Лекция №9. Тормозные силы, действующие на поезд.

Торможение осуществляется искусственно создаваемыми дополнительными внешними силами, направленными против поступательного движения поезда. Тормозные силы создаются тормозными устройствами подвижного состава, которыми управляет машинист с целью снижения скорости по условиям ведения поезда, или остановки его в определённом месте пути, или внезапной остановки поезда в экстремальных ситуациях. От исправности и эффективности тормозных средств подвижного состава и умелого управления тормозами поезда зависит безопасность движения.

В поездах отечественных железных дорог применяются различные тормозные системы: фрикционные, электрические и магнитно-рельсовые.

Фрикционные пневматические тормоза при торможении в результате трения тормозных колодок о поверхности катания колёс или о тормозные диски, укреплённые на колёсных парах некоторых типов пассажирских вагонов, вагонов электропоездов и дизель поездов (рисунок 1). В результате создаётся момент, препятствующий свободному вращению колёсных пар, а возникающая реактивная сила сцепления колёс с рельсами (внешняя сила) образует тормозную силу, направленную от центра вращения колеса против поступательного движения поезда.

Рисунок 1. Схема образования тормозной силы при колодочном торможении.

Пневматическое управление тормозами характерно временной задержкой срабатывания тормозных устройств вагонов по длине поезда, что создаёт неблагоприятную динамику торможения.

Система управления электропневматическими тормозами обеспечивает одновремённое срабатывание тормозов всех вагонов поезда, что улучшает управляемость тормозами и повышает безопасность движения. Электропневматическими тормозами оборудуются только пассажирские поезда.

В системе электрического торможения локомотивов или мотор-вагонного подвижного состава, кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию при работе тяговых электродвигателей в генераторном режиме. Реактивный момент, создаваемый ТЭД в режиме генератора , действует в направлении, препятствуя вращению колёсных пар локомотива при поступательном движении. В результате взаимодействия колёс и рельс образуется тормозная сила, вектор которой направлен от центра вращения колеса против поступательного движения поезда. Применяются две системы электрического торможения: реостатная и рекуперативная.

При реостатном торможении вырабатываемая электроэнергия гасится в резисторах локомотива. При рекуперативном торможении вырабатываемая электроэнергия ТЭД поступает в контактную сеть и используется другими электровозами, работающими в режиме тяги. Эффективность электрического торможения заключается в уменьшении износа бандажей колёсных пар и тормозных колодок локомотива и электроподвижного состава, в экономии электроэнергии при рекуперативном торможении. Электрические тормоза применяют, в основном, для регулировочного торможения.

На скоростном электроподвижном составе применялся магнитно-рельсовый тормоз (ЭР-200). В такой системе используются специальные тормозные башмаки с секционированными магнитопроводами, на которых установлены катушки, создающие магнитный поток, замыкаемый через рельс. Сила торможения зависит от силы притяжения башмака к рельсу и площади полюсного башмака. Эта сила от башмака передаётся на раму тележки. Электромагнитная сила, прижимающая башмак к рельсу, не уменьшает нагрузку осей электроподвижного состава на рельсы и не вызывает разгрузки колёсных пар. Поэтому магнитно-рельсовый тормоз может быть использован дополнительно к механическим, или к электрическим тормозам.

Тормозные силы магнитно-рельсового тормоза не ограничены сцеплением колёс с рельсами и могут создавать большие тормозные силы, которые невозможно получить при других системах торможения. Поэтому их применение предпочтительно использовать на скоростном подвижном составе.

Фрикционные тормоза на подвижном составе являются основными. Режим их работы зависит от цели торможения. Различают следующие режимы торможения: экстренное, полное служебное, служебное (остановочное) и регулировочное.

Экстренное торможение применяют для остановки поезда в чрезвычайных случаях. При этом полностью используется тормозная сила поезда. Экстренное торможение не рекомендуется без особой надобности применять в поездах, особенно в поездах повышенной массы и длины, вследствие возникновения резких динамических воздействий на подвижной состав и опасности появления юза.

Полное служебное торможение выполняется для определения длины участков 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 производят для поддержания скорости движения поезда на заданном уровне.

Торможением гасят накопленную кинетическую энергию поезда, которая равна половине произведения приведённой массы поезда на квадрат скорости в начале торможения.

Тормозные расчёты производят для определения:

1) допускаемой скорости движения при заданном тормозном пути, известных тормозных средствах и профиле пути;

2) потребной силы нажатия тормозных колодок при заданной максимально допустимой скорости движения, длине тормозного пути и крутизне уклона;

3) длины тормозного пути в зависимости от заданной максимальной (начальной) скорости движения, силы нажатия тормозных колодок и профиля пути.

Эти задачи решаются отдельно для грузовых и пассажирских поездов.

Тормозной путь – это расстояние, которое проходит поезд от момента поворота ручки крана в тормозное положение до полной остановки поезда.

Нормативами устанавливается тормозной путь на площадке не более:

1000 м – для пассажирских поездов, движущихся со скоростями до 140 , и грузовых – до 100 км/ч;

1200 м – для пассажирских поездов, движущихся со скоростями до 160, и грузовых – до 120 км/ч.

Исходя из этих нормативов, производят расстановку сигналов и ограждение мест препятствия, обеспечивающее безопасность движения поездов.