Тяга поездов: Учебное пособие. Часть 1, страница 36

Торможение может вызвать только внешняя сила, поэтому заменим пару сил В, Sj равновеликой В2, Вя для рассмотрения сил в зоне кон­такта колеса с рельсом. В результате сцепления колеса с рельсом в точ­ке Ог под действием, нагрузки от колесной пары на рельсы П и силы Вя возникает по закону противодействия сила б4- Эти силы равны друг другу. Сила В2 стремится вращать колесо вокруг мгновенного центра вращения Os в противоположном направлении. Эта сила является внешней потому, что в каждый момент контакта колеса с рельсом коле­со закрепляется благодаря силе сцепления в системе пути; следова­тельно, она является тормозной силой. А так как условились относить силы поезда к ободам колес, то в расчетах принимают равную ей силу Bt. Таким образом, тормозная сила одиночной колесной пары

5-фк/С, (6.1) гДе Фн   — коэффициент трения;   /С — сила  нажатия  колодки   на  колесо,   кН.

Очевидно, значения срк и /С определяют тормозной эффект. Рассмот­рим факторы, их определяющие.

Коэффициент трения тормозной колодки. Значение ср„ зависит от материала тормозных колодок, скорости движения и силы нажатия К-Определяют силу нажатия колодок по эмпирическим формулам:

для стандартных чугунных   колодок. С возрастанием скорости увеличивается количество тепла, вы­деляемого в единицу времени, в слоях поверхностей трения развивает­ся высокая температура, материал становится пластичным, поверхно­сти прирабатываются и значение ср„ снижается.

Для того чтобы погасить большой запас кинетической энергии по­езда при высокой скорости, требуется большая тормозная сила, а практически она уменьшается вследствие снижения коэффициента тре­ния. В этом состоит большой недостаток фрикционного торможения. Достоинства композиционных колодок заключаются в том, что значение Фк значительно больше, чем у чугунных колодок, и снижаются с воз­растанием скорости в меньшей степени. Износостойкость в 2—3 раза выше чугунных. К недостаткам относятся: высокая температура нагре­ва колесных пар при торможении вследствие низкой теплопроводности материала колодок, что может способствовать ослаблению бандажей и образованию микротрещин: в зимний период происходит обледе­нение и снижение коэффициента трения. По этим причинам компо­зиционные колодки не применяют на локомотивах.

Из формул (6.2)—(6.4) видно, что значение ср„ уменьшается с увеличением силы нажатия вследствие того, что при неизменяемых раз­мерах колодки возрастает удельное давление, а с его увеличением ко­эффициент трения скольжения снижается. Очевидно, двустороннее нажатие тормозных колодок на колесо позволяет уменьшить удель­ную силу нажатия, что обеспечивает более высокий коэффициент тре­ния. Несмотря на то что с увеличением силы нажатия тормозной колод­ки снижается коэффициент трения, все же главным способом обеспе­чения больших значений тормозной силы является увеличение силы на­жатия, что в свою очередь ограничено силой сцепления тормозных

колес с рельсами.

Сила нажатия тормозной колодки и закон сцепления   при торможении.

Качение колес по рельсам возмож­но, если тормозная сила В не превы­шает силу сцепления колес с рельса­ми г|)к П, т. е. соблюдается условие фк К ^ 1|>к П, где г|зк — коэффициент сцепления колес с рельсами. Если тормозная сила превысит силу сцеп­ления, то произойдет заклинивание колес — наступит юз (скольжение колес по рельсам). Сила трения скольжения колес при юзе <р Я меньше силы сцепления колес при качении г|5„Я вследствие того, что коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя. Но если фк/С = ФКЯ, а г|)к П >

> фЯ, то ф„ /С > фЯ. Таким обра­зом, тормозная сила при юзе меньше тормозной силы при качении.

Опасность и вредные последствия юза состоят в увеличении тормозного пути поезда, в изнашивании рельсов и образовании ползунов на ободах колес вследствие трения между ними, в интенсивном выделении тепла в зоне контакта, резко снижающего проч­ность стали, в возникновении нава­ров на колесе в результате наволаки-вания металла. Во избежание юза установлены ограничительные усло­вия торможения:

<fi(K<^Kn. (6.5)

Неравенство выражает собой закон сцепления при торможении: для обеспечения безопасности движения поездов и предотвращения юза ре­активная сила, создаваемая тормозными средствами на ободах колес, не должна превосходить силу сцепления колес с рельсами.

Из четырех величин, содержащихся в неравенстве (6.5), единст­венно регулируемой является сила /С, поэтому для соблюдения закона сцепления при торможении необходимо ограничить ее значение. На­ибольшая допустимая величина /С определится из равенства -тг = — .

К Фн Отношение б = -^ называют коэффициентом    нажатия,

который представляет собой отношение наибольшей допустимой по сцеплению силы нажатия тормозной колодки к статической нагрузке от колеса на рельс.

При заданном Я предельно допустимые значения б будут зависеть от значений г|)к и фк, а они в свою очередь зависят от скорости и мате­риала колодок.

Совместное рассмотрение функций о|зк (и) и фк(и) (рис. 6.3) приводит к важным выводам: при снижении скорости в процессе торможения зна­чения фк становятся больше г|;к; следовательно, вероятность заклинива­ния колес возникает при низких скоростях; при сравнительно высоких скоростях, наоборот, значения г^к больше фк и, значит, опасность юза исключается, а силу нажатия /С можно увеличить для повышения тор­мозной силы. Возникает проблема установления оптимального значе­ния б во всем диапазоне скоростей от 0 до наибольшей установленной. При этом необходимо также учесть, что в эксплуатации значение Я не является постоянной и зависит от загруженности вагона. Поэтому нормативами МПС установлены допустимые коэффициенты нажатия

для груженого и порожнего режима грузовых вагонов, а также раз­дельно для чугунных и композиционных тормозных колодок. Их зна­чение колеблется от 0,3 до 0,7.

6.3. ПРИВЕДЕНИЕ ТОРМОЗНЫХ ПАРАМЕТРОВ К РАСЧЕТНОМУ ВИДУ И ТОРМОЗНАЯ СИЛА ПОЕЗДА

Тормозная сила поезда слагается из тормозных сил колесных пар Вт = 2В = 1000фк2/С, (6.6)

где 2 К — суммарная сила нажатия колодок, кН; Вт — тормозная сила поез­да, Н.