Схема разложения скоростей на движущемся колесе.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 19Следующая ⇒

Для торможения подвижного состава к нему должны быть приложены внешние силы от неподвижных рельсов. Действие этих сил должно быть направлено против направления движения поезда. Рассмотрим кинематику катящейся колесной пары. Она совершает сложное движение, состоящее из двух простых (рис. 1.1): прямолинейное движение вдоль пути вместе со всем поездом со скоростью V км/ч и вращательного w вокруг собственной оси О. Вращательное движение обусловлено сцеплением колес с рельсами в точках их контактов О1. Это сцепление происходит под действием вертикальной нагрузки q. Окружная скорость вращения колеса на поверхности качения равна поступательной скорости поезда, т.е. V км/ч. В точке колеса О2, находящейся в данное мгновение в самом верхнем положении, поступательное и вращательное движения направлены в одну и ту же сторону - вперед (по ходу движения поезда), поэтому скорости поступательного и вращательного движения складываются, и мгновенная абсолютная скорость колеса в этой точке оказывается V + V = 2V, т. е. вдвое больше скорости поезда. Нижняя точка О1, находящаяся в сцеплении с рельсом, в каждый момент времени качения колеса оказывается неподвижной (- V + V = 0). В течение этого мгновения колесо как бы поворачивается вокруг точки сцепления О1, которая в механике называется «мгновенный центр поворота». Таким образом, колесо в точке его сцепления с рельсом катится по нему вперед и с такой же скоростью вращается обратно. Это означает, что в точке О1 сила трения отсутствует, а действует только сила сцепления, которая образуется за счет взаимодействия микроскопических неровностей на поверхностях колеса и рельса, а также за счет сил м олекулярного притяжения, возникающих под действием нагрузки q, значение которой достигает 15 кгс/см2.

Образование тормозной силы

Теперь рассмотрим силовые процессы, происходящие после прижатия колодки к катящемуся колесу (рис 1.2). Нажатие на вращающееся колесо колодки с силой К вызывает появление силы трения Т между колодкой и колесом, которая действует от колодки на колесо против его вращения, т. е. стремится остановить это вращение. Тормозить поступательное движение поезда сила трения Т не может, так как это внутренняя сила по отношению к поезду - колодка является частью самого поезда и движется вместе с ним. Однако под действием внутренней силы Т колесо начинает «цепляться» за рельс в точке контакта О1. Возникает сила сцепления колеса с рельсом В, равная по величине силе Т. Сила В стремится утащить рельс за собой (сдвинуть его по ходу движения поезда). Так как рельс прикреплен к шпалам, то он остается неподвижным (в путевом хозяйстве хорошо известно явление угона рельсов под действием сил сцепления В). Особенно интенсивно угон рельсов происходит в местах, где обычно производится служебное торможение поездов. В свою очередь, неподвижный рельс тормозит катящееся по нему колесо с силой Вт, являющейся реакцией рельса на силу В. Сила Вт является внешней силой по отношению к поезду и направлена против направления его движения, поэтому она является тормозной силой. Тормозная сила выполняет еще одну важную функцию: являясь реакцией рельса на силу Т и направленная по направлению вращения катящегося колеса, она уравновешивает эту силу трения Т, заставляя колесо продолжать вращение, препятствуя переходу колесной пары на юз. Итак, колодки прижимаются к колесам для того, чтобы возникшая сила трения Т вызывала появление равной ей внешней силы Вт, которая, будучи направленной по вращению колеса, препятствует переходу его на юз и в то же время, имея направление против движения поезда, тормозит его.

Чтобы облегчить представление этой картины, достаточно мысленно приподнять тормозимые колесные пары над рельсами, и тогда станет ясно, что колесные пары, потеряв сцепление с рельсами, под действием сил трения Т сразу прекратят вращение, но сам поезд будет продолжать движение вперед. Точно так же торможение самолетов колесами их шасси возможно только после приземления на посадочную полосу.

Развитие тормозной силы в поезде при полном служебном или экстренном торможении характеризуется четырьмя фазами в соответствии диаграммой наполнения ТЦ сжатым воздухом в функции времени по длине поезда.

Фаза 1. при торможении с локомотива происходит последовательное срабатывание тормозов в поезде. К моменту начала действия тормоза хвостового вагона завершается первая фаза с образованием максимального усилия сжатия поезда.

Фаза 2. при одинаковой диаграмме наполнения давление в ТЦ равномерно возрастает с той разницей, которая успела образоваться к началу второй фазы.

Фаза 3. давление в ТЦ от первого до последнего вагона начинает выравниваться, достигая максимальной величины и в конце фазы становиться одинаковым во всем поезде. Если в начале этой фазы поезд был еще сжат вследствие разницы давления в ТЦ, то в конце ее он приходит в свободное состояние вследствие постепенного и полного выравнивание давления. В этой фазе происходит последовательная «отдача» поглощающих аппаратов.

Фаза 4. В этой фазе на каждом вагоне действует максимальная тормозная сила. При равномерном распределении по длине поезда удельной тормозной силы реакции в упряжных устройствах отсутствуют. В случае неравномерного распределения в поезде возникают реакции сжатия или растяжения.

Наиболее неблагоприятные условия создаются при торможении груженого поезда в растянутом состоянии. Чтобы снизить продольно-динамические реакции, применяют двухступенчатую диаграмму наполнения ТЦ. Первоначальный пониженный темп наполнения ТЦ приводит к сжатию состава и снижает величины реакции в поезде.

Сила трения Т между колодкой и колесом оказывается в несколько раз меньше силы К нажатия колодки на колесо. Отношение силы Т/К называется коэффициентом трения и обозначается φ к. Коэффициент рассчитывается по эмпирическим формулам.

Основными факторами влияющими на значение коэффициента трения являются: скорость движения, удельная сила нажатия тормозной колодки на колесо, а также материал тормозной колодки. С уменьшением скорости коэффициент трения увеличивается особенно при применении чугунных колодок. С увеличением силы К коэффициент трения снижается. Это видно на рис.1.3.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒