou sílu, snížením tažné síly ři roluzu (odle sluzové charateristiy). Především druhý říad může vést rozmitání celé soustavy odle schématu: slouzne rvní nárava - sluzová ochrana sníží tažnou sílu - sříň se naloní doředu - rvní nárava se řitíží - adhezní oměr se zmenší - sluz omine - tažná síla se oět zvětší (sluzová ochrana řestane ůsobit) - atd. V nejjednodušším říadě latí ro mitočet houání a ývání vztahy (bez vlivu tlumení, teré mitočet snižuje a je nezbytné!) c c r. 33 f [ Hz, / m, g] res. f [ Hz, / rad, gm ] π G de c je tuhost vyružení, c torzní tuhost vyružení, G hmotnost odvozu nebo sříně a J (hmotový) moment setrvačnosti odvozu nebo sříně. Pro změnu náravových zatížení ři houání (hmotnost vozidla bývá známa, moment setrvačnosti se běžně neudává) a můžeme odvodit vztah r. 34 y. c 4 π f G. y [, Hz, g m] d, π J - 3 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla U standardního rovedení čtyřnáravových odvozových vozidel jsou řirozeně oměry značně složitější. Počet stuňů volnosti a možnosti různých ohybů zřejmě rychle rostou a jejich vyšetřování ředstavuje samostatnou aitolu z dynamiy vozidel. Uveďme zde ouze něteré běžné hodnoty mitočtů ro tyicé loomotivy ČD: houání sříně asi,...,4 Hz, ývání sříně asi,4... Hz, houání odvozu asi 6 Hz. Pro vozidlo s hmotností 84 t může být hmotnost sříně asi 45 t, mitočet houání,3 Hz a již ři amlitudě mitů cm ředstavují změny zatížení odvozů odle r. 34 d 4π,3. 45., 3 Z uvedeného je zřejmé, že dynamicé účiny hrají významnou roli, nelze je odstranit a musí být resetovány ři návrhu regulačních zařízení ohonu. Pro dobré adhezní vlastnosti je zřejmě vhodnější tvrdší vyružení (srov. r. 34). Dynamicé změny zatížení zřejmě orostou s rychlostí a budou nižší na valitních tratích a ravděodobně se významně odílejí na olesu dosažitelných tažných sil s rychlostí, terý se jina vyjadřuje olesem oeficientu adheze. a adhezních vlastnostech vozidla se v této souvislosti ovšem romě rovedení vyružení, teré je nesorně charateristiou vozidla odílí významnou měrou i valita trati. 3. VLIV ROZVÁŽEÍ PROUDŮ Jao rozvážení budeme označovat úmyslné nerovnoměrné rozdělení tažných sil na náravy s cílem zlešit adhezní vlastnosti vozidla. U vozidel se stuňovým řízením jsou roudy motorů a tedy i tažné síly raticy stejné až na drobné odchyly dané výrobními tolerancemi motorů nebo abeláže. o je zřejmé z rovedení výonových obvodů. Proto ro tato vozidla a jejich využití adheze latí to, co bylo dosud řečeno, a dále osané možnosti zlešení nemohu být využity. U vozidel s lynulým řízení mohou být (v závislosti na rovedení tračních obvodů) nastaveny rostřednictvím regulačních obvodů roudy a momenty motorů o suinách (nař. o odvozcích) nebo i individuálně různě. Konrétně to může znamenat, že roudy (momenty) budou nastaveny ta, aby odovídaly sutečným náravovým zatížením, ředevším s resetováním vlivu loného momentu. Protože bylo uázáno, že změny náravových zatížení jsou úměrné tažné síle, je třeba, aby tažná síla (moment) byl na aždé náravě úměrný jejímu zatížení i r. 35 onst. i řičemž zároveň latí F t 4, de můžeme ovažovat za růměrnou tažnou sílu. S oužitím výsledů z ředešlé aitoly dostáváme ro tažné síly jednotlivých nárav r. 36 ( ) ( ) + + - 4 -
a obdobně Eletricá trace 7. Adheze 3. Adhezní vlastnosti vozidla 3 4 r. 37 + ( + ) ; + ( + ) ; + ( + ) Výrazy r. 36 a r. 37 určují hledané tažné síly res. řibližně i roudy motorů jednotlivých nárav v závislosti na veliosti střední (ožadované) tažné síly a rovedení vozidla. Pro údaje loomotivy ř. 5 z ředešlé aitoly a ro sutečnou hodnotu h,5 m je růběh oměrných tažných sil na jednotlivých náravách na Obr. 5.,,5 4/ i/,,5,,95 / 3/,9,85,8,5,,5,,5,3,35 mi / Obr. 5 Přílad rozvážení tažných sil (roudů) (loo.xls) Pravděodobnost sluzu za oužitých ředoladů je ro všechny náravy stejná a oeficient využití adhezní hmotnosti je ε. V rinciu lze tedy vhodným řešením řízení dosáhnout ro libovolné usořádání řenosu tažných sil úlného využití adhezní hmotnosti. Ve sutečnosti vša individuální naájení a řízení jednotlivých motorů nemusí být motory obyčejně zaojené v sérii, asynchronní aralelně), imální zatížení oslední náravy nesmí řeročit dovolenou hodnotu náravového zatížení s ohledem na trať, měniče. zvýšení roudu osledního motoru může být omezeno otelením motoru nebo naájecího Jiná, síše formální otíž tví v tom, že trvalý výon vozidla (i dyž je z hledisa rovozního využívání druhořadý) je v taovém říadě omezen trvalým roudem osledního, nejvíce zatíženého motoru a ostatní mají ři tom roud i výon menší. rvalý výon vozidla je roto menší, než součet instalovaných výonů tračních motorů. Je tedy třeba volit mezi nejleším využitím adheze a instalovaného výonu. - 5 -
3.3 VLIV ČISICÍHO ÚČIKU Eletricá trace 7. Adheze 3. Adhezní vlastnosti vozidla Provedená rozsáhlá adhezní měření [] vša uázala, že i ři teoreticy otimálním rozdělení tažných sil ve smyslu závěrů ředchozí aitoly nastávají riticé oměry zravidla na rvní náravě. Její oeficient adheze nemáme možnost ovlivnit (s výjimou ísování). Jestliže ale rvní nárava vyvíjí tažnou sílu, vzniá na ní účinný sluz, terý, ja bylo uázáno, čistí ovrch olejnic a tím může zvyšovat oeficient adheze ro následující náravy tím více, čím jsou očáteční oměry horší (adheze nižší) a účinný sluz větší. otéž latí řirozeně i ro další náravy, taže oeficient adheze může ostuně růst. Podmínou ro lné využití tohoto jevu je, že moment motorů lze samostatně řídit, rotisluzové zařízení doáže řídit moment ta, aby bylo dosaženo na aždé náravě imální tažné síly a tedy i účinného sluzu a čisticího účinu. ejvětší účine může být dosažen ři šatných adhezních oměrech, rotože tehdy je ro čištění největší rostor. V taových říadech je ovšem taé využití res. zvýšení adheze nanejvýše žádoucí. Provedená měření [] uazují, že může jít o významný efet. Z měření na loomotivě Bo Bo s individuálním tyristorovým řízením roudu jednotlivých motorů za mora ři různých rychlostech byl zjištěn oměrný nárůst oeficientu adheze ro jednotlivé náravy (vzhledem rvní náravě) odle ab.. ab. 4 árůst oeficientu adheze vlivem čištění árava Poměrný nárůst, γ i St. odchyla.,.,3 ±,57 3.,33 ±,9 4.,5 ±,63 Využitím tohoto efetu se zřejmě čištěním využití adheze zvyšuje. Poud by tyto oeficienty γ i byly alesoň řibližně onstantní, latí r. 38 µ γ µ µ µ γ µ ax µ 3 γ 3 µ µ 4 γ 4 µ de µ je oeficient adheze na rvní náravě ve směru jízdy a dále r. 39.µ ro i... 4 i i γ i taže odmína imální využití adheze na aždé náravě je γ µ i µ r. 4 i i i γ Pro odvoze a sříň lze sát odobně jao dříve i i - 6 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla r. 4 3 4 34 ( g G + ) ( + ) ( g G + ) + ( + ) ( g G + ) ( + ) g Gs g Gs 34 ( g G + ) ( + ) ( 34 + ( + + 3 3 + 3 + 3 4 4 4 4 + ) + ) Soustava r. 4 solu se 4 rovnicemi r. 39 obsahuje lineárních rovnic ro neznámé,, i i, 34. Její řešení je možné, ale nemá valný smysl, ja uážeme dále. Proto se ro využití adheze soojíme s dolním odhadem jeho veliosti. Pro imální tažnou sílu zřejmě latí r. 4 F µ ( γ + γ + γ + γ ) > µ ( γ + γ + γ + γ ) t i 3 3 4 4 taže oeficient využití adhezní hmotnosti je a F 4 t γ + γ + γ 3 + γ r. 43 ε > > 4 µ 4 Z výrazu r. 43 je zřejmé, že využitím čisticího účinu lze dosáhnou využití adhezní hmotnosti větší než. Ačoliv se to zdá být aradoxní, neboť sutečnou hmotnost řirozeně nelze zvětšit, ovšem ani ne zmenšit žádným z osaných ostuů, jde oravdu o vlastnost vozidla, teré svým ůsobením doáže zlešovat adhezní oměry ro následující náravy roti oměrům řed vozidlem (na rvní náravě). Výraz r. 43 vša závisí na řadě oeficientů γ i, jejichž veliost není obecně známá, jsou na sobě určitým zůsobem závislé a (jao většina sutečností, sjatých s adhezními jevy) značně a náhodně roměnlivé. Praticé využití uvedených oznatů lze nejjednodušeji realizovat určitým zvětšením rozvážení momentů než jaé vychází z ředešlých vztahů. Pro hodnoty γ i z ab. 4 a vychází ε >. 6, což je jistě významné zlešení. Pro lné využití těchto možností je ve sutečnosti nezbytné moment aždého motoru regulovat zvlášť v závislosti na růběhu sluzové charateristiy ro říslušnou náravu a směr jízdy ta, aby v aždém oamžiu odovídal účinnému sluzu oblíž jejího vrcholu. O různých možnostech bude ojednáno v aitole o sluzových regulátorech. Zároveň je vša nutno odotnout, že imální využití adhezních možností vede taé imálnímu namáhání elementů řenosu momentu (sueronované momentové mity!) a ootřebení obručí i olejnic (velý účinný sluz). Proto je účelné využívat tyto možnosti jen tehdy, dyž je to z rovozních hledise nezbytné. 3 4-7 -
3.4 VLIV CHARAKERISIK POHOU A ŘÍZEÍ Eletricá trace 7. Adheze 3. Adhezní vlastnosti vozidla Zůsob řízení momentu tračních motorů má řirozeně zásadní vliv na adhezní vlastnosti vozidla. O většině z nich jsme se již zmínili v ředchozích aitolách a roto je ouze zoaujeme. Ulatňují se zejména řirozené vlastnosti motorů ři oužitém zůsobu řízení, možnosti zásahu ři vzniu sluzu, schonosti a zušenosti strojvedoucího (řidiče). K řirozeným vlastnostem zaojení a řízení můžeme nařílad očítat různé zůsoby naájení motorů (naěťové, roudové), zaojení motorů do suin (sériové, aralelní), vlastní charateristiy motorů (sériový, cize buzený, asynchronní motor), zůsob řízení roudu (stuňové, lynulé). U vozidel s motory naájenými z měničů se ovšem ulatňují v rozhodující míře vlastnosti regulace těchto měničů. y mají jao záladní regulační smyču obyčejně regulaci roudu, říadně momentu, odle otřeby s dalšími nadřízenými regulátory. Vlastnostmi regulátoru a zaojením motorů jsou dány taé možnosti zásahu ři vzniu sluzu a možnosti zlešení adhezních vlastností vozidel (nařílad rozvážením). Různým rovedením rotisluzových zařízení bude věnována dále samostatná aitola. Zde na závěr uveďme, že řes stále doonalejší technicá řešení zůstává, ředevším ři šatných adhezních oměrech, význam zušenosti a valifiace strojvedoucího nebo řidiče významný. Při dostatečné zušenosti lze momentální adhezní stav oměrně dobře ředem odhadnout, vezme li se v úvahu charater trati (stouání, oblouy, výměny, místa ve vlhých zářezech, mosty, tunely...), ovětrnostní odmíny (telota, vlhost, srážy...), roční doba (adání listí, loální námraza, řejezdy zablácené ři odzimních olních racích...), rovozní oměry (stav ojetí oleje v závislosti na intervalu vlaů, častý rovoz vlaů s uhlím, možnost zastavení u návěstidla v obtížném úseu trati, vlastnosti souravy ). yto informace řirozeně může mít disozici strojvedoucí nebo řidič, nelze je vša vzhledem e omlexnosti a neurčitosti vložit do technicého zařízení. o je dosud vždy odázáno na informace o současném stavu a říadně o nedávné minulosti. Možnost ředovědi budoucích oměrů je značně omezená. Strojvedoucí nebo řidič může roto rovést ředem otřebná oatření (snížení tažné síly, ísování, řibrzdění, rozjezd na vyšší rychlost řed riticým místem atd.). V [4], de se odrobně sledují různé vlivy, ůsobící na adhezní vlastnosti moderních loomotiv u železničních sráv v oblasti Al, se uvádí i něterá administrativní oatření, omezující nebezečí sluzu, res. jeho rovozní doady jestliže strojvedoucí švýcarsé solečnosti BLS ři adání listí hlásí disečersým sojením adhezní otíže, je v riticém úseu (Kandersteg) oužita řířež již ři zátěži větší než / 3 normy (dochází tomu obyčejně 3 dny v roce), - 8 -
3. Adhezní vlastnosti vozidla švýcarsá solečnost BSS, terá obsluhuje mj. i m dlouhý úse se stouáním 7 /, terý rochází listnatými lesy (euenburg-la Chaux-de-Fonds) oužívá v době adání listí vždy řířež ( 7 dní v roce), odobně ostuují i němecé dráhy (DB) na 3 / ramě u Aachen, i raousé dráhy (ÖBB) v odobných říadech (Arlberg, aury aod.). ato oatření rovádí oerativně služebny v blízosti riticých úseů na záladě svých zušeností (raticy mimo centrální řízení). ení ochyb, že taová oatření mohou významně omezit doad extrémně zhoršených adhezních odmíne na rovoz i ři oužití moderních loomotiv. - 9 -
4. Měření a modelování adhezních jevů 4 MĚŘEÍ A MODELOVÁÍ ADHEZÍCH JEVŮ Velé množství obtížně definovatelných vlivů, teré ůsobí na momentální adhezní vlastnosti vozidel dává v onečném efetu těmto vlastnostem charater náhodných jevů s velým roztylem. Měření v této oblasti má roto oněud jiný charater než u jiných měření odobně jao vztah jejich výsledů teoreticým racím v tomto oboru ři snaze dosáhnout shody se sutečností. 4. ADHEZÍ MĚŘEÍ Adhezní měření lze zhruba rozdělit do něolia suin, teré jsou charaterizovány cílem i oužitou metodou a měřicí techniou. V nejjednodušším říadě může jít o ověření imálních tažných sil vozidla (říadně imálního dosažitelného zrychlení či stouavosti). aovou zoušu ředeisuje ro železniční trační vozidla i ČS. Přitom se tažná síla zvyšuje až do oamžiu začátu roluzu a imální dosažená hodnota se zaznamenává v závislosti na rychlosti. ejsnáze lze měřit tažnou sílu na háu (tenzometricou šroubovou), na řesnost měření rychlosti nejsou ladeny zvláštní nároy. Výsledem je řada více méně roztýlených bodů (viz nař. Obr. 3, Obr. 4, Obr. 5). Ve sutečnosti se měří součin ε.µ, řičemž ouze ε závisí na vozidle (jeho hodnota se může odle závěrů ředchozích aitol měnit zhruba v mezích,85,), zatímco hodnota µ může nezávisle na vozidle olísat v mezích,5,4. Závěr, že se ři taovém měření měří očasí je tedy oměrně orávněný a vyvozovat z něho odstatnější závěry o vozidle není říliš vhodné. K roztylu řisívají taé dynamicé změny náravového zatížení (vliv vyružení i trati), zůsob řízení vozidla (rychlost zvyšování momentu), zrychlení souravy ři měření, jízdní a traťové odory tračního vozidla a další vlivy. Dalším říadem může být ontrola funce a srávného nastavení rotisluzových zařízení. Cílem v tomto říadě je zjistit, zda rotisluzová ochrana ři sluzu sutečně chrání vozidlo roti ošození (řeotáčy) a zajistí otlačení roluzu a obnovení adhezního valení či zda sluzový regulátor (viz dále) doáže ředejít sluzu a zároveň je zajištěno lné využití momentálních adhezních oměrů, a to vše (oud možno) za všech rovozních odmíne. Zoušy rotisluzové ochrany jsou zravidla oměrně jednoduché a týají se raticy výhradně vozidla, často mohou být rovedeny i stacionárně simulací vstuních signálů zařízení (nárůst otáče, rozdíl roudů či naětí na otvách aod.). aoa sluzové regulátory jsou zravidla značně složitá zařízení, jejich nastavení a ověření je možné ouze v reálném rovozu a měření jsou roto časově i finančně náročná. V odstatě se jedná o vývojové nebo rototyové zoušy těchto zařízení. aé objetivní vyhodnocení účinnosti sluzových regulátorů je obtížnější. Pro hlubší analýzu adhezních jevů a jejich souvislosti s rovedením vozidla je na rozdíl od rvního říadu třeba měřit adhezní oměr a účinný sluz na všech náravách (říadně olech), což vyžaduje měření velého očtu veličin a oměrně náročné zracování ro docílení oužitelných výsledů. Záladem je měření sluzových charateristi, což znamená - 3 -