5 Расчет тепловых режимов при торможении

5.1 Расчет теплового режима и износа тормозных колодок

При торможении кинетическая энергия поезда переходит в тепловую, нагре-

вая тормозные колодки (или диски) и колеса. Учитывая то, что с ростом скорости

движения, например в 2 раза, количество энергии увеличивается вчетверо, особое

значение приобретает тепловая устойчивость пары трения, нарушение которой

приводит к утрате фрикционных качеств и возникновению аварийных ситуаций на

подвижном составе.

ч

Допустимая величина нажатия K

(кН) на чугунную тормозную колодку

t

по тепловому режиму при остановочном торможении может быть найдена из выра-

жений:

Ф

80

[

t

( ) -

,

70 V

2

m ] +

Ф

80

[

t

( ) -

,

70 V

2

m

2

] +

V

4500

m Ф t

ч

( )

0 v

0 v

0 v

K

=

, кН (5.1)

t

,

2

V

25

m

0 v

F

t

a

где

k

Ф

D

t

max 0

( ) =

,

(5.2)

- 155

,

0

a

t

1 - e

0

a = ,

0 004 +

005

,

0

V ,

(5.3)

0

0

47

,

3 6 V + 100

0

m = ,

0 6

,

(5.4)

v

18 V + 100

0

V0 - начальная скорость торможения, м/с;

∆t

- максимально допустимая температура тормозной колодки при

max

о

остановочном торможении, Со (для чугунных- 600 , для композици-

онных

о

- 400 );

a - коэффициент теплоотдачи в окружающую среду.

0

Аналогично максимальное нажатие по температурным режимам для компо-

зиционных колодок определяется выражением:

[ Ф

4

t

( ) -

V

34

,

2

m ] + [Ф

4

t

( ) - 2

V

34

,

m

2

] +

V

36

,

9

m Ф(t

к

)

0 v

0 v

0 v

K

=

, кН

(5.5)

t

V

023

,

0

m

0 v

F

t

a

k

Ф

D

t

max 0

( ) =

,

(5.6)

- 52

,

1

a

t

1 - e

0

- 2

a = ,

0 4 ×10

1

( + 33

,

1

V ) ,

(5.7)

0

0

6

,

3 V + 150

0

m = ,

0 44

.

(5.8)

v

7,2 V + 150

0

Продолжительность остановочного торможения t(с) при известной по норма-

тивам длине тормозного пути Sт (м) на данном уклоне с начальной скорости тормо-

жения V0 (м/с) находится в предположении равнозамедленного движения:

2 Т

S

t =

(5.9)

V0

Износ тормозных колодок в условиях эксплуатации существенно зависит от

силы их нажатия, материала, вида и длительности торможения, регулировки ры-

чажной передачи, положения колодки относительно поверхности катания колеса

как в тормозном, так и в отпущенном состояниях, и ряда других факторов. Величи-

ну износа при этом за одно торможение D Нможно рассчитать для чугунных коло-

док по следующей формуле /1/:

48

DH =

,

0 04

, м

(5.10)

æ 5×109 F

525 ö

К -

Y

çç

÷÷

a B Vt

è К Т

t ø

где FК– геометрическая площадь трения колодок, действующих на колесо,

м2;

a – коэффициент распределения теплового потока в колодке (принять

k

0,2 - 0,3 при одностороннем нажатии, 0,35 и 0,45 - при двусторон-

нем нажатии соответственно одинарных и секционных колодок);

t – продолжительность торможения, с;

BT – средняя тормозная сила, действующая в течении времени тормо-

жения от колодок на колесо, Н;

V– средняя скорость движения, м/с;

Y– коэффициент качества колодок (при соответствии требованиям

стандарта Y= 1).

Продолжительность торможения при заданных тормозном пути и средней

скорости движения, как показано выше, легко найти, а среднюю тормозную си-

лу при известной нагрузке на ось (кН) и длительном торможении на спуске с

учетом среднего удельного сопротивления движению вычислить по выраже-

нию:

"

=

(

5

,

0

i

w ср )q

Т

B

-

, Н

(5.11)

c

0

где "

w ср – среднее удельное сопротивление движению (принять 2 Н/кН).

Критическое время непрерывного торможения tкр, после которого наступает

катастрофически быстрый износ чугунных тормозных колодок, определяется вы-

ражением /2/:

2

5

æ 95 ×10 × F ö

t

=

К

кр

çç

÷÷ , с.

(5.12)

è a B V

К

Т

ø

Композиционные тормозные колодки имеют другие закономерности износа,

при которых, благодаря физико-механическим свойствам материала, в эксплуатации

не достигаются условия катастрофического износа.

Минимальная толщина чугунных тормозных колодок на вагонах (но не менее

0,012 м), соответственно для равнинных и горных профилей с затяжными крутыми

спусками рассчитываются по следующим выражениям /2/:

49

"

DH

= ,

0 01 + ,

0 00015 S , м

(5.13)

Т

мин

n

DH

= ,

0 01 +

00003

,

0

å Li

мин

, м

(5.14)

i = 1

где

"

S - общий путь, проходимый поездом в тормозном режиме

Т

(определяется по скоростемерным лентам), км;

n

å Li - сумма произведений длин участков пути в километрах на их

i = 1

уклон в тысячных.

Износ чугунных тормозных колодок по толщине (м) на протяженном участке

с затяжными спусками можно определить по формуле /1/:

n

DH = А åLi , м

(5.15)

i = 1

n

где å Li - сумма произведений длин (км) всех участков пути со спуском,

i = 1

по которым следует поезд, на величину спуска.

Для грузовых груженых вагонов с односторонним нажатием колодок

А = 0,03; для пассажирских с двухсторонним нажатием одинарных колодок А

= 0,01, секционных (двойных) колодок А = 0,008.

Минимальная толщина композиционных тормозных колодок составляет

0,014 м и в связи с их большей износостойкостью, чем чугунных, обеспечива-

ет нормальную работу тормоза на любых плечах.