Продольно-динамические усилия в поездах

Из-за конечной скорости тормозной волны в поездах при торможении возникает набегание последующих вагонов на предыдущие, сопровождаемое в несжатом составе серией ударов (ударная волна). Наибольшие усилия в автосцепках Л при этом по исследованиям проф. Б.Л. Карвацкого возникают в начальной фазе торможения (до начала наполнения сжатым воздухом тормозного цилиндра последнего вагона) в последней третьей части поезда и могут быть определены по следующему выражению

где Л - коэффициент, учитывающий предтормозное состояние поезда (растянут, сжат), диаграмму наполнения тормозных цилиндров и износ автосцепок;

Ln - длина поезда, м;

VTa - скорость тормозной волны, м/с;

гц - время наполнения ТЦ, с.

Впоследствии, по мере выравнивания тормозных усилий по длине поезда и его сжатия продольные реакции уменьшаются. Если перед началом торможения, затормаживая локомотив, поезд предварительно сжать, выбрав свободные зазоры в автосцепках, то ударного типа реакций можно избежать, что снижает продольные усилия в 1,5-2,5 раза. В соответствии с этим коэффициент А в выражении (2.25) принимают равным 0,4 в сжатом поезде; 0,65 в растянутом; 1,0 для оценки мгновенных усилий; 3,0 при сильно изношенных автосцепках.

Поскольку коэффициент трения тормозных колодок уменьшается с ростом скорости движения, то наибольшие продольные усилия развиваются при малых скоростях 10-20 км/ч. По условиям прочности автосцепки они не должны превышать 2000-2500 кН, а регулярно действующие при служебных торможениях -1000 кН.

Важнейшей характеристикой тормозной системы поезда является скорость тормозной волны. При разработке воздухораспределителей стремятся максимально облегчить их чувствительную (воспринимающую) часть, чтобы увеличить этот показатель. Однако в рамках зо-лотниково-поршневых конструкций с реальными силами трения требуется перепад давления 0,010-0,015 МПа на чувствительном органе, чтобы он пришел в движение и обеспечил дополнительную разрядку тормозной магистрали, создавая незатухающую тормозную волну. Поэтому, например, воздухораспределители №№ 270-002, 292 не могут реализовать скорость тормозной волны более 200 м/с.

Переход на диафрагменно-клапанные системы с легкой не нагруженной силами трения воспринимающей частью, практически мгновенно реагирующей на малейший перепад давления 0,003-0,005 МПа, позволил ускорить тормозную волну до 300 м/с. При прочих равных условиях, как следует из выражения (2.25), появилась возможность сократить время наполнения тормозных цилиндров при воздухораспределителях № 483 до 25 с, вместо 40 с у предшествующих конструкций BP. Это существенно снижает длину тормозного пути, повышает безопасность движения и создает предпосылки для увеличения скорости поездов и пропускной способности участков железных дорог.

В настоящее время в грузовых поездах скорость тормозной волны по существу достигла своего физического предела, так как вплотную приблизилась к скорости воздушной волны 330 м/с.

Это накладывает ограничения на максимальную длину поездов, тормоза которых управляются по пневматическому каналу. Преобразуя выражение (2.25) и подставляя в него реальные цифровые значения можно определить

R-Vnta 1 ООО • 300 - 25 ,.„.

Ln =-=-«1400 м. (226)

"тг 1-28000 0,19 к '

Таким образом, по продольно-динамическим усилиям существующие тормозные средства позволяют устойчиво управлять поездами из 100 условных груженых вагонов или длиной около 1400 м. Несмотря на пониженные продольно-динамические усилия в порожних поездах, их длина тем не менее ограничена теми же 1400 м по условиям устойчивого движения вагонов в рельсовой колее без выдавливания в кривых участках пути. Так, например, при радиусе кривых 200, 300 и 400 м максимально допустимые сжимающие усилия не должны превышать соответственно 450, 500 и 550 кН.