Тормозная сила поезда.

Торможение поезда осуществляется искусственно создаваемыми силами, направленными против движения и управляемые машинистом.

Основным средством создания таких сил являются тормозные колодки, прижимаемые к ободу колес.

Помимо этого эффект торможения можно создать работой двигателя в режиме интервалов, использующих кинетическую энергию поезда.

Полученную таким образом кинетическую энергию можно возвратить в контактную сеть (рекуперативное торможение) или использовать на нагрев реостатов (реостатное торможение)

На скоростных поездах дополнительно применяются дисковые тормоза, действие которых основано на прижатии колодок к специальным дискам, жестко укрепленных на осях, а также тормозные электромагниты, взаимодействующие с рельсами.

Практически в расчетах при скоростях движения поездов до 160 км./ч. учитывается только тормозная сила, создаваемая прижатием колодок к бандажам колес.

Приложение тормозных сил к движущемуся поезду вызывается необходимостью:

- остановки последнего в определенном месте;

- снижение скорости до заданной величины;

- внезапной остановки поезда.

Силы сопротивления движению поезда.

Силами сопротивления называются возникающие при движении поезда силы, направленные в сторону, противоположную движению.

Силы сопротивления являются неуправляемыми силами.

В России силы сопротивления подразделяются по эксплуатационному признаку:

- силы, всегда действующие, которые называются основным сопротивлением;

- силы, действующие временно, которые называются дополнительным
сопротивлением.

За основное W₀ принимают сопротивление, которое испытывает поезд при движении по прямому горизонтальному пути, при нормальных метеорологических условиях. Это сопротивление слагается из многих сопротивлений, возникающих от ряда причин, разбитых на пять групп:

- сопротивление воздушной среды;

- трение между шейками осей и подшипниками;

- трение качения между бандажами колес и рельсами;

- трение скольжения между бандажами колес и рельсами;

- потери кинетической энергии от ударов в сцепных приборах, на
стыках рельсов и от наличия выбоин на бандажах колес.

Определить каждую составляющую основного сопротивления очень трудно. На практике определяют опытным путем суммарную величину сопротивления движению.

По результатам таких опытов составляют математические формулы для вычисления удельного основного сопротивления движению.

Удельными силами сопротивления движению поезда называются силы сопротивления, отнесенные к единице веса поезда (килоньютон/тонна) и измеряются в Н/кН.

, Н/кН,

где Р – вес локомотива;

Q – вес состава (вагонов).

Соответственно удельная сила сопротивления движению локомотива:

;

а движению состава:

.

Формула удельных основных сил сопротивления движению 4^х осных груженых вагонов на роликовых подшипниках:

, Н/кН.

Тормозные силы должны быть достаточно большими, чтобы их работа могла погасить всю кинетическую энергию движущегося поезда любого веса. Тормозная сила поезда обычно в несколько раз превосходит силу тяги локомотива.

Если к вращающемуся колесу прижать тормозную колодку с силой К, то получим силу трения между колодкой и бандажом F_rp направленную в противоположную сторону вращения

Сила F_ТР равна нормальному давлению К умноженному на коэффициент трения между тормозной колодкой и колесом φ_К, т.е.:

,

где К – сила нажатия колодки в тоннах;

φ_К – коэффициент трения колодки о бандаж сила трения F_ТР создает относительно центра колеса «О» момент, препятствующий вращению:

,

где r – радиус колеса.

Благодаря наличию рельса, в нем момент М_т вызывает реакцию рельса В_т, что приводит к остановке поезда.

Без рельса сила трения F_ТР приведет к прекращению вращения колеса, но не торможению поезда. Поэтому внешняя сила В_т называется тормозной силой колеса.

В расчетах принимают B_Т=F_ТР, т.е.:

.

Эта сила, внешняя по отношению к поезду, приложена от рельса к колесу в сторону противоположную направлению движения.

Тормозная сила поезда от прижатия тормозных колодок к бандажам определяется количеством тормозных колодок в нем. Обозначается В_Т.

Так как каждая тормозная колодка вызывает тормозную силу φ_К*К, то тормозная сила всего поезда определяется уравнением:

, Н.

При определении тормозной силы поезда по этой формуле возникают трудности из-за наличия в поезде вагонов с неодинаковым нажатием колодок на бандажи.

Для упрощения таких расчетов применяется метод приведения. Его сущность в том, что действительные значения коэффициента трения φ_К и силы нажатия колодки на колесо «К» заменяют расчетными φ_КР и К_Р, одинаковыми для всех единиц подвижного состава:

, Н или .

Отсюда удельная тормозная сила:

, Н/кН.

Величина , Н/кН называется удельным тормозным коэффициентом поезда.

Этот коэффициент показывает, какая величина силы нажатия колодок на бандажи колес приходится на единицу веса (кН) поезда. Для грузовых поездов, если уклон не круче 20⁰/₀₀, тормозную силу локомотива не учитывают, т.е.

Приведенный коэффициент трения определяется по формуле (для различных колодок разные):

для стандартных, чугунных колодок:

.

Расчетные нормы нажатия тормозных колодок ΣK_P на каждые 100м массы поезда помещается в приложениях к служебному расписанию поездов.

На участках с уклоном не круче 10⁰/₀₀ установлено нажатие тормозных колодок на 100м массы:

– для грузовых поездов, следующих со скоростью не более 80 км./ч. – 330 кН (33т);

– для пассажирских поездов при скорости не выше 120 км./ч. – 600 кН
(60т).

Тормозные коэффициенты при этом равны соответственно:

θ_ГР=330 Н/кН; θ_ПАС=600 Н/кН.

В зависимости от степени разрядки тормозной магистрали различают :

– экстренное;

– полное служебное;

– служебное торможение.

В расчетах с учетом экстренного торможения (при определении тормозного пути автостопного торможения) значения расчетного тормозного коэффициента принимаются равными его полной величине.

В расчетах связанных с расстановкой светофоров, учитывается полное служебное торможение при котором тормозной путь коэффициент принимается равным 0,8 его полной величины.

При построении кривой скорости, тормозная сила определяется по служебному торможению, для которого тормозной коэффициент принимается равным 0,5*V – для грузовых поездов и 0,8*V – для пассажирских.