Вопрос 3 . Коэффициент сцепления.

Качение колеса по рельсу без проскальзывания происходит за счет силы сцепления В_с, действующей со стороны рельса на колесо в точке их контакта.

Вс

=

q

*

φк

( 1.3 )

где: q - осевая нагрузка;

φ_к - коэффициент сцепления между колесом и рельсом.

Сцепление колес с рельсами представляет сложный процесс, при котором происходит преодоление механического зацепление микронеровностей поверхностей колеса и рельса и их молекулярного притяжения.

Коэффициент сцепления зависит в основном от осевой нагрузки. состояния поверхностей колеса и рельса, скорости движения, площади контакта, типа тягового привода и может изменяться в широких пределах (0.04 - 0.30). Наиболее неблагоприятное сцепление имеет место при моросящем дожде, образовании на рельсах инея или при загрязнении рельсов перевозимыми нефтепродуктами, смазкой, торфяной пылью. Простым и эффективным способом повышения коэффициента сцепления является подача песка под колесные пары.

УРОК № 3.

Тема: Причины заклинивания колесных пар.

Тормозной путь и его элементы.

Вопросы: 1. Условия безъюзового движения колеса.

2. Причины заклинивания колесных пар.

3. Тормозной путь и его элементы.

Вопрос 1. Условие безъюзового торможения.

Явление, когда колесо прекращает свое вращение и начинает скользить по рельсу при продолжающемся движении поезда, называется заклиниванием или юзом.

Как правило, заклинивание колесной пары не происходит мгновенно. Предварительно колесная пара начинает проскальзывать, скорость ее становится меньше поступательной скорости подвижного состава. Это приводит к увеличению тормозной силы В_т за счет повышения коэффициента трения φ_к . В точке к контакта колеса с рельсом кинетическая энергия превращается в тепловую, что может привести к сдвигу' металла на поверхности катания колеса при проскальзывании (образование навара) или образованию овальной площадки (ползуна) при скольжении. Поэтому максимальная величина тормозной силы ограничивается условиями сцепления колес с рельсами. Следовательно, во избежание юза максимальное тормозное нажатие принимают таким, чтобы тормозная сила не превышала силу сцепления колеса с рельсом. Для этого должно выполняться правило:

Втmax

≤

Вс

или

φк * К

=

Ψк * q

,

( 1.4)

где:

φ_к - коэффициент трения;

К - сила нажатия колодок на ось;

Ψ_к - коэффициент сцепления колеса с рельсом;

q - осевая нагрузка.

В этом случае максимальное нажатие колодок на ось равно:

Кmax	=	Ψк	*	q			( 1.5)
		φк

Отношение φ_к / Ψ_к = δ называют коэффициентом нажатия тормозной колодки. При заданной осевой нагрузке допустимые значения коэффициента нажатия будут зависеть от значении Ψ_к и φ_к, которые в свою очередь зависят от скорости движения и материала колодок. При расчетах значения 6 для локомотивов принимают в пределах 0.5-0.6.

На рис. 1.4 показана зависимость коэффициентов трения чугунной тормозной колодки и сцепления колеса с рельсом при различных скоростях движения.

Из приведенных графиков видно, что при снижении скорости в процессе торможения значения φ_к становятся больше Ψ_к., следовательно, вероятность заклинивания колесных пар выше при низких скоростях движения; при высоких скоростях значения Ψ_к больше φ_к, и значит, опасность юза практически исключается, а силу нажатия колодки на колесо можно увеличить для реализации большей тормозной силы.

Способы регулирования величины тормозной силы.

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 на ось.

Каждому режиму торможения соответствует определенное давление в тормозном цилиндре.

Автоматический регулятор режимов торможения (авторежим) позволяет избежать ошибки при установке требуемого режима торможения.

Корпус авторежима крепится к подрессоренной хребтовой балке вагона, а упор соприкасается с плитой, укрепленной на необрессоренной части тележки. По мере загрузки вагона расстояние между корпусом авторежима и опорной плитой уменьшается вследствие прогиба рессор вагона. Колебания кузова вагона не сказываются на давлении в тормозном цилиндре, так как демпфирующие пружины и дроссельное отверстие гасят колебания подвижной части авторежима.

Загрузку вагона можно оценить по положению клина амортизатора относительно фрикционной планки рессорного подвешивания вагона. Вагон считается порожним, если верхняя плоскость клина амортизатора находится выше фрикционной планки.

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.

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 может превысить значение силы сцепления В_с колеса с рельсом, что резко повышает вероятность заклинивания колесных пар.

Наличие в составе поезда разнотипных вагонов с различными значениями К делает расчет тормозной сипы с использованием формул 1.1. и 1.2. для определения коэффициентов трения весьма трудоемким. Для упрощения тормозных расчетов пользуются методом приведения, при котором действительные значения К и φ_к заменяются расчетными значениями К и φ_кр, а коэффициент трения определяется при одном, условно выбранном тормозном нажатии К_у, но при этом обеспечивалось бы равенство:

φк * К

=

φкр * Кр

,

откуда

Кр	=	φк	*	К			( 1.6)
		φкр

Значения К_у принимают: для чугунных колодок - 2.7 тс. для композиционных колодок - 1.6 тс. Подставляя значения К_у в формулы 1.1. и 1.2. получим значения расчетных коэффициентов трения соответственно для чугунных и композиционных колодок:

φкр	= 0.27	V + 100					( 1.7 )
		5V + 100

φкр	= 0.36	V + 150					( 1.8 )
		2V + 150

После подстановки значений φ_к и φ_кр в выражение 1.6. получим формулы для определения расчетных сил нажатия чугунных и композиционных колодок:

Кр	= 2.22 К	16К + 100					( 1.9 )
		80К + 100

Кр	= 1.22 К	К + 20					( 1.10 )
		4К + 20

Если в поезде используются тормоза с разными типами тормозных колодок (например, чугунными и композиционными), то необходимо привести расчетное нажатие к одной системе нажатий. Это приведение выполняют умножением величины нажатия на соответствующий коэффициент эффективности, которые зависят от скорости движения. Коэффициенты эффективности определяют исходя из равенства длины тормозного пути при действии колодок разного типа. На железных дорогах России за основную принята система расчетных значений нажатий чугунных тормозных колодок, для которых установлены все тормозные нормативы и действующие номограммы и таблицы зависимости тормозных путей от скорости начала торможения, удельных расчетных нажатий и крутизны уклонов.