3.2. Перевірка гальмових колодок і коліс на перегрів

Одна з властивостей чавунних гальмових колодок полягає в тому, що в разі перевищення певного часу гальмування внаслідок перегріву настає так зване явище їх катастрофічного зносу. При цьому чавунна колодка починає дуже швидко стиратись і втрачає товщину, а підвищення температури у зоні тертя спричиняє термічні тріщини на поверхні кочення колеса і, навіть, „завар” гальмового башмака.

Перевірку гальмової колодки на перегрів при ЕГ виконують за умовою:

=

К

де: – розрахунковий тепловий потік у гальмову колодку, Вт/м – товщина гальмової колодки, мм; – коефіцієнт теплопровідності матеріалу гальмової колодки, приймають: 52 Вт/(К·м) – для чавуна і 1 Вт/(К·м) – для композиції; Fo – безрозмірний критерій Фур’є (Fourier); [Δτгк] – допустиме в експлуатації короткочасне підвищення температури поверхні гальмової колодки, приймають: 600 К – для чавунних і 450 К – для композиційних колодок.

Тепловий потік у гальмову колодку розраховують за формулою

= Вт/м²

де: g=9,81 м/с– прискорення вільного падіння; - коефіцієнт, який враховує розподілення теплового потоку між гальмовими колодками та колесом, приймають для композиційних колодок: 0,10 – при односторонньому натисненні і 0,05 – при двосторонньому, а для чавунних: 0,20 – при односторонньому натисненні, 0,15 – при односторонньому натисненні секційної колодки або двосторонньому натисненні одинарної колодки, 0,10 – при двосторонньому натисненні секційних колодок; – усереднена розрахункова питома гальмова сила, кГ/тс або Н/кН; – передгальмівна швидкість руху, км/год; – геометрична площа поверхні тертя гальмової колодки, м² (див. формулу (2.7) .

Критерій Фур’є розраховують за формулою:

=13,3 52,54/15²=3,106

де: aτ – коефіцієнт температуропровідності матеріалу гальмової колодки, приймають: 13,3 мм– для чавуна, 0,325 мм²/с – для композиції – дійсна tД (без часу підготовки гальм до дії) тривалість гальмування, с.

Усереднену за час гальмування розрахункову питому гальмову силу обчислюють за даними розрахунку гальмівного шляху за формулою

=

де: – середній за час гальмування основний питомий опір руху локомотива на холостому ходу, Н/кН або кГ/тс.

При виконанні розрахунку за формулами (3.12) і (3.10) спочатку слід прийняти найменшу з допустимих в експлуатації товщину гальмової колодки: 15 мм – для чавунних гребеневої та секційної, 12 мм – для чавунної безгребеневої та композиційної, 10 мм – для колодок маневрових локомотивів. Якщо при цьому умова формули (3.10) не задовільниться, то розрахунком від зворотного потрібно знайти найменшу допустиму товщину гальмової колодки та відзначити цей факт у ПЗ.

Композиційним колодкам властивий інший недолік. Теплопровідність композиційних материалів значно нижча за теплопровідність колісної сталі, тому при гальмуванні такою колодкою практично все тепло із зони тертя відводиться у колесо. При тривалому гальмуванні в експлуатації можливий перегрів поверхні кочення колеса, що призводить до появи на ній термічних тріщин, які досить швидко поширюються углиб колеса та спричиняють вищербини.

Перевірку залізничного колеса на перегрів при ЕГ виконують за формулою:

=211,95

де: – розрахунковий тепловий потік у колесо, Вт/м ² – коефіцієнт тепловіддачі колеса, Вт/(К·м=43 Вт/(К·м ²) – коефіцієнт теплопровідності колісної сталі; =7850 кг/м– густина сталі; =460 Дж/(кг·К) питома теплоємність сталі; [кτΔ]=420 К – допустима температура короткочасного перегріву поверхні колеса в експлуатації.

Тепловий потік у колесо розраховують за формулою:

=

де kк – коефіцієнт, який враховує розподілення теплового потоку між колесом і гальмовою колодкою, приймають для композиційних колодок: 1,00 – при односторонньому натисненні і 0,95 – при двосторонньому, а для чавунних: 0,8 – при односторонньому натисненні, 0,7 – при односторонньому натисненні секційної колодки або двосторонньому натисненні одинарної колодки, 0,6 – при двосторонньому натисненні секційних колодок; Dк – діаметр кола кочення локомотивного колеса, м; hk=0,09 м – розрахункова ширина поверхні кочення колеса, яка сприймає тепловий потік.

Коефіцієнт тепловіддачі залізничного колеса (у Вт/(К·м²)) для передгальмівної швидкості руху (в км/год) у першому наближенні розраховують за емпіричною формулою:

=

При виконанні розрахунку за формулами (3.15) і (3.14) спочатку слід прийняти діаметр колеса локомотива на рівні середньозношеного (див. п. 2.1). Якщо при цьому умова формули (3.14) не задовольняється, то розрахунком від зворотного потрібно знайти найменший допустимий діаметр колеса локомотива та відзначити цей факт у ПЗ.