Порядок выполнения работы

1. Изучить теоретический материал, зарисовать в тетради рисунок 4.1 и привести расчетные формулы.

2. Решить задачи по исходным данным, приведенным в таблице 4.4 .

3. Письменно ответить на контрольные вопросы.

Таблица 4.4

Исходные данные

Наименование	Вариант
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Масса локомотива, т	250	270	118	128	250	270	118	128	250	270
Масса состава, т	3000	4000	2000	1000	3000	4000	2000	1000	3000	4000
Тип вагонов	6- осные					8- осные
Осевая нагрузка, т/ось	18	19	20	22	25	18	19	20	22	25
Тип пути	звеньевой
Скорость движения, км/ч	40	45	20	160	50	60	30	100	45	55
t, ^0С	-30	-45	-40	-47	-30	-45	-40	-47	-40	-45
Скорость ветра, м/с	6	8	10	12	10	8	6	8	10	12

Задачи

1. Определить полное сопротивление движению поезда при заданной скорости (режим тяги) (см. таблицу 4.4).

2. Чему равно полное сопротивление поезда, если заданы масса локомотива и состава, а удельное сопротивление локомотива и вагона соответственно равны 2,3 Н/кН и 1,5 Н/кН?

3. Чему равно полное сопротивление поезда, если состав поезда включает в себя 30 четырехосных вагонов с осевой нагрузкой 25 т/ось. (см. таблицу 4.4).

4. Чему равно полное сопротивление поезда при движении на подъеме равном 10 ‰? (см. таблицу 4.4).

5. Определите удельное сопротивление от кривой длиной 700 м, радиусом 1000 м, расположенном на элементе длиной 1000 м.

6. Определить удельное сопротивление при трогании с места (Н/кН) на площадке состава, состоящего из 60% вагонов на роликовых подшипниках и 40% вагонов на подшипниках скольжения.

7. Пусть кривая радиусом R= 500 м совпадает с подъемом i= 9 , длиной 1000 м. Определить приведенный подъем.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите составляющие силы основного сопротивления движению поезда.

2. Какие мероприятия применяются для снижения сил основного сопротивления?

3. В каких случаях необходимо учитывать дополнительное сопротивление от подвагонных генераторов?

4. Как влияют метеорологические условия на величину сил сопротивления движению поезда?

5. Как учитываются конструкционные особенности подвижного состава и пути при расчете сил основного сопротивления движению поезда?

Практическое занятие № 5 Тормозная сила

Содержание: изучение тормозной силы поезда и решение задач по теме.

Торможение производится для остановки поезда или регулирования его скорости уменьшением кинетической энергии движения.

Тормозной силой поезда называют внешнюю силу, создаваемую тормозными средствами поезда во взаимодействии с рельсами и приложенную к ободам колёс в направлении, противоположном движению.

Тормозная сила, как и сила тяги локомотива, является управляе­мой, но противоположна ей по направлению и поэтому имеет отрица­тельный знак.

В поездах отечественных железных дорог применяются различные тормозные системы: фрикционные и электрические.

Фрикционные пневматические тормоза гасят кинетическую энер­гию поезда в результате трения тормозных колодок о бандажи колес. Они действуют при разрядке тормозной магистрали. При этом тормоза каждого вагона последовательно приходят в действие по мере распро­странения тормозной волны вдоль поезда, что при большой длине со­временных поездов снижает быстродействие и создает неблагоприятную продольную динамику, опасную разрывом поезда.

Экстренное торможение производится для остановки поезда в чрезвычайных случаях. При этом полностью используется тор­мозная сила поезда. Вследствие возникновения резких динамических воздействий на подвижной состав при экстренном торможении не реко­мендуется без особой надобности применять его в поездах повышенной массы и длины.

Полное служебное торможение используется для расчета расстояния расстановки постоянных сигналов. Тормозная сила при этом используется на 80 %.

Служебное торможение применяется для останов­ки поезда. Тормозная сила при этом используется на 50 %.

Регулировочное торможение применяется для поддержания скорости движения поезда на заданном уровне. Тормоз­ная сила при этом изменяется в зависимости от положения ручки крана машиниста. Если крутизна спуска, на котором требуется регу­лировочное торможение, не превышает 4 ‰, то используется прямодействующий тормоз локомотива.

Тормозная сила возникает при трении тормозных колодок и сцеп­лении тормозных колес с рельсами. Тормозная сила колесной пары В равна силе трения, приведенной к ободам колес. Сила В (рисунок5.1) вы­зывает реакцию B₁ в буксе, и таким образом возникает внутренний момент сопротивления, создаваемый парой сил В, В₁.

Торможение может вызвать только внешняя сила, поэтому заменим пару сил В, В₁, равновеликой В₂, В₃ для рассмотрения сил в зоне кон­такта колеса с рельсом. В результате сцепления колеса с рельсом в точ­ке O₁ под действием нагрузки от колесной пары на рельсы П и силы В₃ возникает по закону противодействия сила В₄. Эти силы равны друг другу. Сила B₂ стремится вращать колесо вокруг мгновенного центра вращения O₁ в противоположном направлении. Эта сила является внешней потому, что в каждый момент контакта колеса с рельсом коле­со закрепляется благодаря силе сцепления в системе пути; следова­тельно, она является тормозной силой. А так как условились относить силы поезда к ободам колес, то в расчетах принимают равную ей силу В₄. Таким образом, тормозная сила одиночной колесной пары:

B = _k K, (5.1)

где _K - коэффициент трения; К - сила нажатия колодки на колесо, кН.

Очевидно, значения _K и К определяют тормозной эффект. Рассмот­рим факторы, их определяющие.

Коэффициент трения тормозной колодки. Значение _K зависит от материала тормозных колодок, скорости движения и силы нажатия К. Определяют силу нажатия колодок по эмпирическим формулам:

для стандартных чугунных коло­док

(5.2)

для композиционных колодок

(5.3)

д

Рисунок 5.1 Схема образования тормозной силы

ля фосфористых чугунных колодок

(5.4)

Сила нажатия тормозной колодки и закон сцепления при торможении. Качение колес по рельсам возмож­но, если тормозная сила В не превы­шает силу сцепления колес с рельса­ми _К П, т. е. соблюдается условие

_К П,

где _К — коэффициент сцепления колес с рельсами. Если тормозная сила превысит силу сцеп­ления, то произойдет заклинивание колес — наступит юз (скольжение колес по рельсам). Сила трения скольжения колес при юзе  П меньше силы сцепления колес при качении _К П вследствие того, что коэффициент трения скольжения меньше коэффициента трения покоя. Но если _К К = _К П, а _К П >  П, то _К К >  П. Таким обра­зом, тормозная сила при юзе меньше тормозной силы при качении.

Опасность и вредные последствия юза состоят в увеличении тормозного пути поезда, в изнашивании рельсов и образовании ползунов на ободах колес вследствие трения между ними, в интенсивном выделении тепла в зоне контакта, резко снижающего проч­ность стали, в возникновении наваров на колесе в результате наволакивания металла. Во избежание юза установлены ограничительные усло­вия торможения:

(5.5)

Неравенство (5.5) выражает собой закон сцепления при торможении: для обеспечения безопасности движения поездов и предотвращения юза ре­активная сила, создаваемая тормозными средствами на ободах колес, не должна превосходить силу сцепления колес с рельсами.

Из четырех величин, содержащихся в неравенстве (5.5), единст­венно регулируемой является сила К, поэтому для соблюдения закона сцепления при торможении необходимо ограничить ее значение. Наибольшая допустимая величина К определится из равенства .

Отношение называюткоэффициентом нажатия, который представляет собой отношение наибольшей допустимой по сцеплению силы нажатия тормозной колодки к статической нагрузке от колеса на рельс.

При заданном П предельно допустимые значения  будут зависетьот значений_К и _К, а они, в свою очередь, зависят от скорости и мате­риала колодок.

Совместное рассмотрение функций _К (v) и _К (v) приводит к важным выводам: при снижении скорости в процессе торможения зна­чения _К становятся больше _К; следовательно, вероятность заклинива­ния колес возникает при низких скоростях; при сравнительно высоких скоростях, наоборот, значения _К больше _К и, значит, опасность юза исключается, а силу нажатия К можно увеличить для повышения тор­мозной силы. Возникает проблема установления оптимального значе­ния  во всем диапазоне скоростей от нуля до наибольшей установленной скорости. При этом необходимо также учесть, что в эксплуатации значение П не является постоянной и зависит от загруженности вагона. Поэтому нормативами установлены допустимые коэффициенты нажатия для гружённого и порожнего режима грузовых вагонов, а также раздельно для чугунных и композиционных тормозных колодок. Их значение колеблется от 0,3 до 0,7.

Тормозная сила поезда определяется по формуле:

, (5.6)

где - суммарное нажатие тормозных осей поезда.

Удельная тормозная сила:

, (5.7)

где - вес состава, кН;

- вес локомотива, кН;

- тормозной коэффициент.