Механическое торможение

Вращательно-фрикционные тормоза.Колесно-колодочный тормоз, который широко применяется на магистраль­ном железнодорожном подвижном составе и на метрополи­тене, в настоящее время не применяется на наземном го­родском электрическом транспорте. В этом типе тормоза тормозные колодки прижимаются непосредственно к бан­дажам колес.

Для уменьшения шума на трамвае в настоящее время применяется подрессоривание бандажей через специ­альные резиновые прокладки, которые затрудняют отвод тепла от бандажей. Бандажи в процессе торможения могут перегреться и произойдет авария. Поэтому как на трамвае, так и на троллейбусе устанавливают специальные тормоз­ные барабаны, связанные с колесами, на которые и давят при торможении колодки (рис. 2, а).

Рис. 2. Образование тормозной силы при механическом торможении (а) и барабанном тормозе (б)

Тормозной момент, возникающий в этом случае, кН м,

(3)

где R_б - радиус тормозного барабана, м; К - нажатие на колодку, кН; - коэффициент трения между поверхностью тормозного бара­бана и колодкой.

Для того чтобы нажатие от колодок на тормозной барабан уравновешивалось, т. е. вал барабана не ис­пытывал изгибающий момент, тормозных колодок бы­вает несколько и их располагают симметрично (рис. 2, б). В этом случае тормозной момент, кН м,

, (4)

где п – число тормозных колодок.

Тормозная сила, Н, в общем случае в соответствии с рис. 3:

, (5)

где μ – передаточное отношение редуктора; η_К - коэффициент полезного действия редуктора; R_К - радиус колеса подвижного состава, м.

Выражение (5) справедливо в том случае, если тормозной барабан укреплен либо на валу двигателя, либо на горловине редуктора, как это имеет место на трамвайных вагонах. На троллейбусах тормозные барабаны крепят непосредственно к ступицам ведущих колес. Тогда μ = 1и η_К = 1, и выражение (5) примет вид:

(6)

Коэффициент 1000 в выражениях (5) и (6) служит для перевода килоньютонов в ньютоны.

При данном нажатии К на тормозные колодки тормоз­ная сила будет зависеть от коэффициента трения φ_к. Иссле­дования показали, что величина φ_к определяется материа­лами трущихся поверхностей, скоростью поверхности тор­мозного барабана, нажатием на тормозную колодку К.

Тормозные барабаны, как правило, изготовляют из ста­ли, тормозные колодки - из различных материалов. Наи­более дешевым является изготовление тормозных колодок из чугуна, но такие колодки обладают тем недостатком, что относительно быстро изнашиваются и, превращаясь в чугунную пыль, засоряют тормозное устройство иокружа­ющую среду. Лучшие показатели имеют тормозные колод­ки, изготавливаемые из специальных материалов, так назы­ваемых композиционных составов. В такие композиции входят составными частями асбест, бакелит, древесные опилки. Эти колодки в процессе торможения сгорают, т. е. превращаются в основном в газы и улетучиваются.

На основании экспериментов для этих материалов вы­ведены следующие зависимости:

для чугунных колодок истального колеса

(7)

идля композиционных колодок и стального колеса

(8)

В этих выражениях нажатие К имеет размерность килоньютоны, а скорость v - метр в секунду. На рис. 3 представлены эти зависимости при нажатии на тормозные колодки К = 20 кН.

Из выражений (7) и (8) следует, что с увеличением нажатия К на колодку коэффициент трения φ_к падает, так­же он уменьшается и при увеличении скорости. При более высоких скоростях,особенно для композиционных тормозных колодок, коэффициент трения φ_к становится практически постоянным. Поэтому для получения надежно работающего тормозного устройства целесообразно при­менение большего числа колодок с меньшим усилием К на колодку и с большей скоростью на поверхности тормоз­ного барабана, т. е. тормозной барабан следует устанав­ливать на валу двигателя или входного вала редуктора (рис. 4).

Рис. 3. Зависимости коэффициента трения от скорости