Продольно-динамические реакции при торможении грузового поезда
Фазы торможения и отпуска. Хотя автотормоза и распределены по всему поезду, но не одновременность их действия вызывает продольно-динамические реакции. Чем дальше от локомотива расположен вагон, тем позднее до него доходит тормозная волна и тем позднее начинается процесс наполнения его тормозного цилиндра.
На рис. 38 видно, что процесс торможения поезда условно разбивается на четыре фазы:
первая (I) — занимает время распространения тормозной волны до хвостового вагона. При этом головные вагоны уже тормозят, а еще не тормозящие хвостовые вагоны набегают на головные, сжимая поезд;
вторая (II) — отражает процесс наполнения сжатым воздухом всех тормозных цилиндров поезда. При этом неравномерность распределения тормозных усилий по длине поезда сохраняется;
третья (III) — отличается постепенным выравниванием распределения тормозных сил по длине поезда вследствие окончания наполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом;
IV
етвертая
(IV)
— характеризуется равномерным
распределением
тормозной силы по длине поезда. Процесс
торможения
приобретает
установившийся характер.
Ртц; Fн
Рис. 38 Процессы повышения и понижения давления в тормозных цилиндрах вагонов, а также изменения тормозной силы по длине поезда при торможении и отпуске автотормозов
Таким образом, при торможении по поезду проходит импульс силы переменной величины Fн, вызывающий сжатие состава. Так как поезд является упруго-массовой системой, то после волны сжатия будет иметь место волна растяжения, правда более слабая из-за рассеивания энергии в поглощающих аппаратах автосцепок.
Аналогичные процессы (только зеркальные) наблюдаются при отпуске тормозов. По поезду проходит импульс силы переменной величины, вызывающий растяжение состава, за которым следует более слабая волна сжатия.
Напрашивается аналогия с качелями. Сначала толкаем качели в одну сторону — торможение, затем в другую — отпуск. При этом важнейшее значение имеет совпадение периодичности толчков с периодами собственных колебаний качелей (поезда). При их совпадении колебания существенно возрастают.
Величины продольно-динамических реакций при торможении (отпуске).
При торможении (отпуске) максимальная величина продольно-динамической реакции R в поезде определяется величиной тормозной силы Fторм коэффициентом неравномерности Кн ее приложения и коэффициентом динамичности Кдин:Р = КдИН•Кн•Fторм. Все три сомножителя данного выражения являются зависимыми от длины грузового состава L.
Тормозная сила определяется следующей формулой:
FТОрм = ∫тр•(∑Кi) = ∫тр•θ•G = ∫тр•θ•γL где ∫тр — коэффициент трения тормозных колодок о поверхность катания колеса; ∑Кi, — суммарное тормозное нажатие в поезде; θ — тормозной коэффициент поезда; G — вес поезда; γ — средний погонный вес поезда.
Коэффициент неравномерности тормозной силы из-за неодновременности ее действия по длине поезда определяется следующими зависимостями: Кн = 0,25•L / L0) при L < L0 и Кн = 0,125•(1 + Lо / L) при L > L0, где L0 = υв•tтц — расстояние, которое пройдет тормозная (отпускная) волна за время наполнения (опорожнения) тормозного цилиндра; υв — скорость распространения тормозной (отпускной) волны; tтц — время наполнения (опорожнения) тормозного цилиндра. Коэффициент неравномерности тормозной силы имеет максимум, равный 0,25 при длине поезда L = υв•tтц.
Необходимо отметить, что неравномерность распределения тормозной силы по длине поезда вызывается не только неодновременностью срабатывания или отпуска тормозов, но и другими факторами. К ним относятся: включение части воздухораспределителей на несоответствующий режим; установка рычажной передачи отдельных вагонов на чугунные колодки при использовании композиционных; не устранение большой величины местных утечек воздуха; замедленный или чрезмерно быстрый отпуск некоторых воздухораспределителей; неисправности рычажной передачи.
Коэффициент динамичности также зависит от длины поезда и имеет максимумы, вызванные приближением интервала времени между торможением и отпуском к периодам собственных колебаний поезда как упруго-массовой системы. В связи с этим максимальные значения продольно-динамических реакций имеют место в поездах определенной длины. Можно сказать, что с изменением длины меняется чувствительность поезда к внешним воздействиям. Вследствие этого изменяется и вероятность разрыва поезда.