4. Поздовжньо - динамічні зусилля в потязі при його гальмуванні

При пневматичному керуванні гальмами з головного локомотива кожен наступний вагон складу поїзда починає гальмуватися пізніше попереднього на певний час, який потрібен для розповсюдження пневматичної гальмової хвилі між сусідніми вагонами. Вітчизняні вантажні вагони не мають буферів тому, під дією повздовжніх зусиль залежно від зазорів у автозчепах типу СА-3, розрізняють два крайніх стану поїзда:

- стиснутий – всі вагони складу поїзда знаходяться на найкоротшій відстані один від одного;

Розтягнутий – всі вагони складу поїзда знаходяться на найбільшій відстані один від одного.

У випадку гальмування розтягнутого поїзда на вагони, що знаходяться у голові поїзда та гальма яких спрацьовують раніше, будуть наштовхуватись вагони з хвостової його частини. Так виникають співударяння сусідніх вагонів складу та по поїзду "проходить" хвиля поздовжніх ударів. Із розповсюдженням цієї хвилі міжвагонні з’єднання переходять із розтягнутого стану в стиснутий, причому кожен черговий удар викликає пружню хвилю, яка поступово згасає.

Якщо причиною перехідного режиму є гальмування, то до найбільш впливових факторів відносяться:

• - швидкість гальмової хвилі;

• - параметри (час та характеристика кривої)наповнення ГЦ;

• - тип гальмівних колодок;

• - перед гальмова швидкість поїзда;

• - положення вагонів з увімкненими та вимкнутими гальмами у складі поїзда.

Розглянемо розвиток у часі зростання гальмової сили в поїзді за методикою, що була розроблена проф.Б.Л.Карвацьким. згідно з цією методикою під час зупинкового ПСГ або ЕГ розвиток гальмової сили поїзда характеризується чотирма фазами відповідно до діаграми наповнення ГЦ стисненим повітрям як функції часу. Зазначені фази відображено на рисунку, де показані дослідні осцилограми зміни тиску при наповненні ГЦ та при спустошенні ГМ у разі ЕГ вантажного поїзда зі складом у 80 вагонів.

Рисунок 1 – Діаграма фаз гальмування

Фаза 1 - Відлік часу починається від моменту переведення ручки крана машиніста у гальмове положення. Кінець цієї фази припадає на момент часу, коли гальмова хвиля досягла хвостового вагона складу поїзда. За час першої фази встановлюється розподіл гальмових сил, відповідно до якого на головному поточна гальмова сила є найбільшою, а далі по довжині поїзда вона поступово згасає до хвостового вагона. В цій фазі відбувається найбільше стиснення поїзда поздовжніми зусиллями.

Фаза 2 – У всіх вагонів поїзда відбувається рівномірне зростання тиску в ГЦ із збереженням тієї різниці тисків повітря для різних вагонів, яка встановилася перед початком другої фази. У цій фазі поїзд залишається у стиснутому стані.

Фаза 3 - Тиск в ГЦ вагонів поїзда починає зрівнюватися, поступово набуває свого найбільшого значення та наприкінці цієї фази стає однаковим для всіх вагонів. На початку третьої фази поїзд знаходиться у стиснутому стані за рахунок різниці тисків у ГЦ, а вкінці – поїзд переходить у вільний стан внаслідок поступового, але повного зрівнювання тисків повітря у ГЦ усіх вагонів. Поглинальні апарати автозчепів, що були стиснуті у перших двох фазах, у третій фазі поступово дають віддачу – повну або часткову. Що залежить від типу зазначених апаратів.

Фаза 4 – Кінцем четвертої фази вважаться зупинка поїзда внаслідок гальмування, або початку відпуску гальм. У цій фазі ніякої різниці в дії гальм вагонів немає – всі вони дають найбільші з можливих сили гальмування. При цьому в разі рівномірного розподілу по довжині поїзда питомої гальмівної сили ( характерно для однорідного поїзда ) ніяких реакцій у зчепних пристроях вагонів не буде. У випадку нерівномірного розподілу ( коли окремі вагони чи групи вагонів рухалися з більшим або з меншим уповільненням) у відповідних перетинах поїзда виникнуть реакції стиснення чи розтягування.

Теоретичне вивчення повздовжніх коливань підчас рушання з міся було вперше виконано М.Е. Жуковським.

Академік В. Лазарян розкрив загальні закономірності хвильового характеру розповсюдження збурення вздовж поїзда. Для врахування дисипативних властивостей поїзда та оцінки впливу опору взаємних переміщень вагонів склад поїзда розглядався як пружно в’язкий стрижень, або як пружний стрижень із гістерезису.

Найбільш розповсюдження у задачах повздовжньої динаміки набула дискретна модель поїзда. Одним із самих ефективних методів теоретичного дослідження є чисельне інтегрування диференційних рівнянь руху у яких враховується параметри всіх елементів описуваної ними реальної механічної системи.

В інженерних розрахунках для визначення очікування рівня поздовжньої реакції, яка виникає в поїзді під час гальмування можна користуватися залежністю:

- коефіцієнт повздовжньої динаміки, що залежить від конструкції ПР, зазорів у автозчепах і стану поїзда на початку гальмування

– гальмова сила поїзда

- швидкість розповсюдження гальмової хвилі

- час наповнення ГЦ стиснутим повітрям.