Лекций 1
Тема – «Основы торможения».
Цель: Изучить назначение тормозов подвижного состава и принципы образование тормозной силы, причины заклинивания колесных пар, параметры тормозного пути, историю развития тормозов.
План:
1. Назначение тормозов подвижного состава и образование тормозной силы.
2. Коэффициент сцепления и коэффициент трения.
3. Действительная и расчетная сила нажатия тормозных колодок.
4. Заклинивание колесных пар.
5. Тормозной путь.
6. Краткая история развития тормозов.
Рекомендуемая литература:
Автоматические тормоза подвижного состава. Курилкин Д.Н., Панченко М.Н., Базилевский Ф.Ю., Грачев В.В., Грищенко А.В.
Контрольные вопросы:
1. Объясните назначение тормозов подвижного состава.
2. Что такое коэффициент сцепления колеса с рельсом. Объясните процесс его образования.
3. Что такое коэффициент трения.
4. От чего зависит действительный коэффициент трения и как он определяется.
5. Объясните зачем введен расчетный коэффициент трения и как он определяется.
|
|
6. Образование действительной силы нажатия колодки на колесо.
7. Расчетная сила нажатия колодки на колесо, как определяется и для чего введена.
8. Условие безъюзового торможения.
9. Явление юза. Как и почему возникает. В чем заключается опасность возникновения юза.
10. Определение тормозного пути. Действительный и подготовительный тормозной путь. Основные расчетные соотношения.
11. Когда возникли тормоза на подвижном составе.
Назначение тормозов подвижного состава и образование тормозной силы.
Назначение тормозов подвижного состава.
Для остановки поезда при движении его на прямом горизонтальном участке пути достаточно просто выключить тяговые двигатели локомотива (перевести гидропередачу в режим холостого хода), и через определенный промежуток времени поезд остановится благодаря естественным силам сопротивления движению поезда. Однако, в этом случае, за счет силы инерции поезд пройдет значительное расстояние, прежде чем остановиться. Для сокращения этого расстояния необходимо искусственно увеличить силы сопротивления движению поезда.
Устройства, применяемые в поездах для искусственного увеличения сил сопротивления движению, называются тормозными устройствами (тормозами), а силы, создающие искусственное сопротивление, — тормозными силами.
Тормозные силы и силы сопротивления движению гасят кинетическую энергию движущегося поезда. Наиболее распространенным средством для получения тормозных сил является колодочный тормоз, при котором торможение осуществляется прижатием колодок к вращающимся колесам, благодаря чему возникают силы трения между колодкой и колесом. При трении колодок о колеса происходит разрушение мельчайших выступов поверхности, а также молекулярное взаимодействие микронеровностей контактирующих поверхностей. Трение тормозных колодок можно рассматривать как процесс превращения механической работы сил трения в тепло.
|
|
Образование тормозной силы.
Если к катящемуся по рельсу колесу, нагруженному силой (рис.1.1), прижать тормозную колодку с силой, то между поверхностью катания колеса и колодкой возникнет сила трения, где — коэффициент трения между колодкой и колесом.
Рис.1.1 | Со стороны колеса на колодку и далее на подвеску, раму и буксу действует реактивная сила, равная силе и противоположно направленная. Сила по отношению к колесу является внутренней силой, которая сама по себе не может произвести торможение; она создает момент, направленный против вращения колеса. Под действием момента в точке а контакта колеса с рельсом возникает сила, действующая на рельс со стороны колеса и стремящаяся сдвинуть его. Внешняя сила, действующая па колесо со стороны рельса, численно равная силе и направленная в сторону, обратную движению, и является тормозной силой:. |
Момент силы трения, направленный против вращения колеса, называется тормозным моментом:
.
Таким образом, тормозная сила реализуется в точках контакта колес с рельсами.
Коэффициент сцепления и коэффициент трения.
Качение колеса по рельсу происходит за счет силы сцепления действующей между ними и приложенной в точке контакта:
где — коэффициент сцепления.
Между колесом и рельсом на контактируемых площадях давление достигает 12 — 15 тыс. кгс/см2. В зоне контакта происходит механическое вдавливание и молекулярное притяжение контактируемых поверхностей. Таким образом, сцепление колес с рельсами физически представляет процесс, при котором происходит преодоление механического зацепления и молекулярного притяжения контактируемых поверхностей.
Коэффициент сцепления, равный отношению максимально возможной силы сцепления к действительной нагрузке колеса на рельс, зависит от состояния поверхности рельсов и колес, от нагрузки колеса на рельс и скорости движения. Для грузовых вагонов при скоростях от 20 до 120 км/ч и нагрузке колесной пары на рельс от 6 до 22 тс (от 60 до 220 кН) коэффициент сцепления изменяется от 0,13 до 0,07 и для пассажирских при скоростях от 40 до 160 км/ч — от 0,14 до 0,09. Во время тумана, росы, при моросящем дожде, особенно при образовании на рельсах инея и загрязненных рельсах, коэффициент сцепления уменьшается и может быть менее 0,04. При сильном дожде, когда рельсы чистые, коэффициент сцепления остается таким же, как и при сухих рельсах. При входе колес в кривые участки пути и при выходе из них уменьшается на 5-10%. Коэффициент сцепления повышается до при подсыпке песка на рельсы и различных способах очистки их. Расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами определяется по формуле
;
где - нагрузка от колесной пары на рельсы (осевая нагрузка), кН;
- функция скорости, параметры которой зависят от типа подвижного состава.
Значения расчетных коэффициентов сцепления для разных типов подвижного состава при скоростях движения, принимаемых для проверки отсутствия заклинивания колесных пар приведены в табл.1.1.
Таблица №1.1. Расчетные коэффициенты сцепления для различных типов подвижного состава.
Тип подвижного состава | Расчетная скорость, км/ч | Значение функции f(v) | Расчетный коэффициент сцепления при нагрузке от колесной пары на рельс, кН | ||||
Пассажирские и изотермические вагоны, вагоны электро- и дизельпоездов | 0,70 | 0,140 | 0,135 | 0,130 | 0,124 | - | |
0,55 | 0,110 | 0,107 | 0,102 | 0,097 | - | ||
0,53 | 0,106 | 0,102 | 0,098 | 0,094 | - | ||
0,51 | 0,101 | 0,097 | 0,094 | 0,090 | - | ||
Грузовые вагоны | 0,71 | 0,131 | 0,125 | 0,121 | 0,116 | 0,110 | |
0,52 | 0,097 | 0,094 | 0,090 | 0,086 | 0,081 | ||
0,47 | 0,092 | 0,090 | 0,085 | 0,081 | 0,070 | ||
Локомотивы | 0,65 | - | - | 0,132 | 0,126 | 0,119 | |
0,49 | - | - | 0,097 | 0,093 | 0,088 | ||
0,46 | - | - | 0,087 | 0,083 | 0,078 |
Величина коэффициента трения тормозной колодки зависит от многих факторов: материала колодки, скорости движения, удельного давления колодки, материала колеса, состояния рельсов и др. Коэффициент трения показывает, какую часть от силы нажатия составляет сила трения. Для чугунных стандартных тормозных колодок действительный коэффициент трения определяется из соотношения:
;
где — сила нажатия на колодку, кН; — скорость движения поезда, км/ч.
Для композиционных колодок используется соотношение:
.
На рис.1.2 и рис.1.3 приведены зависимости действительных коэффициентов трения чугунных и композиционных колодок от скорости движения при различных нажатиях на колодку.
|
|
Рис.1.2. |
Рис.1.3. |