Автор Тема: Тяговые испытания локомотивов  (Прочитано 4590 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 531
  • Репутация: +17/-0
Тяговые испытания локомотивов
« : 19 Января 2017, 12:34:06 »
В связи с проведением испытаний локомотивов старого PIKO, в частности ЧС4 (в ветке "Наш девяточный мир"), решил выделить тяговый (или динамометрический) тест в отдельную тему. 
Пусть будет общая тема, желающие могут присоединяться и тестировать здесь свои модели на тягу.

Начну с локомотивов V-180/118, как базовых для старого Пико, на основе анализа уже более чем 15 экземпляров, затем проведу тест ЧС4. В теме "Ремонт и модернизация электровозов ЧС4 производства PIKO (4121)" будет ссылка сюда, когда речь пойдет о динамометрических испытаниях.

Итак "испытательный стенд". Ввиду отсутствия динамометра (где-то валяется, но, как обычно, когда надо - не найдешь:))), применяем классический метод с поднятием грузов на нитке, перекинутой через через блок (шкив). В качестве нитки используется тонкая проволока 0,05мм, в качестве грузов металлические пластины и рыболовные свинцовые грузы. В качестве блока используется хорошо смазанный шкив с шариковым подшипником. Локомотив стоит на прямом участке, проволока строго по оси движения:



К локомотиву проволока крепится через стальной лепесток для заземления.



Вес проволоки с лепестком и грузами контролируется электронными весами.

Отмечу, что фирма Пико, (а точнее Гутзольд) производила около десятка модификаций дизель-локомотива серии V180 и его модификаций (а точнее более позднего наименования) V-118. Вес локомотивов, в зависимости от грузов колебался от 124 до 135г (ранние - более тяжелые)
Для начала взят самый легкий тепловоз V-118 из моей локомотивной "конюшни". В нем стоят обрезанные под светодиоды грузы, поэтому полный вес локомотива составляет 119г. С некоторой точки зрения это хорошо, т.к среднестатистический вес локомотивов в N-ке 120г и, кроме того, результаты удобно сравнивать с результатами, полученными форумчанином emd в теме:

http://forum.nscaleclub.ru/index.php?topic=1726.30

Теперь про критерий теста. Исследовалась максимально возможная тяга, при которой локомотив мог начать движение на нулевом уклоне при поднятии напряжения до 12В. Для этого экспериментально подбирался такой вес грузов, при котором локомотив еще мог его сдвинуть (поднять).

Вначале был проведен тест для необрезиненного локомотива. Т.е так как он выглядел "в стоке".



Подаем напряжение. Вращение колес начинается примерно с 6-7В, пробуксовка, при 11-12В с дикой пробуксовкой начинается движение с поднятием груза:
 


Измеряем суммарный вес, результат неутешительный, 11г:



Далее меняем две внутренние оси на обрезиненные. 4 колеса. Здесь это максимально возможное обрезинивание для нормального токосъема. Вращение колес начинается примерно на 9-10В и при 11-12В локомотив рывками и с ревом начинает поднимать груз. Пробуксовка резиновых колес - страшное дело! :D



Измеряем суммарный вес груза, 48г:



При установке только одной обрезиненной оси или двух осях с обрезиненным одним колесом (всего 2 колеса на локомотив) суммарный вес оказывается примерно посередине, чуть выше, примерно 25г-26г. Опыт показывает что обрезинивание дает существенный ( в несколько раз) прирост в тяге.
Надо отметить, конечно, что данные результаты относятся к своего роду краш-тесту - движение в таком режиме приведет к быстрому износу деталей локомотива. Такая нагрузка допустима только в пике, для комфортного (для локомотива) движения с грухом нужен примерно двоекратный запас по тяге. Т.е при 50% весе от полученного локомотив ведет себя уверенно.
Таким образом получаются следующие цифры"
1. Для необрезиненного V-118 весом 119г 5-6г(норма) и 11г(предел)
2. Максимально обрезиненного V-118 весом 119г 24-25г(норма) и 48г(предел)

Остается перевести вес поднимаемых грузов в вес состава. :D
Для локомотивов весом 135г результаты будут выше, но пока будем ориентироваться на среднестатистический вес в 120г. :)

Интересно проводил ли кто-нибудь аналогичный динамометрический тест с блоком с фирменными локомотивами и какие получались результаты. Да, трение в блоке я не учитывал, но думаю у всех оно примерно равным будет плюс-минус...



Оффлайн konstantin 1978

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2752
  • Репутация: +242/-10
  • Скайп: Мой статус
  • Откуда: город-герой Москва
  • Имя: Константин
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #1 : 19 Января 2017, 13:07:21 »
Спойлер (кликните для показа/скрытия)

Оффлайн VSergN

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3053
  • Репутация: +134/-6
  • = DRG, JNR =
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #2 : 19 Января 2017, 14:02:42 »
...трение в блоке я не учитывал...

Думаю, трением в блоке можно смело пренебречь (при условии НЕсклонности подшипника к заеданию). Вряд ли его влияние превышает 1-2% от измеряемого усилия, что меньше суммарной погрешности измерений. Плечо вращающего момента от нитки, соответствует радиусу канавки шкива, а плечо момента трения в подшипнике - радиусу подшипника, т.е. во много раз меньше. Таким образом, чем больше диаметр шкива и меньше диаметр его оси (или подшипника), тем меньшее влияние шкив окажет на точность измерения усилия.

По поводу самИх результатов. КМК, измерение максимальной силы тяги при "сильной пробуксовке колёс" имеет чисто "спортивное" значение, т.е. для "экстремального" режима. Для оценки же эксплуатационных возможностей локомотивов, ИМХО, полезнее замерить максимальную силу тяги, обеспечиваемую локомотивом, БЕЗ пробуксовки колёс. Это позволит более объективно сравнить возможности локомотивов при эксплуатации в реальных условиях.

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 531
  • Репутация: +17/-0
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #3 : 19 Января 2017, 14:27:08 »
Почему то сразу вспомнились "лабораторные по физике" классе так в 6-м...
Ну, дык, классика жанра! ;)

Плечо вращающего момента от нитки, соответствует радиусу канавки шкива, а плечо момента трения в подшипнике - радиусу подшипника, т.е. во много раз меньше. Таким образом, чем больше диаметр шкива и меньше диаметр его оси (или подшипника), тем меньшее влияние шкив окажет на точность измерения усилия.
Абсолютно верно, поэтому я и выбрал самый большой из имеющихся шкивов.  ;)  А высоту установки подбирал так, чтобы направление тянущего усилия было строго горизонтальным (параллельно рельсам на уровне сцепки).

Для оценки же эксплуатационных возможностей локомотивов, ИМХО, полезнее замерить максимальную силу тяги, обеспечиваемую локомотивом, БЕЗ пробуксовки колёс.
Да, согласен!
Для обрезиненного локомотива пробуксовка начинается довольно поздно, практически на граничном режиме тяги. Т.е вот те самые  48г можно считать пороговым значением, ниже - пробуксовки нет, но ток через двигатель течет здоровенный, сотни мА, потому что вал двигателя вращается еле-еле из-за высокого сопротивления.
А вот для необрезиненного - пробуксовка начинается немного раньше,  поэтому для этого случая эксперимент можно повторить и полученное значение силы тяги будет немного меньше 11г...

В любом случае 50% снижение сцепного веса (т.е двоекратный запас по тяге) уже обеспечивает (проверено) и движение без пробуксовки и комфортный режим для механики локомотива.

Оффлайн VSergN

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3053
  • Репутация: +134/-6
  • = DRG, JNR =
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #4 : 19 Января 2017, 15:03:25 »
Спойлер: осторожней с Ж/Д терминами! (кликните для показа/скрытия)


Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 531
  • Репутация: +17/-0
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #5 : 19 Января 2017, 15:18:09 »
Честно говоря, не сразу понял фразу Олега. Сцепной вес, НЯП, это часть веса локомотива, приходящаяся на сцепные колёсные пары (по-простому - приводные).
Да, согласен! Имелось в виду, конечно, снижение веса груза, увлекаемого локомотивом (за сцепку).  :D

Оффлайн will

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 842
  • Репутация: +10/-0
  • Скайп: Мой статус
  • Откуда: Оренбург
  • Имя: Игорь
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #6 : 19 Января 2017, 17:54:37 »
Остается перевести вес поднимаемых грузов в вес состава.
и как-же это сделать?

Оффлайн VSergN

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3053
  • Репутация: +134/-6
  • = DRG, JNR =
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #7 : 19 Января 2017, 17:58:02 »
В теме Игоря (emd) возник вопрос к Вам, Олег. Решил спросить в Вашей теме (если будете против - удалю отсюда).

Вес локомотива благодаря конструкции телег распределяется на все 3 оси
Ясно. Нагрузка на каждую ось уменьшиться и коэфф. трения останется неизменным. В этом плане при одной и той же массе 4х-осный локомотив будет тяговитее 6ти-осного за счет большей нагрузки на оси...

(Хочется доконца осмыслить выводы Ваши и Игоря.)

Вывод о бОльшей тяговитости 4-осного лока по сравнению с 6-осным (при равной массе) представляется сомнительным, т.к. противоречит (на мой взгляд) тому, чему учили на уроках физики. При отсутствии пробуксовки, сцепление колёс с рельсами есть ни что иное, как трение покоя. Сила трения покоя при прочих равных условиях тем больше, чем больше площадь контакта. (Например, у автомобиля чем шире протектор шин, тем лучше сцепление с дорогой за счёт увеличения "пятна контакта"). У 6-осного лока "площадь контакта" колёс с рельсами, естественно, в полтора раза больше, чем у 4-осного...

Если же рассматривать режим тяги с пробуксовкой колёс (металлических, как у Игоря), то имем дело с трением скольжения. Из упомянутых уроков помню, что сила трения скольжения НЕ зависит от площади соприкосновения и определяется коэффициентом трения и силой взаимодействия (в нашем случае массой лока). Т.о. выходит, что число осей лока не должно влиять на силу тяги при пробуксовке.

... и добавил:
Остается перевести вес поднимаемых грузов в вес состава.
и как-же это сделать?

Легко! Тем же самым грузиком через блок. Поставить состав вагонов определённого веса и определить, какого веса грузик начнёт сдвигать с места этот состав. Полученный вес грузика и будет необходимым тяговым усилием. Подобный замер можно выполнить и на уклоне, только в этом случае, подбирать вес грузика, который удержит состав на уклоне от "сползания", либо начнёт "втаскивать" вверх по уклону.

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 531
  • Репутация: +17/-0
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #8 : 19 Января 2017, 19:20:00 »
и как-же это сделать?
Тем же самым грузом. ;)
Т.е взять эти самые "пороговые" 48г,  подвесить через блок, прицепить к составу и добавлять вагоны, до тех пор, пока система не уравновесится, (ну или будет тянуть состав "к обрыву").  А затем взвесить вагоны все вместе. Это будет вес состава, который локомотив может стронуть с места.

А можно и по приближенной формуле, выше по ссылке в теме у emd есть.

 

... и добавил:
Вывод о бОльшей тяговитости 4-осного лока по сравнению с 6-осным (при равной массе) представляется сомнительным, т.к. противоречит (на мой взгляд) тому, чему учили на уроках физики. При отсутствии пробуксовки, сцепление колёс с рельсами есть ни что иное, как трение покоя. Сила трения покоя при прочих равных условиях тем больше, чем больше площадь контакта. (Например, у автомобиля чем шире протектор шин, тем лучше сцепление с дорогой за счёт увеличения "пятна контакта"). У 6-осного лока "площадь контакта" колёс с рельсами, естественно, в полтора раза больше, чем у 4-осного...
Тут надо репу почесать... :thinking: Насколько я помню коэфф.трения зависит от удельного веса, т.е. нагрузка на единицу площади...
А, вот тут то этот "сцепной вес" то и вылезает! :-* Разумеется на ведущие колеса ("пассивные" не учитываются если есть таковые, они не тянут).  Площадь контакта у 6-осного в 1,5 раза больше при прочих равных, нагрузка на ось вполтора раз меньше при одинаковом весе... Т.е получается трение одинаковое... :)

Оффлайн VSergN

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3053
  • Репутация: +134/-6
  • = DRG, JNR =
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #9 : 19 Января 2017, 21:08:54 »
Насколько я помню коэфф.трения зависит от удельного веса,

Коэффициент трения (КТ) - отношение силы трения к реакции, направленной по нормали к поверхности касания, возникающей при приложении нагрузки, прижимающей одно тело к другому.
Проще говоря (применительно к нашему случаю), КТ - отношение силы трения колёс о рельсы (при пробуксовке или принудительном горизонтальном движении "юзом") к весу локомотива.
Сам коэффициент трения - есть свойство конкретной пары материалов, например, сталь-сталь, сталь-бронза, сталь-резина. Для каждой пары материалов КТ свой и постоянен, т.е. не зависит ни от размеров, ни от массы тел, ни от площади соприкосновения или других свойств материалов.
Соответственно, сила трения определяется, как произведение веса локомотива (силы реакции) на КТ. Дополнительно на величину силы трения может влиять качество поверхности соприкосновения, но поскольку в нашем случае поверхности одни и те же, влияние этого фактора можно не рассматривать.
Повторюсь, это правило справедливо для трения скольжения, т.е. в режиме пробуксовки или "юза".

В режиме сцепления колёс с рельсами имеем дело с трением покоя (поверхности колеса в точке контакта относительно рельса). Для трения покоя ситуация отличается. На силу трения покоя, как я уже упоминал, оказывает влияние площадь "пятна контакта": чем больше площадь контакта, тем больше сила трения покоя (т.е. "лучше сцепление").

И последнее: для любой конкретной пары тел сила трения покоя всегда больше силы трения скольжения.
Из житейской практики знаем, что сдвинуть с места некий предмет труднее, чем потом продолжать его двигать.
Второй пример: торможение автомобиля/велосипеда "на грани юза" (трение покоя пары колесо-дорога) эффективнее, чем торможение на заблокированных колёсах (трение скольжения).

... и добавил:
Площадь контакта у 6-осного в 1,5 раза больше при прочих равных, нагрузка на ось вполтора раз меньше при одинаковом весе... Т.е получается трение одинаковое...

Да! В режиме пробуксовки 4-х и 6-осник (при равной массе локов и одинаковом материале колёс) должны показать одинаковые результаты по тяге.
А вот в режиме сцепления колёс с рельсами у 6-осника (по законам трения покоя) преимущество.

В результаты практических измерений могут "вмешиваться" другие факторы, влияющие на силу тяги, такие как, например, эксцентриситет колпар и другие "неидеальности" в конструкции локов, состояние и загрязнённость колёс и рельсов и т.п. Но это уже, как говорится, "другой разговор".

Оффлайн VSergN

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 3053
  • Репутация: +134/-6
  • = DRG, JNR =
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #10 : 19 Января 2017, 21:33:52 »
А, вот тут то этот "сцепной вес" то и вылезает!

Ну да! Сцепной вес, помноженный на коэффициет трения пары материалов колесо-рельс и определяет максимально возможную силу тяги локомотива, ограниченную сцеплением!  ;D

Кстати, а что делает песочница? При наличии песка на рельсах КТ пары колесо-рельс (сталь-сталь), естественно, не меняется. Однако, меняются контактирующие материалы! Как бы "антисмазка". А вот у пары сталь-песок КТ уже совсем другой!  :loco:

Оффлайн Сергеевич

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1301
  • Репутация: +112/-25
  • мӧҗҥҩ ҧрѻҫҭҩ мӥҫҭҿӄѣ Ӥ.Ҟ.Ҫ.
  • Скайп: Мой статус
  • Откуда: 13 верста У.Г.Җ.Д.
  • Имя: Ҝѻӊҫҭѩңҭӥԋъ
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #11 : 20 Января 2017, 06:55:49 »
Разумеется на ведущие колеса ("пассивные" не учитываются если есть таковые, они не тянут).  Площадь контакта у 6-осного в 1,5 раза больше при прочих равных, нагрузка на ось вполтора раз меньше при одинаковом весе... Т.е получается трение одинаковое...
В зависимости от конструкции, неведущие пары могут вообще "висеть в воздухе" и масса лока не равномерно распределяется  на ведущие и "паразитные" колесные пары, т.е. нагрузка на разные оси может различаться даже у одного конкретного лока, как модельного так и в 1:1.
вот схема реального паровоза внизу подписана развесовка по осям, на бегунок нагрузка вдвое меньше.


Известный пример  полутанк паровоз  с косячной развесовкой по осям
http://scaletrainsclub.com/board/viewtopic.php?t=6812
Цитировать
«... В 1907-1910 годах Харьковский завод построил восемь паровозов типа 2-3-1, получивших обозначение серии П (№№ 56, 57) и Пт (№№ 58-63). Заказ на постройку этих танк-паровозов Рязано-Уральская железная дорога выдала Харьковскому заводу в 1904 году. Паровоз был предназначен для вождения пригородных поездов на Московском участке, при чем в эксплуатации от него требовалась одинаковая безопасность следования, как передним, так и задним ходом, для того чтобы не разворачивать паровоз на конечных станциях.
Конструкторы применили четырехцилиндровую машину компаунд с диаметром наружных цилиндров 570 мм, внутренних - 350 мм. Первая колесная пара была ведущая и имела коленчатую ось. В результате просчетов при проектировании его масса оказалась более (чем) на 32 т выше допустимой. Для снижения массы локомотива завод построил тендеры, которые могли прицепляться, как сзади, так и спереди паровоза, и снял с локомотива водяные баки. При изготовлении паровозов, получивших наименование «полутанки», завод понес большие убытки, а конструктору завода А.С. Раевскому пришлось уволиться с предприятия».
Из книги Бернштейн, А.С. Паровозы серии У. ЖД-коллекция № 14 © Издательство «Железнодорожное Дело», 2008.; с. 19
G.Oe.HO!  .  .  HOe.N.Z?  ПолHOля , эNка и кое-что ещё. Люблю У.Г.Ж.Д. особенно  13 версту и вообще 1 эпоху.

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 531
  • Репутация: +17/-0
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #12 : 20 Января 2017, 11:33:55 »
В режиме сцепления колёс с рельсами имеем дело с трением покоя (поверхности колеса в точке контакта относительно рельса). Для трения покоя ситуация отличается. На силу трения покоя, как я уже упоминал, оказывает влияние площадь "пятна контакта": чем больше площадь контакта, тем больше сила трения покоя (т.е. "лучше сцепление").
Что-то я подумал немного... :thinking: На самом деле немного не так получается... На трение покоя площадь контакта тоже не влияет, так как вес все-равно распределяется по площади и поэтому в формуле для трения её нет. Это, если речь идет о трении, которое создается только гравитацтионном полем Земли (mg). Т.е F=Kmg, где К- коэфф трения. Т.е стоящий на путях 4х- осный локомотив одинакового веса с 6ти-осным все-таки создает большее трение (за счет гравитации).
Но в случае трогания или торможения прикладывается внешнее усилие (давление), а вот оно то как раз от площади зависит Р=F/S и тогда F=PS. В этом случае 6-ти осный имеет преимущество. Кроме того, для преодоления меньшего трения покоя, чем у 4х осного расходуется меньше энергии. В реальности, как правило 6ти осный локомотив тяжелее 4х осного, поэтому, и сцепление с рельсами у него автоматически получается больше.
Однако это не всегда выполняется в моделях. 4х-осный и более тяжелый V-118 имеет существенное преимущество перед более легким 6ти-осным ЧС4...

Второй пример: торможение автомобиля/велосипеда "на грани юза" (трение покоя пары колесо-дорога) эффективнее, чем торможение на заблокированных колёсах (трение скольжения).
Здесь под эффективностью надо понимать лучший "контроль" дороги, т.е возможность оперативно поменять ускорение (замедлиться/ускориться) при этом не свалиться в занос и не улететь с дороги. Этим занимается система АБС, распределяя давление таким образом чтобы колеса работали без блокировки. Но если брать тормозной путь, то у полностью заблокированных колес он будет короче, чем у работающих "на грани юза".  Поэтому для экстренного торможения рекомендуют колеса все-таки довести до блокировки. ;)

Кстати, а что делает песочница?
Динамическое "обрезинивание" в зависимости от состояния пути. :D
Кстати, дымогенераторы в моделях бывают, а пескоструя нет :D

масса лока не равномерно распределяется  на ведущие и "паразитные" колесные пары, т
Да. В определении сцепного веса есть упоминание об этом... И в моделях. Например в теме про модернизацию ЧС4 я приводил кинематическую схему привода тележек, так вот в движении на разные оси разное давление оказывается, а некоторые колеса почти в воздухе висят! ;)

Оффлайн Sid1044

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 379
  • Репутация: +81/-0
  • Скайп: Мой статус
  • Откуда: Москва
  • Имя: Сергей
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #13 : 20 Января 2017, 18:39:43 »
Сделаем стенд и проведем соревнования, по принципу перетягивания каната? На следующей встрече?

Оффлайн VeschiiOleg

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 531
  • Репутация: +17/-0
Re: Тяговые испытания локомотивов
« Ответ #14 : 20 Января 2017, 20:01:31 »
Сделаем стенд и проведем соревнования, по принципу перетягивания каната? На следующей встрече?
:))
Да, я уже думал про такое шоу. Два длинных рельса, в середине короткий с двумя разрывами, на края одно и то же питание, но в "противофазе". Ну и проволока с двумя лепестками.