Силы, действующие на колесо при торможении

При нажатии к движущемуся колесу(Рисунок 3.1), тормозной колодки с некоторой силой «К», возникает сила трения Т=Кφ, где φ – коэффициент трения между колодкой и колесом.

Сила трения передаётся в точку О1 контакта колеса с рельсом, в которой колесо с некото

рой силой «В» численно равной силе «Т»(В=Т) пытается сдвинуть рельс в сторону движения. Но так как рельс закреплён, то в точке контакта колеса с рельсом, возникает сила «Вт» численно равная по величине силе «В» (В_т=В), но направленная в противоположную сторону (против движения) – это и есть тормозная сила, с которой рельс воздействует на колесо. При одностороннем нажатии колодки на колесо, тормозная сила численно равна силе трения В_т=Т=Кφ, т.е. зависит от силы К прижатия колодки и от коэффициента трения φ. Тормозная сила поезда равна сумме тормозных сил колёс участвующих в торможении.

Коэффициент трения

Этот коэффициент показывает, какую часть от силы нажатия составляет сила трения. Коэффициент трения зависит от материала, из которого изготовлены колодки. Колодки бывают чугунные и композиционные. Коэффициент трения   - для чугунных колодок:  - для композиционных колодок, где v – скорость при которой происходит торможение. Если в данные формулы подставить некоторые значения скорости (таблица3.1)

Таблица 3.1
V	0	20	100
φч	0,27	0,16	0,09
φк	0,36	0,32	0,26

то можно нарисовать диаграммы (Рисунок 3.2) зависимости коэффициента трения от скорости. Диаграмма 1 для чугунных колодок, диаграмма 2 для композиционных колодок.

Из полученных формул и диаграмм видна обратная зависимость коэффициента трения от скорости, т. е. с увеличением скорости, коэффициент уменьшается, причём у чугунных колодок значительно быстрее происходит снижение, чем у композиционных.

Условие без юзового торможения

Тормозная сила В_т не должна превышать силы сцепления колеса с рельсом

В_сц = РΨ,

где Р – весовая нагрузка колеса на рельсы (сила прижатия колеса к рельсу);

 Ψ – коэффициент сцепления, который показывает, какую часть от весовой нагрузки колеса на рельс составляет сила сцепления.

Иней, снег, мелкая пыль, мазута и т.п. уменьшают коэффициент сцепления, поэтому на локомотивах предусмотрена специальная система подачи песка под колёсные пары для увеличения коэффициента сцепления.

Если В_т > В_сц тормозная сила превышает силу сцепления, то колесо перестаёт вращаться и начинает скользить по рельсу, т.е. идёт юзом. При этом значительно уменьшается тормозная сила, и повреждаются колёсные пары (образуются ползуны).

Поэтому тормозная сила должна быть меньше, или равна силе сцепления колеса с рельсом В_т ≤ В_сц - это и есть условие без юзового торможения.

Тормозной путь

Это путь, который проходит поезд от момента перевода ручки крана машиниста в тормозное положение до его полной остановки.

Тормозной путь состоит из пути подготовки тормозов к действию Sп (путь с момента перевода ручки крана в тормозное положение до момента начала снижения скорости) и действительного пути торможенияSд (от начала снижения скорости до полной остановки).

S т= S п+ S д

Причём Sп=0,278V _н t _п,

где0,278-переводной коэффициент

V _н -скорость в начале торможения (км/ч),

t _п -время (с) в течении которого условно считают, что тормозная сила отсутствует, а скорость не уменьшается, которое принимается равным (на нулевом профиле):

2 сек. – пассажирские поезда с ЭПТ;

4 сек. – пассажирские поезда с пневматическим торможением;

7 сек. – грузовые поезда до 200 осей;

10 сек. – грузовые поезда более 200 осей.

На спуске время увеличивается, а на подъеме уменьшается в зависимости от величины уклона.

Действительный тормозной путь зависит от уклона, сил естественного сопротивления, замедляющей силы локомотива, скорости и тормозного коэффициента, т.е. нажатия, приходящиеся на 1 тонну веса поезда.

Вопросы для закрепления

1. Что такое тормозная сила?

2. Что такое тормоза?

3. Где образуется тормозная сила?

4. От чего зависит тормозная сила?

5. От чего зависит коэффициент трения?

6. От чего зависит сила сцепления колеса с рельсом?

7. Какое условие необходимо для безюзового торможения?

8. Что такое тормозной путь?

9. Из каких составляющих состоит полный тормозной путь?