В режиме выбега тяговые двигатели и тормозные устройства отключены. Движение происходит за счет энергии поезда, приобретенной во время движения в режиме тяги.

В режиме торможения двигатели отключены от сети и включены тормозные механизмы. Кинетическая энергия, запасенная поездом, гасится тормозными устройствами.

Движение поезда характеризуется пройденным путем S, м, временем нахождения поезда в пути t, с, и скоростью м/с. Скорость движения изменяется в широких пределах от нуля до некоторого максимума, устанавливающегося под действием сил, приложенных к поезду. Изменение скорости во времени называется ускорением а, м/с2. В режиме тяги скорость д поезда увеличивается, и ускорение имеет положительное значение. В режиме выбега и торможения скорость уменьшается, и ускорение имеет отрицательное значение.

Основной зависимостью, устанавливающей связь между элементами движения поезда во всех режимах, является S = &0t ± at2/2, где — начальная скорость движения поезда.

Чтобы управлять движением поезда, нужно приложить к нему внешнюю управляемую силу. Такая сила создается в результате взаимодействия колес с рельсами. Внешняя сила, приложенная от пути через движущие колеса в направлении движения поезда, создаваемая тяговыми двигателями и управляемая водителем, называется силой тяги F, Н.

Однако для управления поездом только силы тяги недостаточно, так как она всегда действует в направлении его движения или равна нулю. Необходима управляемая внешняя сила, направленная в сторону, противоположную движению. Эту силу называют тормозной силой поезда В, Н. Она создается его тормозными средствами. Все остальные внешние силы, действующие на поезд в направлении его движения или в обратном направлении и не зависящие от водителя, в сумме составляют сопротивление движению W, Н. Эта сила действует при любом режиме движения. Сопротивление движению делят условно на основное и дополнительное. Сопротивление, возникающее на прямом горизонтальном участке пути при движении поезда, называют основным.

По источнику возникновения силы основного сопротивления W0, Н, можно разделить на: сопротивление пути; сопротивление подвижного состава; сопротивление воздушной среды.

Сопротивление пути зависит от конструкции рельсовых путей, его основания, параметров, технического состояния и складывается из следующих элементов:
— сопротивления от упругого прогиба пути (рельса и шпальной Решетки);
— сопротивления от неровностей пути, состояния рельсов, рельсовых стыков стрелок и крестовин, состояния и конструкции шпальной решетки и основания (неравномерность подбивки, неправильность рихтовки рельсовой колеи, отклонения от допустимых норм содержания колеи).
Сопротивление подвижного состава определяется его конструкцией,
параметрами и техническим состоянием; на нег о влияют:
— сопротивление качению колесных пар;
— сопротивление, возникающее от трения в буксовых подшипниках оси колесной пары и тяговой передачи;
— сопротивление, вызываемое допустимыми неточностями сборки ходовых частей.

Сопротивление среды, в которой происходит движение поезда, включает сопротивление воздуха и ветра. Возникает это сопротивление в результате разности давлений воздуха на переднюю и заднюю торцовые поверхности поезда, трения воздуха о боковую поверхность поезда, трения от вихревых движений воздуха в подкузовном и межвагонном пространствах. Сопротивление воздушной среды зависит от формы и конфигурации торцовых поверхностей поезда, скорости его движения, площади боковых поверхностей поезда и ее внешнего состояния, а также атмосферных условий — силы ветра и температуры воздуха.

Таким образом, составляющие основного сопротивления движению зависят от множества факторов, главными из которых являются: конструкция подвижного состава, его масса, техническое состояние ходовых частей вагонов и их тормозной системы, качество проведения технического обслуживания и ремонта, конструкция и состояние пути, атмосферные условия.

Дополнительное сопротивление движению действует на поезд не все время и только на отдельных участках пути — уклонах и кривых. Дополнительное сопротивление от уклона (подъема или спуска), вызванное продольным профилем пути, постоянно для данного уклона.

Подъемы и спуски характеризуются величиной уклона — отношением высоты подъема (спуска) к его длине. Уклоны измеряются в тысячных промилях. Чем больше величина уклона, тем большее сопротивление он оказывает движению. Причем сопротивление может быть положительным и отрицательным, т. е. действовать в направлении движения поезда или ему навстречу.

Понятно, что при спуске сопротивление отрицательно, при подъеме — положительно. Сопротивление движению от кривых участков пути всегда положительное и тем больше, чем меньше радиус кривой, т. е. чем больше ее кривизна.

В процессе движения водитель применяет тот или иной режим в зависимости от потребности и дорожной обстановки. Каждый режим движения характеризует комбинация действующих сил. Режим тяги характеризуется действием силы тяги F, развиваемой тяговыми двигателями, и силой сопротивления W, создаваемой силой трения и внешней средой. При этом на поезд действует сила F = F — W. В режиме выбега на поезд действует одна внешняя сила — сопротивление движению W, при этом F ~ = – W. Усилия, создаваемые тормозными устройствами поезда в режиме торможения, направлены, как и силы сопротивления, против движения поезда. В этом случае сила, действующая на поезд, Fa = В – W. Таким образом, в процессе движения поезда участвуют силы тяги F, сопротивления движению W и тормозная сила В. Если силу F&, сообщающую ускорение, выразить как произведение массы и ускорения, то получим уравнение движения поезда в различных режимах: F = та + W — режим тяги; та = -W – режим выбега; та = -В W – режим торможения, где т – приведенная масса поезда. Она несколько больше его физической массы, так как учитывает инерцию не только физической массы, но и вращающихся частей (якорей двигателей, карданных и тяговых передач, колесных пар), которые кроме поступательного движения совершают еще и вращательные движения вокруг своей оси.

Рис. 1. Силы, действующие на поезд:
а – режим тяги, б – режим выбега, в – режим торможения

Реализация сил тяги и торможения. Сцепной вес и коэффициент сцепления. При движении в режиме тяги к колесной паре приложен вращающий момент, созданный вращающим моментом двигателя. Поступательное движение поезда возможно лишь при наличии сцепления движущих колес с рельсами. В точке соприкосновения колеса и пути создается как бы упор, от которого колесо стремится оттолкнуться под действием развиваемого двигателем вращающего момента. Горизонтальная сила реакции пути, приложенная к колесу в точке соприкосновения с рельсами, и является той внешней силой, которая движет поезд. Она передается на раму тележкй через подшипники колесных пар и буксы в виде силы тяги.

Коэффициент сцепления — это коэффициент трения качения тела, находящегося в состоянии покоя. Он показывает, какую часть от силы нормального давления (сцепного веса) составляет сила тяги. Коэффициент сцепления — непостоянная величина, зависящая от погодных условий, материала рельсов и бандажей колес, от их содержания. Например, осенью и в период снегопада условия сцепления колес с рельсами ухудшаются и коэффициент сцепления резко падает. В этом случае при пуске, когда прикладываемая к колесу сила превышает силу сцепления, очень часто возникает буксование колес, т. е. колеса продолжают вращаться, скользя по рельсовому пути, а поступательного движения поезда нет. При этом наблюдается повышенный износ бандажей колес в пути. При буксовании значительно снижается сила тяги, так как сила трения при скольжении колеса относительно пути уменьшается. Поэтому при буксовании на тяжелых подъемах поезд останавливается и не может тронуться с места. Нарушение сцепления может вызвать повреждение электротяговых двигателей и аппаратуры и длительную задержку движения.

Если прикладываемая к колесу тормозная сила превышает максимально возможную, возникает юз — поступательное движение вагона с не-вращающимися колесами. Происходит заклинивание колес и переход от качения к скольжению по рельсу. При юзе уменьшается величина тормозной силы. Юз весьма опасен, поскольку при этом явлении возрастают время торможения и тормозной путь, что может привести к аварии. Кроме того, при скольжении колес происходит местное истирание и образуются выбоины на бандажах колесных пар.

Законы сцепления при тяге и торможении можно сформулировать следующим образом:
1. Сила тяги F или тормозная сила В не должна превосходить максимально возможную силу сцепления Fсц.
2. Если сила тяги F больше максимально возможной силы сцепления F > Fci, то нормальное поступательное движение поезда невозможно — происходит буксование.
3. Если тормозная сила В больше максимальной возможной силы сцепления В > F , то нормальное торможение поезда невозможно — возникает юз.

Итак, в режиме выбега на прямом горизонтальном участке пути сила F , действующая на вагон, равна основному сопротивлению движению. Это используется для измерения величины Н;о- Величина удельного сопротивления Wo движению, характеризуя техническое состояние подвижного состава, систематически контролируется, так как позволяет судить о качестве ремонта и технического обслуживания вагонов.

Контрольные проверки для определения удельного сопротивления движению методом выбега получили наибольшее распространение. Они проводятся следующим образом. Выбирают прямолинейный и горизонтальный участок пути, который отвечает техническим требованиям по содержанию и рихтовке пути, ширине колеи и др. Этот участок 80—100 м разбивают по длине на интервалы и делают нулевую отметку на расстоянии 15—20 м от начала участка — зона разгона. Затем вагон разгоняют и на нулевой отметке выключают двигатели — переходят в режим выбега и измеряют путь по разметкам пути и времени t по секундомеру.