Урок №20 Силы, которые действуют на тормозную колодку и колесо

Тормозной силой называют регулируемую силу, которая имеет направление, противоположное направлению скорости движения и создается тормозными средствами.

Действующие на колесные пары тормозные силы создаются внутри поезда, но действуют на него как внешние силы, приложенные в местах контактов колес с рельсами. При фрикционном магнитно-рельсовом тормозе тормозная сила создается непосредственно в местах контакта тормозных башмаков с рельсами.

В результате трения тормозных колодок о колеса возникает касательная сила, равная произведению силы нажатия колодки на коэффициент трения (рис. 3);

Т = φ_кК(φ– фи)

В точку контакта колеса с рельсом эта сила передается за вычетом части, уравновешиваемой силами инерции вращательно движущихся масс I. Таким образом, тормозная сила, действующая между колесом и рельсом,

B_Т = T- I = φ_кК – I(I йота)

При торможении с постоянной скоростью, например, на спуске I =0.

Тормозная сила B_Т, не должна превышать силу сцепления между колесом с рельсом, равную произведению вертикальной нагрузки на ось на коэффициент сцепления, т. е.

B_Т ≤ qψ_к (q - ку) (1)

Выражение (1) характеризует ограничение величины тормозной силы условиями сцепления. Величина коэффициента сцепления ψ_к зависит в основном от наличия смазки, влаги, загрязнений на контактирующих поверхностях, степени их износа, фактической площади контакта, осевой нагрузки, скорости движения и др. Величина q при движении является переменной, изменяющейся в определенной области. Ее мгновенные значения зависят от статической осевой нагрузки, вертикальных динамических колебаний подвижного состава, вызываемых неровностями пути, перераспределения нагрузки на колеса в процессе торможения от действующих на подвижной состав сил инерции. Наиболее неблагоприятные условия для сцепления колес с рельсами возникают при колебаниях, когда собственная частота колебаний совпадает с частотой возмущающей силы и происходит максимальная разгрузка колес.

Рис. 3. Схема сил, действующих на колесо при торможении

Расчет допускаемых значений тормозной силы ведут по статической осевой нагрузке, .учитывая динамические условия в величине принимаемого коэффициента сцепления, который определяется экспериментально. Для условий дорог Украины расчетный коэффициент сцепления определяют по формуле

ψ_к = [0,17-0,00015(q-50)] f(v), (q - ку) (2)

где q — осевая нагрузка, кН;

f (v) —функция скорости (рис. 4).

Рис. 4. Функция скорости для определения (φ_к):

1 — пассажирский подвижной состав и вагоны на тележках пассажирского типа; 2— локомотивы; 3 — грузовые вагоны

В табл. 1. приведены значения расчетных коэффициентов сцепления для различных видов подвижного состава при скоростях движения, принимаемых для проверки отсутствия заклинивания колесных пар.

Не при всех условиях эксплуатации возможна реализация расчетного коэффициента сцепления. При каждом торможении имеется некоторая вероятность нарушения сцепления колес с рельсами. Эта вероятность тем больше, чем выше эффективность торможения.

Таблица 1.

Тип подвижного состава	Расчетна скорость,км/ч	Расчетный коэффициент сцепления при нагрузке от колесной пары на рельсы. кН
Пассажирские, изотермические вагоны, вагоны электро- и дизель-поездов   Грузовые вагоны     Локомотивы		0,140 0,110 0,106 0,101 0,131 0,097 0,092 — — —	0,135 0,107 0,102 0,097 0,125 0,094 0,090 — — —	0,130 0,102 0,098 0,094 0,121 0,090 0,085 0,132 0,097 0,087	0,124 0,097 0,094 0,090 0,116 0,086 0,081 0,126 0,093 0,083	— — — — 0,110 0,081 0,070 0,119 0,088 0,078

Поэтому при больших ступенях торможения приводят в действие песочницу: наличие на рельсах песка улучшает условия сцепления. При значительном проскальзывании колес по рельсам вследствие возникновения высоких температур и уменьшения прочностных характеристик стали возможен сдвиг металла на поверхности катания (так называемый навар) или при полном скольжении (движении юзом) может образоваться ползун (плоское пятно). В некоторых случаях при кратковременном юзе износ колеса в виде ползуна не происходит, но на поверхности катания может появиться хрупкий мартенситный слой, который впоследствии выкрашивается и на его месте получается выщербина.

Законспектировать и ответить на вопросы:

Что такое тормозная сила?

Какие силы действуют на колесо?

Какие силы действуют на тормозную колодку?