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.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.