Menetellenállások Alapellenállások: Járulékos ellenállások: - gördülési ellenállás - csapsúrlódási ellenállás - légellenállás A jármű mozgása közben állandóan hatnak. Járulékos ellenállások: - kanyarulati ellenállás - emelkedési ellenállás - sínillesztési ellenállás A jármű mozgása közben csak az adott körülmények között hatnak. A jármű haladása közben jelentkező, a mozgást akadályozó erőket menetellenállásoknak nevezzük. A menetellenállások egyik része a mozgás közben állandóan, másik része csak adott körülmények között hat. Az első csoportba tartozó menetellenállásokat alapellenállásoknak, a másik csoportba tartozókat járulékos ellenállásoknak nevezzük.

A kerék-talaj kapcsolat rugalmas és rugalmatlan alakváltozása okozza. Gördülési ellenállás A kerék-talaj kapcsolat rugalmas és rugalmatlan alakváltozása okozza. Gördülés közben a kerék és a sín is rugalmas, illetve rugalmatlan (maradandó) alakváltozáson megy át a kerekekre nehezedő súly miatt. Az alakváltozás erő hatására jön létre, ami a kerekekre fékezőleg hat, ezért a folyamatos haladás biztosításához le kell győzni.

Csapsúrlódási ellenállás A csapágyakban lévő gördülő elemek súrlódása okozza. A gördülő csapágyakban lévő gördülő elemek súrlódása a vasúti kerékpár forgását akadályozza, ezért a folyamatos haladás biztosításához le kell győzni. A csapágysúrlódás kenéssel csökkenthető.

Légellenállás A levegő nyomása és súrlódása okozza. A jármű homlokfelületén a légnyomás és a sebesség függvényében torlónyomás alakul ki, amelynek nagyságát a sebesség mellett a homlokrész felületének nagysága is meghatároz. A jármű oldalán súrlódást, a végén szívóhatást fejt ki a levegő. A szívóhatás a mozgó jármű mögött létrejövő kisebb légnyomású térnek a „vákuum” hatása. Ezt a teret a betóduló levegő örvénylő áramlással igyekszik kitölteni, így létrejön a nyomáskiegyenlítődés. Ennek a hatása a jármű áramvonalas kialakításával csökkenthető. Áramvonalas megjelenése pl. a vízcseppnek van, mert mögötte légörvény szinte nem is keletkezik. A légellenállás nagysága a sebességgel nem csupán egyenesen arányos, hanem négyzetes arányban változik, ezért mozgás közben a legszámottevőbb alapellenállás. A légellenállást növelő tényező a szél ereje.

Kanyarulati ellenállás A vasúti közlekedésben A B v R A kerék és a sín érintkezési pontján létrejövő erősebb súrlódás okozza. Az „R” sugarú ívben haladó jármű vasúti kerékpárja az „A” pontból a „B” pontba történő eljutása közben erősebben súrlódik, mint egyenes pályán. Ennek oka az, hogy az ívben haladó jármű vasúti kerékpárja a külső sínszál belső oldalának feszül, mert az ívben haladó járműre a centrifugális erő hat. A centrifugális erő a kerék és a sín érintkezési pontján fellépő súrlódást jelentősen megnöveli. A centrifugális erő nagysága, azonos tömegű járművet vizsgálva, fordítottan arányos az ív sugarával („R”) és négyzetesen arányos a jármű sebességével („v”). Tehát kis sugarú ívekben lassabban, nagy sugarú ívekben gyorsabban lehet haladni. A súrlódás csökkenthető a sín és a kerék érintkezési pontjának (külső sínszál belső oldala és a nyomkarima) kenésével. A kétkerekű járművet a vezetője a kanyarodás közben „bedönti” és ezzel igyekszik csökkenteni a centrifugális erő hatását. A villamos közlekedésben ezt a hatást a pálya túlemelésével érik el, amikor a külső sínszál magassági helyzetét a belső sínszál fölé emelik. Az ívben haladó vasúti kerékpár külső ívsínen futó kereke hosszabb, míg a belső ívsínen futó rövidebb távolságot kell, hogy megtegyen. Ezt a kúpos kialakítású vasúti kerékpár is csak csúszással tudja teljesíteni, ezért az ívben a gördülési ellenállás is nagyobb, mint az egyenes pályán.

Emelkedési ellenállás A vasúti közlekedésben FN G α Az emelkedőn haladó jármű „G” súlyereje két összetevőre bontható fel. A talajra merőleges „FN” támasztó erőre és a lejtő irányába mutató „Fl” összetevőre. A lejtő irányú erő nagysága az emelkedő mértékétől függ és az emelkedőre történő haladást gátolja. A lejtőn haladó jármű esetén a lejtő irányú erő a fékezés hatékonyságát rontja, mert a további gyorsulás megakadályozásához a lejtőirányú erővel azonos nagyságú fékező erőre van szükség. A sebesség csökkentéséhez pedig ennél nagyobb fékező erőt kell kifejteni. A kerekek gördülése közben a kifejtett vonó- illetve fékező erőnek a talajra történő átviteléhez határt szab a kerekek és a talaj közötti tapadás. Ha a lejtő irányú erő megközelíti, vagy eléri a tapadó erő nagyságát, az erőátvitel bizonytalanná válik, illetve megszűnik. Ezért bizonyos emelkedés felett a vasúti közlekedésben nem lehet pusztán adhéziós kapcsolattal közlekedni. Ebben az esetben kötélpályás, vagy fogaskerekű járműveket alkalmaznak. Biztonságosan kb. 60-70 o/oo –es emelkedőn lehet adhéziós kapcsolattal közlekedni. Fl A jármű súlyerejének lejtő irányú összetevője okozza.

Sínillesztési (ütközési) ellenállás G A vasúti pálya kialakítása szerint a különböző hosszúságú sínszálak egymáshoz történő illesztése történhet hézag nélküli hegesztéssel, vagy hézagot biztosító hevederkötéssel. A hézagot biztosító illesztésnél a gördülő vasúti kerékpár a terhelés hatására lenyomja az egyik sínvéget, ezáltal a két csatlakozó sínvég között egy magasságkülönbség keletkezik. A sínillesztésen történő áthaladáskor ezt a magasságkülönbséget kell legyőznie a vasúti kerékpárnak. A folyamat a lépcsőn felfelé haladáshoz hasonlítható, csak itt egy lépcsőfok megtételéről van szó. Itt a vasúti kerékpárt és a pályát is dinamikus erőhatás éri az ütközés következtében, ami a járművet lengésekre készteti. Ezeknek a lengéseknek az energiája a jármű mozgási energiájából vonódik el, tehát a mozgást gátolják. A hézag nélküli illesztésnél ütközési ellenállás nem keletkezik. A két csatlakozó sínvég közötti magasságkülönbség okozza.

Vonóerő jelleggörbéje F tapadóerő motor által kifejtett vonóerő A villamos gyorsítását főáramkörű egyenáramú motorok végzik. A vonóerő nagyságát meghatározza a motor állórészének mágneses tere és a forgórészen áthaladó áram erőssége. Mivel az álló- és forgórészen áthaladó áram erőssége megegyezik, hiszen az álló és forgórész egymással sorosan kapcsolódik, a vonóerő nagysága az áramerősség négyzetével lesz arányos. A motor által kifejtett vonóerő indításkor a legnagyobb, a gyorsítás közben a keletkező ellenfeszültség miatt folyamatosan csökken, miközben a jármű sebessége növekszik. A maximálisan kifejthető vonóerőnek határt szab a tapadóerő. v

Menetellenállások (alapellenállások) jelleggörbéi F légellenállás gördülési ellenállás A jármű mozgása közben az alapellenállások mindig hatnak, ezért a menetellenállások közül csak az alapellenállások vannak ábrázolva. Az alapellenállások közül a légellenállás értéke a legszámottevőbb, mert a sebességgel négyzetes arányban növekszik. csapsúrlódási ellenállás v

Egyesített vonóerő-menetellenállás jelleggörbe F menetellenállások 1. 2. motor által kifejtett vonóerő 3. Az egyesített vonóerő-menetellenállások jelleggörbén látható, hogy a sebesség növekedésével folyamatosan csökken a gyorsításra fennmaradó vonóerő, majd ahol a két görbe metszi egymást ennek értéke nulla. Ebben a helyzetben a rendelkezésre álló vonóerő a menetellenállások legyőzésére elegendő, a jármű tovább nem gyorsítható, itt érte el a maximális sebességét. vmax v rendelkezésre álló vonóerő gyorsításra fennmaradó vonóerő menetellenállások legyőzésére fordított vonóerő

17. rész vége

A jármű haladása közben jelentkező, a mozgást akadályozó erőket menetellenállásoknak nevezzük. A menetellenállások egyik része a mozgás közben állandóan, másik része csak adott körülmények között hat. Az első csoportba tartozó menetellenállásokat alapellenállásoknak, a másik csoportba tartozókat járulékos ellenállásoknak nevezzük.

Gördülés közben a kerék és a sín is rugalmas, illetve rugalmatlan (maradandó) alakváltozáson megy át a kerekekre nehezedő súly miatt. Az alakváltozás erő hatására jön létre, ami a kerekekre fékezőleg hat, ezért a folyamatos haladás biztosításához le kell győzni.

A gördülő csapágyakban lévő gördülő elemek súrlódása a vasúti kerékpár forgását akadályozza, ezért a folyamatos haladás biztosításához le kell győzni. A csapágysúrlódás kenéssel csökkenthető.

A jármű homlokfelületén a légnyomás és a sebesség függvényében torlónyomás alakul ki, amelynek nagyságát a sebesség mellett a homlokrész felületének nagysága is meghatároz. A jármű oldalán súrlódást, a végén szívóhatást fejt ki a levegő. A szívóhatás a mozgó jármű mögött létrejövő kisebb légnyomású térnek a „vákuum” hatása. Ezt a teret a betóduló levegő örvénylő áramlással igyekszik kitölteni, így létrejön a nyomáskiegyenlítődés. Ennek a hatása a jármű áramvonalas kialakításával csökkenthető. Áramvonalas megjelenése pl. a vízcseppnek van, mert mögötte légörvény szinte nem is keletkezik. A légellenállás nagysága a sebességgel nem csupán egyenesen arányos, hanem négyzetes arányban változik, ezért mozgás közben a legszámottevőbb alapellenállás. A légellenállást növelő tényező a szél ereje.

Az „R” sugarú ívben haladó jármű vasúti kerékpárja az „A” pontból a „B” pontba történő eljutása közben erősebben súrlódik, mint egyenes pályán. Ennek oka az, hogy az ívben haladó jármű vasúti kerékpárja a külső sínszál belső oldalának feszül, mert az ívben haladó járműre a centrifugális erő hat. A centrifugális erő a kerék és a sín érintkezési pontján fellépő súrlódást jelentősen megnöveli. A centrifugális erő nagysága, azonos tömegű járművet vizsgálva, fordítottan arányos az ív sugarával („R”) és négyzetesen arányos a jármű sebességével („v”). Tehát kis sugarú ívekben lassabban, nagy sugarú ívekben gyorsabban lehet haladni. A súrlódás csökkenthető a sín és a kerék érintkezési pontjának (külső sínszál belső oldala és a nyomkarima) kenésével.

A kétkerekű járművet a vezetője a kanyarodás közben „bedönti” és ezzel igyekszik csökkenteni a centrifugális erő hatását. A villamos közlekedésben ezt a hatást a pálya túlemelésével érik el, amikor a külső sínszál magassági helyzetét a belső sínszál fölé emelik. Az ívben haladó vasúti kerékpár külső ívsínen futó kereke hosszabb, míg a belső ívsínen futó rövidebb távolságot kell, hogy megtegyen. Ezt a kúpos kialakítású vasúti kerékpár is csak csúszással tudja teljesíteni, ezért az ívben a gördülési ellenállás is nagyobb, mint az egyenes pályán.

Az emelkedőn haladó jármű „G” súlyereje két összetevőre bontható fel Az emelkedőn haladó jármű „G” súlyereje két összetevőre bontható fel. A talajra merőleges „FN” támasztó erőre és a lejtő irányába mutató „Fl” összetevőre. A lejtő irányú erő nagysága az emelkedő mértékétől függ és az emelkedőre történő haladást gátolja. A lejtőn haladó jármű esetén a lejtő irányú erő a fékezés hatékonyságát rontja, mert a további gyorsulás megakadályozásához a lejtőirányú erővel azonos nagyságú fékező erőre van szükség. A sebesség csökkentéséhez pedig ennél nagyobb fékező erőt kell kifejteni.

A kerekek gördülése közben a kifejtett vonó- illetve fékező erőnek a talajra történő átviteléhez határt szab a kerekek és a talaj közötti tapadás. Ha a lejtő irányú erő megközelíti, vagy eléri a tapadó erő nagyságát, az erőátvitel bizonytalanná válik, illetve megszűnik. Ezért bizonyos emelkedés felett a vasúti közlekedésben nem lehet pusztán adhéziós kapcsolattal közlekedni. Ebben az esetben kötélpályás, vagy fogaskerekű járműveket alkalmaznak. Biztonságosan kb. 60-70 o/oo –es emelkedőn lehet adhéziós kapcsolattal közlekedni.

A vasúti pálya kialakítása szerint a különböző hosszúságú sínszálak egymáshoz történő illesztése történhet hézag nélküli hegesztéssel, vagy hézagot biztosító hevederkötéssel. A hézagot biztosító illesztésnél a gördülő vasúti kerékpár a terhelés hatására lenyomja az egyik sínvéget, ezáltal a két csatlakozó sínvég között egy magasságkülönbség keletkezik. A sínillesztésen történő áthaladáskor ezt a magasságkülönbséget kell legyőznie a vasúti kerékpárnak. A folyamat a lépcsőn felfelé haladáshoz hasonlítható, csak itt egy lépcsőfok megtételéről van szó. Itt a vasúti kerékpárt és a pályát is dinamikus erőhatás éri az ütközés következtében, ami a járművet lengésekre készteti. Ezeknek a lengéseknek az energiája a jármű mozgási energiájából vonódik el, tehát a mozgást gátolják. A hézag nélküli illesztésnél ütközési ellenállás nem keletkezik.

A villamos gyorsítását főáramkörű egyenáramú motorok végzik. A vonóerő nagyságát meghatározza a motor állórészének mágneses tere és a forgórészen áthaladó áram erőssége. Mivel az álló- és forgórészen áthaladó áram erőssége megegyezik, hiszen az álló és forgórész egymással sorosan kapcsolódik, a vonóerő nagysága az áramerősség négyzetével lesz arányos. A motor által kifejtett vonóerő indításkor a legnagyobb, a gyorsítás közben a keletkező ellenfeszültség miatt folyamatosan csökken, miközben a jármű sebessége növekszik. A maximálisan kifejthető vonóerőnek határt szab a tapadóerő.

A jármű mozgása közben az alapellenállások mindig hatnak, ezért a menetellenállások közül csak az alapellenállások vannak ábrázolva. Az alapellenállások közül a légellenállás értéke a legszámottevőbb, mert a sebességgel négyzetes arányban növekszik.

Az egyesített vonóerő-menetellenállások jelleggörbén látható, hogy a sebesség növekedésével folyamatosan csökken a gyorsításra fennmaradó vonóerő, majd ahol a két görbe metszi egymást ennek értéke nulla. Ebben a helyzetben a rendelkezésre álló vonóerő a menetellenállások legyőzésére elegendő, a jármű tovább nem gyorsítható, itt érte el a maximális sebességét.