2.1. Тормозная сила. Условия ее возникновения и реализации

В процессе движения поезда на него действует множество внешних и внутренних сил различных по величине и направлению. Четыре из них используют в качестве основных для оценки изменения скоро-

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

сти в дифференциальном уравнении движения поезда где £ — ускорение поезда под действием удельной ускоряющей (замедляющей) силы равной единице, кН-км/Н*ч2 (для грузовых и пассажирских поездов £ = 120);

у — коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс (для вагонов 7 составляет от 0,03 до 0,09, для локомотивов у изменяется от 0,2 до 0,14);

_/к — удельная сила тяги, Н/кН (диапазон изменения для поездов от 0 до 15 Н/кН);

Ь1 — удельная тормозная сила, Н/кН (от 0 до 100 Н/кН);

~и>0 — удельное основное сопротивление движению поезда, Н/кН (от 2 до 5 Н/кН);

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

Рис 2.1. Схема сил, действующих на затормаживаемое колесо

/с — удельная сила от уклона, Н/кН (для магистральных железных дорог 1 и 2 категорий ±15 %о ~ ±15 Н/кН).

Таким образом, тормозные силы, развивающиеся в поезде, являются наибольшими и обеспечивают замедление грузовых составов — от 0,1 до 0,4 м/с2, пассажирских — от 0,3 до 0,6 м/с2, электропоездов — от 0,5 до 0,8 м/с2, высокоскоростного подвижного состава — от 0,8 до 1,5 м/с2. Это позволяет осуществить остановку поездов с установленных скоростей движения за время около одной минуты в пределах 800 -1000 м тормозного пути.

Изменение скорости движения при этом осуществляется за счет внешних сил, реализуемых между колесом и рельсом при торможении, но развиваемых как внутренние на подвижном составе в соответствии с рис. 2.1. На нем показана простейшая рычажная передача с тормозным цилиндром (ТЦ), в который подается сжатый воздух под давлением Ри. Действуя на поршень ТЦ, он развивает силу которая через рычаг вызывает прижатие тормозной колодки к колесу с усилием К1

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

гдеРц — давление воздуха в ТЦ, МПа;

du — диаметр тормозного цилиндра, м;

тг|ц ■— коэффициент полезного действия (кпд) ТЦ;

F, — усилие отпускной пружины ТЦ, кН;

а, б —длина плеч рычага, м;

■г|п — кпд рычажной передачи.

Для улучшения условий отвода тормозных колодок от колес после торможения их размещают на 40—50 мм ниже центра колеса. При этом, в общем случае, направление силы /С не совпадаете линией, соединяющей центры колеса и колодки. Проекция на эту линию вектора К1 дает его нормальную составляющую К = К" cos а, создающую силу трения />, направленную по касательной к колесу, против его вращения и численно равную

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

где фк — действительный коэффициент трения тормозной колодки.

Угол а между горизонтальной осью колеса и линией, соединяющей его центр с осью тормозного башмака, называют углом наклона тормозной колодки. На вагонах он обычно составляет 10\ на локомо-

тивах около 30"'. В соответствии с рис. 2.1 угол (3 между подвеской и линией, соединяющей оси колеса и башмака, является углом подвешивания колодок и определяет величину их дополнительного увеличения или снижения нажатия в зависимости от направления вращения колес

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

Угол р стремятся сделать равным, или близким 90° для среднеизно-шенных колодок. С этой целью размер длины подвески (а + 6) принимают не менее 0,8 радиуса колеса.

При замедлении колеса возникает сила инерции ^и, стремящаяся продолжить его вращение

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

где со — угловая скорость вращения колес, рад/с; т — масса колесной пары, т;

р — радиус инерции (для колесных пар подвижного состава р составляет от 0,74 до 0,8 Я).

Поскольку силы К", К, ^ и ^и являются внутренними, то они не могут изменить количество движения транспортного средства. Однако, разница сил ^ - ^и, перенесенная по законам механики в место контакта колеса с рельсом, незамедлительно вызывает возникновение соответствующей внешней силы сцепления направленной против движения. Ее и называют тормозной силой В,, останавливающей подвижной состав. Таким образом, регулируемая нажатием тормозных колодок, реализуемая в месте контакта колеса с рельсом и направленная в сторону, противоположную движению, сила, является тормозной

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

При сравнительно небольших замедлениях поездов силу Т7,, приравнивают к нулю, получая таким образом

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

Различают реализуемую в соответствии с выражением (2.6) и потенциальную (максимальную) силы сцепления Feu ma» колес с рельсами

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

где q0 - нагрузка, передаваемая от колеса на рельс, кН;

Фкпвх — потенциальный коэффициент сцепления колес с рельсами.

* Чтобы при торможении колесо не проскальзывало по рельсу, необходимо соблюдать условие безъюзового торможения, согласно которому сила трения должна быть меньше, или равна потенциальной силе сцепления

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

При равенстве этих сил колесо продолжает вращаться за счет силы инерции, не вошедшей в выражение (2.9) в явной форме. В юзе, когда происходит потеря скорости вращения колеса за пределами упругого скольжения по рельсу (более 2%), а особенно в его конечной стадии — блокированном состоянии (при остановке вращения колеса), оно может повредиться и получить ползун. Глубина последнего лимитирована и для колесных пар с подшипниками качения не должна превышать одного миллиметра. Кроме того, при движении колеса в блокированном (заклиненном) состоянии длина его тормозного пути возрастает в 1,5—2,0 раза.

С ростом скорости движения и силы, воздействующей на трущиеся тела, коэффициенты их трения-сцепления уменьшаются. Это происходит в соответствии с молекулярно-механической (адгезионно-деформационной) природой указанных процессов, разработанной отечественными учеными И.В. Крагельским, Б.В. Дерябиным и другими.

Согласно этой теории трение, или сцепление вызываются двумя процессами: взаимным зацеплением шероховатостей, выступов (механическая составляющая) и молекулярным взаимодействием, образующим адгезионные мостики (молекулярная составляющая). Последний процесс усиливается с течением времени. Известно, например, если два отполированных бруска из цветных металлов прижать друг к другу и оставить надолго, то они срастутся (холодная сварка).

В этой связи, обобщенные эмпирические формулы для вычисления коэффициентов трения тормозных колодок, а также коэффициента сцепления колес с рельсами имеют следующий вид

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

где V— скорость движения, км/ч;

а, Ь, с, d, e,f— коэффициенты соответственно равные для чугунных тормозных колодок - 0,6; 1,6; 100; 8; 100; 5; для композиционных колодок—0,44; 1; 20; 4; 150; 2.

Рост А' или <70 увеличивает суммарную площадь контактных пятен трущихся тел (а значит, силу трения или сцепления), но в меньшей степени, чем повышение нагрузки, из-за сил упругого взаимодействия металлов. Поэтому коэффициенты фк и фк зависят от Ки q0 обрат-нопропорционально. Так как темпы роста последних опережают соответствующее снижение фь и фк, то силы Р и в итоге возрастают

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

Максимально допустимое нажатие тормозных колодок ЛГша![ при равенстве сил в выражении (2.9) находят по формуле

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

т, — число колодок, действующих на колесную пару. Непрерывное увеличение силы нажатия тормозной колодки приводит к нарушению условия безъюзового торможения (2.9) и не создает аналогичного роста тормозной силы £т при повышенном скольжении колес. Как видно из графиков на рис. 2.2, полученных опытным путем Гальтоном, после точки 51гаах наступает срыв сцепления и юз колесной пары, за доли секунды переводящий ее в блокированное состояние с существенной потерей тормозной эффективности. Процесс изменения силы сцепления при повышенном скольжении определяется характеристикой сцепления колес с рельсами.

Автоматические тормоза подвижного соостава. В.Р.Асадченко

Предыдущая Оглавление Следующая

Рекомендуемый контент: