Определение тормозной силы поезда

Тормозная сила B_т поезда определяется суммой сил, образованных всеми тормозными колодками подвижного состава по формуле

, Н, (1)

где Κ_о –действительная сила нажатия тормозных колодок на колёсную пару (на ось), кН;

n_о – число тормозных осей в поезде;

φ_к –действительный коэффициент трения колодок. Если принять среднее значение коэффициента трения для всех колодок одинаковое, то формула (1) примет выражение

, Н. (2)

Удельная тормозная сила пассажирского поезда

, Н/кН. (3)

Для грузового поезда

, Н/кН. (4)

Отношение суммы сил нажатия тормозных колодок к весу поезда называется действительным тормозным коэффициентом

, кН/кН (5)

тогда уравнение (3) принимает вид, Н/кН:

, Н/кН. (6)

В том случае, когда в поезде имеются вагоны с разным нажатием тормозных колодок на колесо, тормозные расчёты по формуле (6) становятся громоздкими, т. к. величины φ_к и K нужно определять для каждой колодки отдельно. В этих случаях, обычно используют более простой метод – метод приведения. Он основан на замене действительного коэффициента трения колодок о колёса, зависящего от силы нажатия К, другим значением – расчётным коэффициентом трения φ_кр, не зависящим от силы К.

Действительный коэффициент трения φ_к для стандартных чугунных колодок определяется по эмпирической формуле

, (7)

а для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора определяется по эмпирической формуле

, (8)

Действительный коэффициент трения φ_к для композиционных колодок определяется по формуле

, (9)

Для определения φ_кр принимаются условные средние силы нажатия колодок на колёсную пару: чугунных - К_ч = 26,5 кН (2,7 тс), композиционных - К_к = 15,7 кН (1,6 тс). Подставив значения К_ч и К_к в формулы (7), (8) и (9), получим:

для чугунных колодок

; (10)

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

; (11)

для композиционных колодок

. (12)

Значения расчётных коэффициентов трения колодок о колёса, вычисленные по формулам 10, 11 и 12, приведены в таблице 1.

С целью сохранения при торможении той же тормозной силы необходимо действительную силу нажатия колодок на колёсную пару заменить расчётной силой нажатия. Расчётная сила нажатия определяется из условия равенства тормозных сил:

, (13)

откуда , кН. (14)

После подстановки значений φ_к и φ_кр в уравнение (14), получаются выражения: для стандартных чугунных колодок

, кН; (15)

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

, кН; (16)

Значение расчётного коэффициента трения φ_кр тормозных колодок

Таблица 1

для композиционных колодок

, кН. (17)

Расчётные силы нажатия колодок на колёса рассчитывают для каждого типа подвижного состава и приводят в виде норм, установленных в инструкциях по эксплуатации автотормозов, таблицах 2 и 3.

Расчётные силы нажатия на одну чугунную тормозную колодку локомотивов

Таблица 2

Расчётные силы нажатия на одну тормозную колодку грузовых и пассажирских вагонов

Таблица 3

Если в одном поезде окажутся вагоны с чугунными и композиционными колодками, то силу нажатия колодок на ось пересчитывают на один вид колодок (обычно чугунных) с учётом равной эффективности тормозов, таблице 4.

Расчётные силы нажатия тормозных колодок вагонов в пересчёте на чугунные

Таблица 4

Суммарное расчётное нажатие тормозных колодок вычисляется по числу вагонов каждого вида (n₄, n₆, n₈), входящих в состав поезда, числу осей локомотива заданной серии (n_л) и расчётному нажатию на одну тормозную ось для каждого вида вагонов и локомотива

, кН. (18)

Если не все оси в составе тормозные, то это следует учитывать при вычислении суммарного нажатия тормозных колодок. С этой целью суммарное тормозное нажатие для состава (4 n₄ К_р4 + 6 n₆ К_р6 + 8 n₈ К_р8) умножается на коэффициент, равный доле тормозных осей в составе. Если доля тормозных осей задана для каждого типа вагонов, то соответствующие коэффициенты умножают на каждое из слагаемых в выражении (18).

После вычисления суммарного расчётного нажатия тормозных колодок поезда, определяется значение расчётного тормозного коэффициента

. (19)

Расчётный тормозной коэффициент характеризует степень обеспечения поезда тормозными средствами. Чем больше ϑ_р, тем больший тормозной эффект создадут тормозные силы, тем быстрее остановится поезд и на более коротком расстоянии. С целью обеспечения безопасности движения поездов ОАО «РЖД» установлены минимальные значения расчётных тормозных коэффициентов:

для составов грузовых поездов при скорости движения до 90 км/ч – 0,33;

для рефрижераторных и дизель-поездов при скорости движения до 120 км/ч – 0,6;

для пассажирских поездов:

при скорости движения до 120 км/ч – 0,6;

при скорости движения до 140 км/ч – 0,78;

при скорости движения до 160 км/ч – 0,8.

Полное значение расчётного тормозного коэффициента и соответствующая ему удельная тормозная сила реализуются только при экстренном торможении.

В расчётах торможения для остановки на станциях и раздельных пунктах, предусмотренных графиком движения поездов, а также в случае снижения скорости перед заранее известным местом применяют служебное торможение с расчётным тормозным коэффициентом:

для грузовых поездов – 0,5 J_р,

для пассажирских, электро- и дизель-поездов – 0,6 J_р,

в случае применения полного служебного торможения принимают 0,8 J_р.

Когда с помощью тормозных расчётов определяют минимальное расстояние между напольными постоянными сигналами, значение расчётного тормозного коэффициента принимают 0,8 J_р.

Правилами тяговых расчётов рекомендуется не принимать в расчёт пневматические тормоза локомотива и его вес при определении тормозной силы грузового поезда, движущегося на участках со спусками до -20 ‰. То есть, в формуле (5.19) можно исключить P, а в формуле (18) исключить слагаемое n_л К_рл.

Пример. Определить полную и удельную тормозную силу состава грузового поезда весом 40000 кН, сформированного из 60 четырёхосных полувагонов, оборудованных композиционными колодками. Скорость поезда в начале торможения 60 км/ч, число тормозных осей – 80%.

Решение

1. Расчётная сила нажатия на одну тормозную ось четырёхосных полувагонов при гружёном режиме (см. таблицу 3)

кН,

где n_к – число тормозных колодок на ось.

2. Число тормозных осей в составе поезда

осей,

где a_Т – число тормозных осей в составе поезда, a_Т = 80% = 0,8.

3. Суммарная сила нажатия тормозных колодок на оси состава поезда

кН.

4. Коэффициент трения композиционных колодок

5. Полная тормозная сила состава поезда (по формуле 5.2)

Н.

6. Удельная тормозная сила b_т, Н/кН, при весе поезда Р + Q

Н/кН.