§ 3. Виды торможения.

На железнодорожном транспорте применяются следующие виды торможения:

– фрикционное, при котором силы трения создаются непосредственно на поверхности катания колес – колодочный тормоз или на специальных дисках, жестко связанных с колесными парами – дисковый тормоз;

– реверсивное, осуществляемое переключение тяговых электродвигателей на режим генераторов – источников тока. Такое торможение также называют электрическим или динамическим. Оно бывает рекуперативным с возвращением вырабатываемой электроэнергии в контактную сеть или реостатным, когда ток поглощается специальными резисторами, в которых электрическая энергия превращается в тепловую, а затем рассеивается в окружающую среду;

– магнитно-рельсовое, достигаемое воздействием башмаков с электромагнитами на рельсы.

Основным видом торможения, применяемым на ССПС и НСПС является фрикционное при помощи колодочного тормоза.

§ 4. Образование тормозной силы.

Тормозная сила возникает следующим образом. При нажатии тормозной колодки на колесо с силой К (рис. 1) возникает сила трения Т = Кφ_к, где φ_к – коэффициент трения между колодкой и колесом.

рис. 1. Схема сил, действующих на колесо:

Т– сила трения; Р – весовая нагрузка колеса на рельс; К – сила нажатия тормозной колодки на колесо; В – сила, толкающая рельс в сторону движения; В_т – тормозная сила

Поэтому колесо с силой В, численно равной Т, толкает рельс в сторону движения. Так как рельс закреплен, то в точке контакта колеса с рельсом возникает сила В_т, равная по значению силе В, но имеющая противоположное направление. Это и есть тормозная сила, с которой путь воздействует на колесо. Тормозная сила поезда является суммой тормозных сил, действующих на каждое колесо. При одностороннем нажатии тормозной колодки на колесо сила В_т численно равна силе трения колодки по колесу.

Коэффициент трения. Этот коэффициент показывает, какую часть от силы нажатия составляет сила трения. При размерности силы нажатия в килоньютонах, а скорости в километрах в час для стандартных чугунных колодок

φ_к = ν + 100/5 ν + 100 ∙ 1,6К + 100/8К + 100.

Первая часть формулы показывает зависимость коэффициента трения от скорости: при увеличении скорости φ_к уменьшается, а при уменьшении скорости возрастает (рис)

Рис. 2. Зависимость коэффициента трения тормозных колодок от скорости:

1 – чугунные колодки; 2 – из фосфористого чугуна; 3 – композиционные

Для композиционных тормозных колодок

φ_к = о,44 ∙ ν + 150/2 ν + 150 ∙ 0,1К + 20/0,4К + 20

Учитывая переделку рычажной системы с целью уменьшения силы нажатия, в расчетах принимают усредненное значение силы нажатия К = 16 кН. Расчетный коэффициент трения для композиционных колодок

φ_кр = 0,36 ∙ ν + 150/2 ν + 150

Для подсчета тормозной силы поезда, составленного из вагонов различных типов с различными силами нажатия тормозных колодок, действительные коэффициенты трения не используют, а условно принимают для поезда в целом расчетный коэффициент трения. При этом действительную силу нажатия К заменяют расчетной К_р таким образом, чтобы произведение расчетных величин равнялось произведению действительных величин, т. е. К φ_к = К φ_кр. Следовательно, расчетное нажатие определяется как действительное нажатие, умноженное на соотношение действительного и расчетного коэффициентов трения К = К ∙ φ_к/ φ_кр. Во всех нормативных таблицах приводиться расчетное нажатие.

Коэффициент сцепления. Тормозная сила В_т не должна превышать силы сцепления колеса с рельсом В_сц = Рψ. Коэффициент сцепления ψ показывает, какую часть от весовой нагрузки колеса на рельс Р (см. рис. ) составляет сила сцепления.

Иней, дождь, торфяная пыль резко уменьшает ψ. Для увеличения ψ применяют подачу песка под колесные пары. Если тормозная сила В_т превысит силу сцепления В_сц, то колесо перестанет вращаться и начнет скользить, т. е. возникнет юз. Тормозная сила при этом значительно уменьшится.