ELEMENTOS DE LA DINÁMICA DE LA TRACCIÓN
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ELEMENTOS DE LA DINÁMICA DE LA TRACCIÓN. EL CONTACTO RUEDA- RIEL. EFECTO DE LA CONICIDAD DE LA RUEDA. ADHERENCIA RUEDA - RIEL. C = cupla motora ejercida por el eje F = esfuerzo horizontal en la llanta R = reacción horizontal

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Presentation Transcript


Elementos de la din mica de la tracci n

ELEMENTOS DE LA DINÁMICA DE LA TRACCIÓN


Elementos de la din mica de la tracci n

EL CONTACTO RUEDA- RIEL


Elementos de la din mica de la tracci n

EFECTO DE LA CONICIDAD DE LA RUEDA


Elementos de la din mica de la tracci n

ADHERENCIA RUEDA - RIEL

C = cupla motora

ejercida por el eje

F = esfuerzo horizontal

en la llanta

R = reacción horizontal

en el riel

Donde f es el denominado “coeficiente de adherencia” y es la relación entre el esfuerzo máximo que puede ser aplicado a la llanta (sin que patine) y el peso P de la rueda

Si el valor de F pasa cierto límite se produce la ruptura de la adherencia y el deslizamiento (patinaje) de la rueda sobre el riel


Elementos de la din mica de la tracci n

VARIACIÓN DE LA ADHERENCIA CON LA VELOCIDAD Y ESTADO DEL RIEL


Elementos de la din mica de la tracci n

VARIACIÓN DE LA ADHERENCIA CON LA VELOCIDAD Y ESTADO DEL RIEL


Elementos de la din mica de la tracci n

ANÁLISIS DE LAS RESISTENCIAS AL MOVIMIENTO DEL TREN

Características constructivas de los vehículos

Causas internas

Resistencias al

movimiento

Trazado vías (rectas, curvas)

Perfiles (planialtimetría)

Atmósfera (rozamiento del aire, vientos)

Causas externas

(resistencias locales)


Elementos de la din mica de la tracci n

IDENTIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS

Rozamiento en cojinetes

Resistencia por forma de la llanta

Choques y movimientos por irregularidades de la vía

Pérdidas de energía en aparatos de choque y tracción, suspensión por movimientos parásitos

Resistencia de inercia

Resistencia a la

rodadura

Resistencias al

avance

Resistencias totales

a vencer por el tren

Resistencia del

aire

Rozamiento del aire

Con atmósfera en calma o viento

Resistencias

locales

Trazado de vía (rectas, curvas)

Perfiles (horizontales, pendientes y rampas)


Elementos de la din mica de la tracci n

IDENTIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS

Rozamiento en cojinetes

Resistencia por forma de la llanta

Choques y movimientos por irregularidades de la vía

Pérdidas de energía en aparatos de choque y tracción, suspensión, por movimientos parásitos

Resistencia de inercia

Resistencia a la

rodadura

Resistencias al

avance

Resistencias totales

a vencer por el tren

Resistencia del

aire

Rozamiento del aire

Con atmósfera en calma o viento

Resistencias

locales

Trazado de vía (rectas, curvas)

Perfiles (horizontales, pendientes y rampas)


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIA A LA RODADURA

Rozamiento en cojinetes

Resistencia por forma de la llanta

Choques y movimientos por irregularidades de la vía

Pérdidas de energía en aparatos de choque y tracción, suspensión por movimientos parásitos

Resistencias de inercia

ITEMS QUE LAS COMPONEN

Resistencia por forma de la llanta

Pérdidas de energía en aparatos

de choque y tracción


Elementos de la din mica de la tracci n

nacidas en las partes rotantes del tren

Resistencias de inercia

“Peso ficticio” o “Peso de inercia”

llamado “peso dinámico”

Evaluadas con

originadas con las aceleraciones y

deceleraciones del tren

Peso del tren = P

Coeficiente de inercia =

Peso dinámico: W = P. α

Coche eléctrico = 1,O9

α

α

rr = a + bV

a = independiente de la velocidad

b = dependiente de la velocidad

RESISTENCIA A LA RODADURA


Elementos de la din mica de la tracci n

IDENTIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS

Rozamiento en cojinetes

Resistencia por forma de la llanta

Choques y movimientos por irregularidades de la vía

Pérdidas de energía en aparatos de choque y tracción, suspensión por movimientos parásitos

Resistencia de inercia

Resistencia a la

rodadura

Resistencias al

avance

Resistencias totales

a vencer por el tren

Con atmósfera en calma o viento

Resistencia del

aire

Rozamiento del aire

Trazado de vía (rectas, curvas)

Perfiles (horizontales, pendientes y rampas)

Resistencias

locales


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIA DEL AIRE ATMÓSFERA CALMA

Resistencia de presión (frontal)

Resistencia de fricción (longitudinal o laminar)

RESISTENCIA DEL AIRE

Tiene la forma general de cV2donde el coeficiente c ( o una combinación apropiada) está dado por el fabricante del material rodante.


Elementos de la din mica de la tracci n

FÓRMULA DE DAVIS

Teniendo en cuenta las distintas resistencias enunciadas que debe vencer un tren en su avance, la Fórmula de DAVIS sintetiza el valor de la resistencia al avance en recta y horizontal como:

Si el recorrido es sólo en vía recta y en horizontal la resistencia total al avance es la expresada por esa Fórmula.

El término a es independiente de la velocidad y depende de los distintos rozamientos

El término b es dependiente de la velocidad

El término ces dependiente del cuadrado de la velocidad y su valor es función de la forma aerodinámica del tren.

En el caso particular de los coches eléctricos de la Línea Roca la fórmula de la resistencia unitaria a la rodadura es.

Donde V es la velocidad en [Km/h], W el peso dinámico en [tn] y n el número de coches del tren, dando la fórmula la resistencia al avance en [ Kg/tn]


Elementos de la din mica de la tracci n

IDENTIFICACIÓN DE LAS RESISTENCIAS

Rozamiento en cojinetes

Resistencia por forma de la llanta

Choques y movimientos por irregularidades de la vía

Pérdidas de energía en aparatos de choque y tracción, suspensión por movimientos parásitos

Resistencia de inercia

Resistencia a la

rodadura

Resistencias al

avance

Resistencias totales

a vencer por el tren

Resistencia del

aire

Rozamiento del aire

Con atmósfera en calma o viento

Trazado de vía (rectas, curvas)

Perfiles (horizontales, pendientes y rampas)

Resistencias del viento y en túneles

Resistencias

locales


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIAS LOCALES

ESFUERZOS EN LAS CURVAS

Posición de la rueda respecto al riel

Posición de la rueda respecto al riel

Fuerza transversal

Riel en curva


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIAS LOCALES

RESISTENCIA DEL BOGIE EN CURVA

1.- El eje delantero se desplaza hacia el exterior de la curva y el trasero hacia en interior de ella, originándose una resistencia Riel - Banda de rodadura.

2.- Por la diferencia de longitudes entre riel exterior y riel interior las ruedas se deslizan sobre la vía y hay un rozamiento por deslizamiento.

3.- Por la fuerza centrífuga se produce una resistencia adicional de rozamiento entre pestaña y riel exterior.

Todos estos fenómenos se incrementan cuando se franquea una curva a una velocidad distinta a la velocidad correspondiente al peralte de la misma.

La estimación de la resistencia el encarar una curva se evalúa como

Trocha ancha y media

Trocha angosta


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIAS LOCALES

RESISTENCIA EN RAMPAS O PENDIENTES

P : Peso total

=

=

=

=

i en [mm/m]

(-) Pendientes

(+)Rampas

Resistencia en rampa

Ri = i [‰]

P en [tn]


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIAS LOCALES

RESISTENCIA DEL AIRE CON VIENTO Y RESISTENCIA EN TÚNEL

Valores variables según el ángulo y velocidad del viento

INCREMENTO DE LA RESISTENCIA AERODINÁMICA EN UN TÚNEL

Al circular en túnel al valor de la resistencia aerodinámica se lo incrementa en 1 á 3 Kg/tn


Elementos de la din mica de la tracci n

RESISTENCIA TOTAL AL AVANCE DEL TREN EN RECTA Y HORIZONTAL

Para un tren recorriendo un tramo en recta y horizontal con una resistencia unitaria al avance y con un peso dinámico de W [tn] (con W = P. α) la resistencia total al avance (en Tn) será la resistencia al avance multiplicada por el peso dinámico:

RESISTENCIA TOTAL AL AVANCE CON RESISTENCIAS LOCALES

Cuando en el recorrido aparecen resistencia locales( curvas, rampas o pendientes ,túneles,etc) a la resistencia al avance se le deben sumar esas resistencias locales, obteniéndose la resistencia unitaria total al avance, o sea en [Kg/tn]:

Con = resistencia al avance (en recta y horizontal)

= resistencia en rampa o pendiente

= resistencia en curva

= resistencia en túnel

= resistencia aerodinámica (viento)

= resistencia total un unitaria total al avance

Luego para un tren de peso dinámico de W [tn] la resistencia total R al avance será

R [tn]= [Kg/tn].W[tn]

Resistencias locales


Elementos de la din mica de la tracci n

POTENCIA DE TRACCIÓN

La potencia N necesaria en llanta para mover un tren cuya resistencia total al avance es de R [Tn] a una velocidad V [Km/h] está dada por:


Elementos de la din mica de la tracci n

LAS ECUACIONES QUE RIGEN EL MOVIMIENTO

Y FRENADO DEL TREN


Elementos de la din mica de la tracci n

CURVA DE ESFUERZO EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE UN TREN


Elementos de la din mica de la tracci n

RELACIONES ENTRE LAS MAGNITUDES EN LA MARCHA DEL TREN

1.-Fuerza aceleratiz o de aceleración.

Expresión fundamental

(1)

con: F = [Newton]

m = [kg-masa]

a = [m /seg2]

expresado en unidades prácticas

F = [kgf]

m = P =[kg]

a = A = [Km/h/seg]

la (1) queda: F = 28,33 A

para coches eléctricos adoptando α = 1,09 F = 30,9 A


Elementos de la din mica de la tracci n

RELACIÓN ACELERACIÓN – VELOCIDAD-TIEMPO

Dados: Velocidad inicial V1 [m/seg]

Velocidad final V2 [m/seg]

Aceleración a [m /seg2]

Tiempo t [seg]

La aceleración viene dada por:

que en unidades prácticas con V1, V2 en [km/h] y t en seg queda A en [km/h/seg]


Elementos de la din mica de la tracci n

RELACIÓN ACELERACIÓN – VELOCIDAD-DISTANCIA

Dados: Velocidad inicial V1 [m/seg]

Velocidad final V2 [m/seg]

Aceleración a [m /seg2]

Tiempo t [seg]

La velocidad media es:

El espacio recorrido es.

que en unidades prácticas se llega a:

[m]


Elementos de la din mica de la tracci n

RELACIÓN FUERZA DE ACELERACIÓN – VELOCIDAD-TIEMPO

Dados: Velocidad inicial V1 [m/seg]

Velocidad final V2 [m/seg]

Aceleración a [m /seg2]

Tiempo t [seg]

De la expresión:

y dado que

Se llega a

Que para coches eléctricos con α = 1,09 queda


Elementos de la din mica de la tracci n

RELACIÓN FUERZA DE ACELERACIÓN – VELOCIDAD-DISTANCIA

Dados: Velocidad inicial V1 [m/seg]

Velocidad final V2 [m/seg]

Aceleración a [m /seg2]

Tiempo t [seg]

De la expresión:

y

Operando se llega a :

Que para coches eléctricos con α = 1,09 queda


Elementos de la din mica de la tracci n

Ft › Fr

Ft = Fr

Ft = fuerza de Tracción

Fa = fuerza de aceleración

Fr = fuerza resistente


Elementos de la din mica de la tracci n

Influencia de la pendiente o rampa


Elementos de la din mica de la tracci n

Distancia de reacción:

Distancia del frenado:

Para rampa o pendiente

G

Distancia total (horizontal):


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