4. Сила торможения
Тормоз – это устройство на поездах, создающее искусственное сопротивление движению для уменьшения скорости. Для создания силы торможения при движении на колеса должен действовать момент сил торможения, создаваемый либо тормозными колодками, либо электромагнитными силами якорей тяговых двигателей при рекуперативном и реостатном торможении.
С
илы
трения скольжения между бандажом колеса
и тормозными колодками создают момент
сил, который противодействует вращению
колеса при его качении. При стремлении
колеса перестать вращаться, колесо
толкает рельс вперед от себя с силой
трения Fрельс
(рис. 3.5). А рельс, согласно третьему
закону Ньютона, толкает колесо назад с
такой же по величине силой трения,
которая является силой
торможения Fторм.
По
своей природе это либо сила сцепления,
если колесо не проскальзывает по рельсу,
либо сила трения скольжения, если колесо
проскальзывает. Движение юзом возникает
при заклинивании колеса тормозными
колодками.
На колесо действуют колодки и рельс. При торможении со сравнительно небольшим ускорением, момент сил со стороны тормозных колодок скомпенсирован моментом силы торможения со стороны рельса FтормR = 2FколR. Сила трения со стороны колодок, по закону трения скольжения, равна произведению коэффициента трения скольжения колодок μкол на силу давления двух тормозных колодок на бандаж Nкол,. Регулируя силу давления можно изменять величину силы торможения от нуля до предельного значения
F торм = 2 μкол Nкол . (3.7)
Силы торможения не могут превышать предельного значения, которое будет на грани потери сцепления колеса с рельсом
Fторм.пред= μсц ΔMg, (3.8)
где ΔMg – часть силы тяжести вагона, приходящаяся на одно колесо, μсц –коэффициент сцепления колеса и рельса.
При слишком большой силе нажатия тормозных колодок на бандаж колеса или при возрастании коэффициента трения скольжения колодки (так бывает для чугунных колодок при уменьшении скорости поезда), колесо может заклинить. Колесо, не вращаясь, скользит по рельсу, движется юзом. Это приводит к негативным последствиям. Происходит износ рельса, на колесе образуется лыска (ползун) и оно теряет круглую форму, увеличивается тормозной путь поезда так как сила трения скольжения меньше силы сцепления. Для предотвращения юза колесо следует на короткое время отпустить и затем вновь прижать колодки с меньшим усилием.
Задачи
1. Определить момент сил, развиваемый тяговым электродвигателем, при котором ведущее колесо начнет буксовать? Коэффициент сцепления колеса с рельсом 0,20, радиус колеса 0,59 м, передаточное отношение редуктора 4,2. Сцепной вес, приходящийся на колесо, 200 кН.
2. Определить наименьший уклон рельсов, при котором вагон массой 50 т покатится. Коэффициент сопротивления качению колес 0,002.
3. Мощность тяговых двигателей локомотива 3,0 МВт. Какую силу тяги развивает локомотив массой 200 т при скорости 15 м/с? Определите, будет ли буксование колес, если коэффициент сцепления 0,25?
4. Определить, критическую скорость движения локомотива массой 200 т с тяговыми двигателями мощностью 4 МВт, чтобы не наступило буксование колес по рельсам. Коэффициент сцепления 0,25.
5. Определить силу торможения, достаточную для равномерного движения поезда массой 2000 т на спуске с уклоном 0,010. Коэффициент сопротивления качению колес 0,004. Определить максимальный уклон, при котором начнется скольжение поезда юзом, если коэффициент сцепления колес с рельсами 0,20.
6. При каком значении силы давления на тормозные колодки колесо четырехосного вагона массой 50 т начнет скользить по рельсу, двигаться юзом. Коэффициент трения скольжения колеса по рельсам 0,25, коэффициент трения скольжения колодки по колесу 0,15.
7. Поезд массой 800 т спускается в карьер с постоянной скоростью в режиме торможения, и поднимается груженым с общей массой 3000 т также равномерно. Определить, когда и во сколько раз угон рельсов больше, считая, что он пропорционален касательной силе воздействия колес на рельсы. Коэффициент трения качения колес 0,005.