Образование силы тяги при точечном контакте колеса и рельса.

В общем случае причиной поступательного движения поезда является сила тяги локомотива. Рассмотрим образование силы тяги при абсолютно жестком колесе и рельсе, т.е. ни колесо, ни рельс при взаимодействии не испытывают деформацию и, как следствие этого, контакт колеса и рельса является точечным.

Источником движения поезда при электрической тяге являются тяговые двигатели электровоза. Тяговый двигатель развивает вращающий момент М, который посредством редуктора 3-4 передает его на колесную пару 1. Обозначив потери на трение как М_тр, а потери на преодоление момента инерции – М_ин, можно записать

.

Как известно из курса физики, момент на ободе колеса можно заменить парой сил с плечом D_к/2. Сила F_к1 приложена в точке опоры колеса на рельс (точка А) и направлена в противоположную сторону по отношению к направлению движения. Эта сила стремиться переместить точку А против движения колеса. Под воздействием силы давления колеса на рельс G_к, как реакция рельса на силу F_к1, в точке контакта возникает внешняя по отношению к колесу сила F_сц, которая равна по модулю силе F_к1 и направлена противоположно последней. Эта сила препятствует перемещению точки А. Точка А оказывается как бы зафиксированной относительно рельса и называется мгновенным центром поворота. Сила F_к2, приложенная к точке 0 стремиться переместить ее в направлении движения.

Следовательно, внешняя сила F_сц является той силой, благодаря которой вращающий момент ТД реализуется в виде силы F_к, приложенной к центру колеса и сообщающей поступательное движение колесу, а вместе с ним и всему поезду.