При чугунных колодках (1) и композиционных (2)

Рис. 4. Схема центрального барабанного тормоза: D_б , D_к – диаметры барабана и ведущего колеса

Расчет тормозной силы. Тормозная сила электропод­вижного состава В будет равна сумме тормозных сил, развиваемых тормозными устройствами:

, (9)

здесь k - число тормозных барабанов на подвижном составе. С учетом выражения (5):

(10)

Для двухосного троллейбуса, где на каждом движу­щемся колесе имеется тормозной барабан, k = 2, а для четырехосного трамвая k = 4.

Если в выражении (10) коэффициент трения φ _к при­нять постоянным, т. е. можно вынести за знак суммы, то получим

. (11)

Выражение под знаком суммы называют приведенным к ободу колеса нажатием тормозных колодок, т.е.

(12)

Тогда тормозная сила

(13)

или в удельных единицах

(14)

Для удобства построения тормозных характеристик вводится понятие тормозного коэффициента подвижного состава θ, который характеризует мощность тормозных средств и равен отношению суммы приведенных нажатий колодок на вес подвижного состава

(15)

Тогда выражение (14) примет вид

(16)

Значения расчетных коэффициентов трения φ _к для раз­личных типов тормозов следующие:

Чугунные колодки - 0, 27; дисковые и барабанные тормоза с позиционными колодками - 0, 35; рельсовые электромагнитные тормоза - 0, 18.

Пользуясь выражением (16), можно построить тор­мозную характеристику подвижного состава b(v).

Ограничение тормозной силы. Как видно из выражения (12), с увеличением нажатия на колодки тормозная сила увеличивается. Но она не может расти беспредельно. Наи­большее значение тормозной силы ограничено силой сцеп­ления колеса с рельсом, которая определяется по следующему выражению

B_max = 1000m_тgψ , (17)

где m_тg - тормозной вес поезда; ψ - коэффициент сцепления колеса с рельсом.

При превышении этой величины нарушается сцепление колеса с рельсом или полотном дороги и возникает юз. Для избегания юза необходимо, чтобы общая тормозная сила любой колесной пары не превосходила наибольшей по сцеплению тормозной силы

В ≤ B_max = 1000m_тgψ (18)

С учетом выражения (14) получим:

(19)

или

, (20)

откуда следует

(21)

Отношение наибольшего суммарного нажатия колодок к силе нажатия на рельсы или полотно дороги m_Т g называется коэффициентом нажатия тормозных коло­док δ

(22)

Из неравенства (21) следует,

(23)

т. е. сила нажатия ограничена условиями сцепления коле­са и рельса или колеса и дороги.

При условии, что все оси подвижного состава тормоз­ные (т = т_т), наибольший тормозной коэффициент будет равен коэффициенту нажатия Θ _mах = δ . Такое значение тормозного коэффициента следует выбирать при тормо­жении с наибольшим нажатием колодок, т. е. при экстрен­ном торможении.

При рабочем торможении тормозной коэффициент подвижного состава составляет 0, 6 - 0, 7 от наибольшего значения. Значения коэффициентов нажатия для различ­ных видов подвижного состава городского электрического транспорта (ГЭТ) следующие:

Трамвайные, вагоны (моторные) - 0, 85 - 1, 2; вагоны метрополитена - 0, 5 - 0, 6; вагоны с дисковыми и барабанными тормозами - 0, 6 - 0, 7; троллейбус - 1, 5 – 2; трамвайные вагоны с рельсовым электро­магнитным тормозом – 2, 0.

 

Механическая устойчивость. Рассмотрим тормозную характеристику подвижного состава B(v) для тормоза с чугунными и композиционными колодками (рис. 5). При торможении на спуске силой, вызывающей ускорение, является направленная по движению подвижного состава сила от уклона mgi. Ускорению подвижного состава будет противодействовать сумма сил торможения и основного сопротивления движению B + W_o. Следовательно, тормоз­ная характеристика будет устойчива в том случае, если сумма сил В + W₀ возрастает с увеличением скорости. Условие механической устойчивости при торможении на спуске запишется в виде

(24)

Как следует из рис. 5, при движении по спуску уста­новившаяся скорость v_у будет иметь место в точке а, в ко­торой В + W₀ = mgi. Согласно основному уравнению дви­жения справа от точки а ускорение будет положительно, а слева - отрицательно.

Для тормоза с чугунными колодками (рис. 5, а) при случайном увеличении скорости на значение Δ v замед­ляющая сила B + W₀ будет меньше силы от уклона В+Wo< mgi, и произойдет дальнейшее увеличение скорости. При уменьшении скорости на значение Δ v

В+Wo > mgi (25)

и скорость будет уменьшаться.

 

Рис. 5. К определению механической устойчивости колодочно-бандажного тормоза с чугунными (а) и композиционными (б) колодками при торможении на спуске

 

Таким образом, тормоз с чугунными колодками обла­дает механической неустойчивостью при торможении на спуске, так как тормозная сила при увеличении скорости падает резче, чем растет основное сопротивление дви­жению.

В случае применения композиционных колодок (рис. 5, б) в зоне рабочих скоростей получаем устойчи­вое механическое торможение.

По типу привода механические тормоза разделяются на ручные, пневматические, гидравлические. На мощных типах подвижного состава применяются только пневмати­ческий и гидравлический приводы. Пневматический привод применяется на трамвайных вагонах РВЗ-6М2, ЛМ-68 и троллейбусе ЗИУ-682. На городском электрическом транс­порте для упрощения схемы подвижного состава пневма­тический привод заменяют соленоидным. Соленоидный привод применяется на трамвайных вагонах КТМ-5МЗ и Т-3 (ЧССР).

Дисковый тормоз. Основное их отличие заключается в том, что тормозная сила создается в результате трения колодки о вращающиеся фрикционные диски, которые связаны с колесными парами или с валами тяговых дви­гателей. Если вращающиеся элементы тормоза имеют плоскую поверхность, то такие тормоза называются диско­выми.

Дисковые тормоза обладают следующими преиму­ществами:

- коэффициент трения дисковых тормозов относительно высок (0, 25 - 0, 35), так как колодки для такого тормоза изготовливают из смеси асбестового волокна с металли­ческими стружками и древесными опилками, пропитан­ными бакелитом;

- механически устойчивы, так как в рабочей зоне коэф­фициент трения практически не зависит от скорости.

При механическом торможении вся кинетическая энер­гия превращается в тепло и выделяется в диске. Диск нагревается и, если процесс торможения длительный, плавится. Поэтому дисковые тормоза применяются при торможении с малых скоростей и как аварийные. Меха­ническое торможение сочетают с реостатным либо с реку­перативным торможением.

Общим недостатком рассмотренных видов механи­ческих тормозов является то, что наибольшее нажатие колодок ограничено условиями сцепления колес с рельсами или дорогой. Тем самым ограничиваются макси­мально возможные тормозные силы изамедления. Наи­большие замедления при торможении вэтих системах не превосходят 1, 5 - 2 м/с². Между тем при экстренном торможении такие замедления недостаточны, поэтому при наличии только механического тормоза небезопасно раз­вивать высокие скорости движения. Особенно это отно­сится к тому виду городского электрическоготранспорта, у которого нет индивидуального полотна, изолированного от пешеходов идругих видов транспорта.

Рельсовый тормоз. Рельсовые тормоза позволяют раз­вивать тормозные силы, не ограниченные сцеплением колес с рельсами. Сущность рельсового тормоза заклю­чается в том, что подвешенные на пружинах к тележке или раме вагона стальные электромагнитные рельсовые башмаки, свободно перемещающиеся в вертикальном направлении в специальных направляющих, притяги­ваются к рельсам при возбуждении их током. Сила трения, возникающая между башмаками и рельсами, является тормозной силой рельсового тормоза и определяется так:

(26)

где К_Р - сила притяжения башмака к рельсу, φ _р - коэффициент трения башмака о рельс.

Сила притяжения К_Р прямо пропорциональна квадрату магнитного потока Ф, который зависит от тока I, проте­кающего по катушке рельсового тормоза, и обратно про­порциональна значению воздушного зазора δ между рель­сом и башмаком.

Так как магнитный поток замыкается через рельсы, то воздушный зазор резко снижает магнитный поток и силу притяжения К_Р. В результате загрязнения рельса инеров­ностей башмак прилегает к рельсу не всей поверхностью. Поэтому при расчете рельсового торможения следует учитывать некоторый эквивалентный зазор. Чем больше загрязнен рельс, тем большим должен быть приведенный зазор. В целях быстрого введения в действие тормозов зазор должен быть невелик и при отсутствии торможения (порядка 10 - 12 мм), что предъявляет весьма жесткие требования к состоянию пути.

Так как коэффициент трения стали о сталь резко па­дает с увеличением скорости, то и тормозная сила рель­сового тормоза резко уменьшается с увеличением ско­рости.

В связи с такими неопределенными характеристиками рельсового тормоза он нашел применение в основном как аварийный тормоз и для удержания подвижного состава на остановке.

Рекуперативное торможение

Общие сведения. При рекуперативном торможении тяговые двигатели работают в генераторном режиме, при этом вырабатываемая ими энергия отдается обратно в тяговую сеть. Эта энергия может быть использована поездами, находящимися на линии, или возвращена в пер­вичную сеть. Рекуперативное торможение применяется как для торможения на спусках, так и для остановки подвиж­ного состава, хотя последнее связано с определенными техническими трудностями.

Для осуществления рекуперативного торможения необ­ходимо, чтобы сумма э. д. с. тяговых двигателей в гене­раторном режиме при последовательном их соединении была выше напряжения контактной сети, т. е.

(27)

Ток и скорость подвижного состава при рекуперации соответственно:

(28)

(29)

Характеристики рекуперативного торможения могут быть построены, если известна зависимость магнитного потока от тока рекуперации СФ_г = f(I_Р). Указанная зави­симость для каждой системы возбуждения двигателей постоянного тока (последовательной, параллельной, сог­ласно-смешанной и встречно-смешанной) имеет свой ха­рактер.

Рассмотрим характеристики рекуперативного тормо­жения для тяговых двигателей различных систем возбуж­дения.

Торможение при двигателях последовательного воз­буждения. На рис. 6 представлены зависимости СФ_г = f(I_Р) при постоянной скорости v = const и суммы (U_KC + I_рr) = f(I_Р) двигателя последовательного возбуждения.

 

Рис. 6. К определению электрической устойчивости двигателей последовательного возбуждения (а) и встречно-смешанного (б) при рекуперативном торможении

Переходный процесс при рекуперативном торможении описывается уравнением

(30)

отсюда

(31)

где L – индуктивность цепи рекуперативного торможения.

В режиме рекуперации действующей будет э, д. с. рекуперирующего тягового двигателя СФ_гv, а противо­действующей - сумма напряжения контактной сети и падения напряжения в двигателе . Следовательно, условие электрической устойчивости можно представить в виде

(32)

Или

(33)

На рис. 6, а, где представлены зависимости для дви­гателя последовательного возбуждения, точка а₁ соот­ветствует электрическому равновесию, но оно неустойчиво. Если произойдет случайное уменьшение тока I_p1, э. д. с. станет меньше суммы , а , что приведет к еще большему уменьшению тока I_P. Этот процесс приведет к перемагничиванию тягового двигателя. Если произойдет случайное увеличение тока I_p1, э. д. с. станет больше суммы , и ток будет расти до тех пор, пока не станет равным I_p2, т. е. система достигнет точки а₂ электрического равновесия. Равновесие будет устойчивым, но ток рекуперации I_p2 может превышать допустимый по коммутации ток двигателя.

Чтобы система была электрически устойчивой, необ­ходимо, чтобы внешняя характеристика рекуперирующей машины СФ_Г v – I_Pr = f(I_Р) была падающей. Поэтому гене­ратор последовательного возбуждения, у которого э. д. с. растет с увеличением тока намного быстрее, чем падение напряжения I_Pr является электрически неустойчивым. По этой же причине электрически неустойчива в генератор­ном режиме машина согласно-смешанного возбуждения.

Торможение при двигателях встречно-смешанного возбуждения. В режиме рекуперативного торможения двигатель встречно-смешанного возбуждения может ра­ботать устойчиво, так как обладает падающей внешней характеристикой. Точка а (рис. 6, б) пересечения за­висимостей СФ_Гv(I_р) и = f(I_Р) соответствует элект­рическому равновесию. Это равновесие будет устойчиво, так как при увеличении тока на значение +Δ I_P э. д. с. ма­шины становятся меньше величины и . Это приведет к уменьшению тока, т. е. система возвра­щается в точку а электрического равновесия. При любом уменьшении тока на значение -Δ I_P величина , ток начинает возрастать, система стремится к точке а электрического равновесия.

Торможение при двигателях независимого возбужде­ния. При независимом возбуждении м. д. с. не зависит от тока рекуперации. Тормозные характеристики являются жесткими, так как скорость почти не изменяется с изме­нением нагрузки. При некоторой наименьшей скорости v_min и наибольшей м. д. с. рекуперативное торможение прекращается, так как э. д. с. становится недостаточной для того, чтобы уравновесить напряжение сети.

Жесткость характеристик двигателя независимого возбуждения приводит к плохому распределению нагрузок между параллельно работающими двигателями и их повы­шенной чувствительности к колебаниям напряжения сети. Поэтому применяют схемы, позволяющие получать более мягкие характеристики. Одной из таких схем является схема со стабилизирующим резистором R_ст (рис.7). В этой схеме возбудитель В включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ двигателя М и стабилизи­рующим резистором. При увеличении тока в режиме реку­перации будет увеличиваться падение напряжения на ста­билизирующем резисторе и соответственно уменьшаться напряжение на обмотке возбуждения ОВ. Этим дости­гается уменьшение тока возбуждения и соответственно магнитного потока при увеличении тока I_р.

Таким образом, получаем мягкие характеристики, необ­ходимые для осуществления режима рекуперативного тор­можения. При этом могут быть использованы двигатели последовательного возбуждения и статические возбуди­тели.

Для схемы рис. 7 в режиме рекуперации справедливо выражение

. (34)

Откуда

, (35)

Где E_B - э.д.с возбудителя; I_B, I_P – Соответственно ток возбуждения и рекуперации; r_B –сопротивление обмотки возбуждения тягового двигателя; r₀ – внутреннее сопротивление возбудителя.

 

 

Рис. 7. Схема рекуперативного торможения двигателя Рис. 8. Характеристики рекуперативного

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A. Оказание помощи при различных травмах и повреждениях.
2. A. особая форма восприятия и познания другого человека, основанная на формировании по отношению к нему устойчивого позитивного чувства
3. B. Принципы единогласия и компенсации
4. Cочетания кнопок при наборе текста
5. D-технология построения чертежа. Типовые объемные тела: призма, цилиндр, конус, сфера, тор, клин. Построение тел выдавливанием и вращением. Разрезы, сечения.
6. EP 3302 Экономика предприятия
7. Exercise 5: Образуйте сравнительные степени прилагательных.
8. H. Приглаживание волос, одергивание одежды и другие подобные жесты
9. I. «Движение при закрытой автоблокировке (по путевой записке).
10. I. Если глагол в главном предложении имеет форму настоящего или будущего времени, то в придаточном предложении может употребляться любое время, которое требуется по смыслу.
11. I. Запоры — основная причина стресса
12. I. ПРИЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ В ПСИХОЛОГИЧЕСКОМ ИССЛЕДОВАНИИ