|
ТЕМА 2
В процессе движения поезда на него
действуют силы, различные по своему характеру и направлению. Различают силы
внешние (например, сила сопротивления движению от уклона) и внутренние (
например, сила трения в моторно-осевых подшипниках). Внешние силы можно
разделить на управляемые ( сила тяги) и неуправляемые (силы сопротивления
движению). В зависимости от соотношения управляемых и неуправляемых сил,
поезд может двигаться ускоренно, замедленно или с равномерной скоростью.
Сила тяги – внешняя движущая сила, которая
создается тяговыми электродвигателями локомотива во взаимодействии с
рельсами. Она приложена к ободу колес в направлении движения. Для остановки
поезда необходимо исключить действие силы тяги, т.е. отключить тяговые
двигатели. Однако поезд продолжит движение по инерции за счет накопленной
кинетической энергии и до полной остановки пройдет значительное расстояние.
Чтобы обеспечить остановку поезда в требуемом месте или снижение скорости
движения на определенном участке следования, необходимо искусственно
увеличить силы сопротивления движению.
Устройства, применяемые в поездах для
создания искусственного сопротивления движению, называются тормозами, а силы,
создающие искусственное сопротивление движению, - тормозными силами.
Тормозные силы и силы
сопротивления движению гасят кинетическую энергию движущегося поезда.
Для торможения подвижного состава к нему должны
быть приложены внешние силы от неподвижных рельсов. Действие этих сил должно
быть направлено против направления движения поезда.
В точке А
сила трения отсутствует, а действует только сила сцепления от нагрузки на ось
колесной пары Рк, которая
образуется за счет взаимодействия микроскопических неровностей на
поверхностях колеса и рельса.
Нажатие на вращающееся колесо колодки с силой К вызывает появление силы трения В между колодкой и колесом, которая
действует от колодки на колесо против его вращения, т. е. стремится
остановить это вращение. Тормозить поступательное движение поезда сила трения
В не может, так как это внутренняя
сила по отношению к поезду - колодка является частью самого поезда и движется
вместе с ним. Сила трения В
вызывает тормозной момент Мт,
направленный против вращения колесной пары. В точке А контакта колеса с рельсом тормозной момент раскладывается на
две составляющие – это силу сцепления колеса с рельсом В и тормозную силу Вт.
Под действием внутренней силыВ
колесо начинает «цепляться» за рельс в точке контакта А.
Сила В
стремится сдвинуть рельс за собой по ходу движения поезда. Так как рельс
прикреплен к шпалам, то он остается неподвижным. В свою очередь, неподвижный
рельс тормозит катящееся по нему колесо с силой Вт, являющейся реакцией рельса на силу В. Сила Вт является
внешней силой по отношению к поезду и направлена против направления его
движения, поэтому она является тормозной силой.
Схема разложения скоростей на движущемся колесе
Для торможения подвижного состава к нему
должны быть приложены внешние силы от неподвижных рельсов. Действие этих сил
должно быть направлено против направления движения поезда. Рассмотрим
кинематику катящейся колесной пары. Она совершает сложное движение, состоящее
из двух простых (рис. 1.1): прямолинейное движение вдоль пути вместе со всем
поездом со скоростью V км/ч и вращательного w вокруг собственной оси О.
Вращательное движение обусловлено сцеплением колес с рельсами в точках их
контактов О1 . Это сцепление происходит под действием вертикальной нагрузки
q. Окружная скорость вращения колеса на поверхности качения равна
поступательной скорости поезда, т.е. V км/ч. В точке колеса О2, находящейся в
данное мгновение в самом верхнем положении, поступательное и вращательное
движения направлены в одну и ту же сторону - вперед (по ходу движения
поезда), поэтому скорости поступательного и вращательного движения
складываются, и мгновенная абсолютная скорость колеса в этой точке
оказывается V + V = 2V, т. е. вдвое больше скорости поезда. Нижняя точка О1,
находящаяся в сцеплении с рельсом, в каждый момент времени качения колеса
оказывается неподвижной (- V + V = 0). В течение этого мгновения колесо как
бы поворачивается вокруг точки сцепления О1, которая в механике называется
«мгновенный центр поворота». Таким образом, колесо в точке его сцепления с
рельсом катится по нему вперед и с такой же скоростью вращается обратно. Это
означает, что в точке О1 сила трения отсутствует, а действует только сила
сцепления, которая образуется за счет взаимодействия микроскопических
неровностей на поверхностях колеса и рельса, а также за счет силмолекулярного
притяжения, возникающих под действием нагрузки q, значение которой достигает
15 кгс/см2.
Вопросы:
1.
Какие силы действуют в
процессе движения поезда
2.
Схема
разложения скоростей на движущемся колесе
Лекция 2.1.
Важной характеристикой тормоза
является его способность максимально использовать коэффициент сцепления колес
с рельсами. Неполное использование сцепления имеет место в процессе
наполнения тормозных цилиндров, то есть когда тормозная сила еще не достигла
максимальной величины. Поэтому при допустимых условиях по величинам
продольных динамических усилий в поезде и заклиниванию колесных пар стремятся
к минимальному времени наполнения тормозных цилиндров.
Коэффициент сцепления уменьшается с
ростом скорости движения, что вызывает необходимость изменения тормозной силы
(в первую очередь для подвижного состава, оборудованного чугунными тормозными
колодками). Для грузовых тормозов большое значение в использовании сцепления
имеет соответствие между величиной тормозной силы и весом вагона, поскольку
сила сцепления зависит от нагрузки от колесной пары на рельс. Поэтому с целью
исключения заклинивания колесных пар применяется весовое и скоростное
регулирование величины тормозной силы.
Весовое
регулирование. Соответствие между величиной
тормозной силы и весом вагона в тормозах грузового типа достигается ручным
переключением режимов торможения или применением на грузовых вагонах
авторежимов, которые автоматически регулируют тормозное нажатие в зависимости
от загрузки вагона. Воздухораспределитель грузового типа имеет три режима
торможения: порожний, средний и груженный. Переключение режимов выполняется
вручную в зависимости от загрузки вагона, приходящейся
А - порожний режим, Б - средний режим, В - груженый режим
У грузовых вагонов оборудованных чугунными тормозными
колодками, воздухораспределители необходимо включать:
·
на груженый режим при загрузке вагона более 6 тс на
ось,
·
на средний режим при загрузке от 3 до 6 тс на ось
(включительно),
·
на порожний - менее 3тс на ось.
У грузовых вагонов оборудованных композиционными
тормозными колодками, воздухораспределители необходимо включать:
·
на порожний режим при загрузке на ось до 6 тс
включительно,
·
на средний - при загрузке на ось более 6 тс.
Применение на других грузовых вагонах с композиционными
колодками груженого режима допускается в случае отдельного указания ОАО
«РЖД» для конкретных типов вагонов или приказа начальника дороги на основании
опытных поездок на конкретных участках дороги при осевой нагрузке вагонов не
менее 20 тс.
У вагонов, оборудованных авторежимом
или имеющих на кузове трафарет "однорежимный",воздухораспределитель должен включаться:
·
при чугунных колодках - на груженый режим,
·
при композиционных колодках - на средний режим или
на груженый в случаях, перечисленных выше. Включение на этих вагонах воздухораспределителей
на порожний режим запрещено.
У воздухораспределителей рефрижераторных вагонов режимы
включаются в следующем порядке:
·
автотормоза всех вагонов с чугунными колодками, в
том числе грузовых вагонов со служебным отделением в 5-ти вагонной секции,
включаются в порожнем состоянии на порожний режим,
·
при загрузке до 6 тс на ось (включительно) на
средний режим,
·
при загрузке более 6 тс на ось - на груженый режим
торможения.
Автотормоза служебных, дизельных и машинных вагонов, в том
числе
грузовых вагонов с дизельным отделением 5-ти вагонной
секции, должны включаться на средний режим с закреплением переключателя.
Скоростное
регулирование тормозной силы. Изменение
тормозной силы при уменьшении коэффициента сцепления при высоких скоростях движения
сводится к увеличению нажатия на колодку за счет повышения давления в
тормозном цилиндре.
График зависимости тормозной силы от скорости движения поезда при
скоростном регулировании тормозной силы
В процессе уменьшения скорости при торможении
переключение с высокого нажатия (К2) на пониженное (К1) выполняется
автоматически специальными скоростными регуляторами при достижении конкретной
скорости перехода (например, при V=50 км/ч). Регулятор устанавливается на
буксе колесной пары тележки. Регулирование тормозной силы осуществляется в
случае применения полного торможения. При полных торможениях и малых
скоростях движения величина тормозной силы может превысить значение силы
сцепления Вс колеса с рельсом, что резко повышает
вероятность заклинивания колесных пар.
Вопросы:
1.
Какие силы действуют в
процессе движения поезда
2.
Скоростное
регулирование тормозной силы
|