ТОРМОЖЕНИЕ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Системы торможения

Сущность и значение торможения. Торможение применяется для остановки подвижного состава и ограничения его скорости на спусках, перед кривыми участками и соответствующими путевыми знаками. По характеру использования тормозной силы различают служебное торможение и экстренное. Служебное торможение применяется в нормальных условиях работы, экстренное - для предупреждения несчастных случаев и аварий. Оно обеспечивает наибольшее замедление и наименьший тормозной путь, поэтому машинист должен использовать наибольшую тормозную силу.

Процесс торможения определяется тормозными характеристиками, т. е. зависимостями тормозной силы подвижного состава от его скорости В (v). Для проведения тяговых расчетов удобнее пользоваться характеристиками удельной тормозной силы b(v), где b = В/(mg), H/кH.

При торможении на подвижной состав действует тормозная сила В, сила основного сопротивления движению W_o и сила сопротивления от уклона mgi. Поэтому действующая замедляющая сила В_д будет равна сумме этих сил:

B_д = B + W₀ ± mgi (1)

или в удельных величинах

, (2)

знак «+» относится к подъемам, а « - » - к спускам.

На рис.1 изображены зависимости удельных действующих тормозных сил b(v); w_o(v) и .Чтобы получить замедляющую силу, нужно относительно зависимости сдвинуть ось абсцисс па величину i вниз при подъеме и вверх при спуске, как это показано на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость удельных действующих тормозных сил

Системы торможения. По способу создания тормозной силы различают системы механического и электрического торможения. При механическом торможении тормозная сила создается в результате сил трения между соприкасающимися взаимно скользящими поверхностями.

По роду трущихся поверхностей различают вращательно-фрикционные и рельсовые механические тормоза.

У вращательно-фрикционных тормозов сила трения создается на поверхностях вращающихся частей колесных или движущих систем подвижного состава.

К этой группе относится колесно-колодочный тормоз, дисковые и барабанные тормоза со специальными вращающимися поверхностями трения, связанными либо с колесными парами, либо с валами редукторов или тяговых двигателей. У рельсовых тормозов сила создается за счет трения между рельсом и прижимаемым к нему специальным тормозным башмаком.

При электрическом торможении тяговые двигатели переводятся в генераторный режим. Момент, который требуется для вращения генератора, реализуется на ободе движущего колеса в виде тормозной силы. Различают электрическое рекуперативное и реостатное торможения.

Как при механическом, так и при реостатном торможении кинетическая или потенциальная энергия подвижного состава преобразуется в тепловую энергию. При механическом торможении тепловая энергия выделяется непосредственно в месте трущихся поверхностей, что приводит к их чрезмерному нагреву и возникает задача охлаждения этих поверхностей. При реостатном торможении кинетическая или потенциальная энергия превращается сначала в электрическую и далее в тормозных реостатах - в тепловую, т. е. тепловая энергия выделяется в специальных предназначенных для этого аппаратах.

При рекуперативном торможении полученная электрическая энергия отдается в тяговую сеть и может быть полезно использована другим подвижным составом.

Процесс торможения должен быть очень надежным, т.к. если своевременно не остановить подвижной состав, произойдет авария. Поэтому каждый тип подвижного состава, в том числе и электрический, оборудуется, как минимум, двумя независимыми друг от друга системами тормозов. На электроподвижном составе городского транспорта это электрическое торможение, которое используется как рабочее, и механическое торможение, которое используется и как аварийное, и как рабочее (для торможения при низких скоростях движения, когда электрическое торможение становится неэффективным).

Механическое торможение

Вращательно-фрикционные тормоза. Колесно-колодочный тормоз, который широко применяется на магистральном железнодорожном подвижном составе и на метрополитене, в настоящее время не применяется на наземном городском электрическом транспорте. В этом типе тормоза тормозные колодки прижимаются непосредственно к бандажам колес.

Для уменьшения шума на трамвае в настоящее время применяется подрессоривание бандажей через специальные резиновые прокладки, которые затрудняют отвод тепла от бандажей. Бандажи в процессе торможения могут перегреться и произойдет авария. Поэтому как на трамвае, так и на троллейбусе устанавливают специальные тормозные барабаны, связанные с колесами, на которые и давят при торможении колодки (рис. 2, а).

Рис. 2. Образование тормозной силы при механическом торможении (а) и барабанном тормозе (б)

Тормозной момент, возникающий в этом случае, кН м,

(3)

где R_б- радиус тормозного барабана, м; К - нажатие на колодку, кН; - коэффициент трения между поверхностью тормозного барабана и колодкой.

Для того чтобы нажатие от колодок на тормозной барабан уравновешивалось, т. е. вал барабана не испытывал изгибающий момент, тормозных колодок бывает несколько и их располагают симметрично (рис. 2, б). В этом случае тормозной момент, кН м,

, (4)

где п – число тормозных колодок.

Тормозная сила, Н, в общем случае в соответствии с рис. 3:

, (5)

где μ – передаточное отношение редуктора; η _К - коэффициент полезного действия редуктора; R_К- радиус колеса подвижного состава, м.

Выражение (5) справедливо в том случае, если тормозной барабан укреплен либо на валу двигателя, либо на горловине редуктора, как это имеет место на трамвайных вагонах. На троллейбусах тормозные барабаны крепят непосредственно к ступицам ведущих колес. Тогда μ = 1и η _К= 1, и выражение (5) примет вид:

(6)

Коэффициент 1000 в выражениях (5) и (6) служит для перевода килоньютонов в ньютоны.

При данном нажатии К на тормозные колодки тормозная сила будет зависеть от коэффициента трения φ _к. Исследования показали, что величина φ _к определяется материалами трущихся поверхностей, скоростью поверхности тормозного барабана, нажатием на тормозную колодку К.

Тормозные барабаны, как правило, изготовляют из стали, тормозные колодки - из различных материалов. Наиболее дешевым является изготовление тормозных колодок из чугуна, но такие колодки обладают тем недостатком, что относительно быстро изнашиваются и, превращаясь в чугунную пыль, засоряют тормозное устройство иокружающую среду. Лучшие показатели имеют тормозные колодки, изготавливаемые из специальных материалов, так называемых композиционных составов. В такие композиции входят составными частями асбест, бакелит, древесные опилки. Эти колодки в процессе торможения сгорают, т. е. превращаются в основном в газы и улетучиваются.

На основании экспериментов для этих материалов выведены следующие зависимости:

для чугунных колодок истального колеса

(7)

идля композиционных колодок и стального колеса

(8)

В этих выражениях нажатие К имеет размерность килоньютоны, а скорость v - метр в секунду. На рис. 3 представлены эти зависимости при нажатии на тормозные колодки К = 20 кН.

Из выражений (7) и (8) следует, что с увеличением нажатия К на колодку коэффициент трения φ _к падает, также он уменьшается и при увеличении скорости. При более высоких скоростях, особенно для композиционных тормозных колодок, коэффициент трения φ _к становится практически постоянным. Поэтому для получения надежно работающего тормозного устройства целесообразно применение большего числа колодок с меньшим усилием К на колодку и с большей скоростью на поверхности тормозного барабана, т. е. тормозной барабан следует устанавливать на валу двигателя или входного вала редуктора (рис. 4).

Рис. 3. Зависимости коэффициента трения от скорости

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 13 141516 17 18 Следующая ⇒