2. Что такое коэффициент трения?

3. Что такое коэффициент сцепления колеса с

рельсом? От каких факторов он зависит.

Вопрос 1. Условия возникновения тормозной силы.

Различают три основных режима движения поезда: тяга, выбег и торможение. В режиме тяги (контроллер включен) на поезд действуют сила тяги локомотива и сила сопротивления движению; в режиме выбега – (контроллер включен) – силы сопротивления движению; в режиме торможения – силы сопротивления движению и тормозные. Кроме того. Во всех режимах следует учитывать силу инерции (свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения).

Умело регулируя силы тяги и торможения, учитывая инерцию поезда и сопротивление его движению, машинист добивается плавного разгона поезда, ведения его строго по расписанию и обеспечивает остановку в требуемом месте.

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 прямолинейное движение вдоль пути вместе со всем поездом со скоростью V км/ч и вращательного 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».

Т аким 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 сил молекулярного притяжения, возникающих под действием нагрузки q, значение которой достигает 15 кгс/см².

Теперь рассмотрим силовые процессы, происходящие после прижатия колодки к катящемуся колесу. Нажатие на вращающееся колесо колодки с силой К вызывает появление силы трения Т 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 Т не может, так как это внутренняя сила по отношению к поезду - колодка является частью самого поезда и движется вместе с ним.

Однако под действием внутренней силы Т, колесо начинает «цепляться» за рельс в точке контакта О₁. Возникает сила сцепления колеса с рельсом В, равная по величине силе Т. Сила В стремится утащить рельс за собой (сдвинуть его по ходу движения поезда). Так как рельс прикреплен к шпалам, то он остается неподвижным (в путевом хозяйстве хорошо известно явление угона рельсов под действием сил сцепления В). Особенно интенсивно угон рельсов происходит в местах, где обычно производится служебное торможение поездов. В свою очередь, неподвижный рельс тормозит катящееся по нему колесо с силой В_т, являющейся реакцией рельса на силу В. Сила В_т является внешней силой по отношению к поезду и направлена против направления его движения, поэтому она является тормозной силой.

Тормозная сила выполняет еще одну важную функцию: являясь реакцией рельса на силу Т и направленная по направлению вращения катящегося колеса, она уравновешивает эту силу трения Т, заставляя колесо продолжать вращение, препятствуя переходу колесной пары на юз.

Внутреннее сопротивление подвижного состава. Оно, прежде всего, зависит от силы трения в буксовых подшипниках колесных пар и определяется типом и состоянием подшипников, качеством и количеством смазки, температурой наружного воздуха (влияет на вязкость смазки), скоростью движения поезда и давлением подшипника на шейку оси. В роликовых буксовых подшипниках вместо трения скольжения действует трение качения, что приводит к уменьшению сил трения при трогании с места в несколько раз. Внутреннее сопротивление у электровоза обусловлено также трением в зубчатой передаче, в якорных и моторно-осевых подшипниках, между щетками и коллекторами тяговых двигателей и т.п. Внутреннее сопротивление уменьшается при правильном уходе и исправном состоянии этих узлов.

Сопротивление от взаимодействия пути и подвижного состава. Оно возникает в результате трения качения и трения скольжения между колесами и рельсами. При большей твердости материала колес и рельсов они меньше вдавливаются друг в друга, и трение качения уменьшается; применение без стыкового пути и рельсов более тяжелого типа также уменьшает это трение. Трение скольжения между колесом и рельсом возникает при неравенстве диаметров колес одной колесной пары, соприкосновении гребней бандажей с боковыми гранями головок рельсов и поперечном скольжении во время виляния тележек. Чем выше скорость, тем больше препятствуют движению эти явления.

Необходимо учитывать также толчки от набегания колес на торцы рельсов на стыках. Это сопротивление может быть снижено улучшением содержания полотна железной дороги и рельсов, а также увеличением длины рельсов. При вертикальном перемещении ходовых частей энергия движения затрачивается также на трение букс о направляющие и работу рессор, а значит, вызывает сопротивление движению. Неровности рельсов или бандажей (выбоины, овальность) также увеличивают сопротивление движению.

Сопротивление воздушной среды. Оно вызывается давлением воздуха на лобовую поверхность подвижного состава, разрежением воздуха за задней торцевой стенкой последнего вагона и трением поверхности подвижного состава о воздух. На величину этого сопротивления наибольшее влияние оказывают скорость движения поезда, форма вагонов и локомотива.