При чугунных колодках (1) и композиционных (2)
Рис. 4. Схема центрального барабанного тормоза: Dб , Dк – диаметры барабана и ведущего колеса
Расчет тормозной силы.Тормозная сила электроподвижного состава В будет равна сумме тормозных сил, развиваемых тормозными устройствами:
, (9)
здесь k - число тормозных барабанов на подвижном составе. С учетом выражения (5):
(10)
Для двухосного троллейбуса, где на каждом движущемся колесе имеется тормозной барабан, k = 2, а для четырехосного трамвая k = 4.
Если в выражении (10) коэффициент трения φк принять постоянным, т. е. можно вынести за знак суммы, то получим
. (11)
Выражение под знаком суммы называют приведенным к ободу колеса нажатием тормозных колодок,т.е.
(12)
Тогда тормозная сила
(13)
или в удельных единицах
(14)
Для удобства построения тормозных характеристик вводится понятие тормозного коэффициента подвижного состава θ, который характеризует мощность тормозных средств и равен отношению суммы приведенных нажатий колодок на вес подвижного состава
(15)
Тогда выражение (14) примет вид
(16)
Значения расчетных коэффициентов трения φк для различных типов тормозов следующие:
Чугунные колодки - 0,27; дисковые и барабанные тормоза с позиционными колодками - 0,35; рельсовые электромагнитные тормоза - 0,18.
Пользуясь выражением (16), можно построить тормозную характеристику подвижного состава b(v).
Ограничение тормозной силы. Как видно из выражения (12), с увеличением нажатия на колодки тормозная сила увеличивается. Но она не может расти беспредельно. Наибольшее значение тормозной силы ограничено силой сцепления колеса с рельсом, которая определяется по следующему выражению
Bmax = 1000mтgψ, (17)
где mтg - тормозной вес поезда; ψ- коэффициент сцепления колеса с рельсом.
При превышении этой величины нарушается сцепление колеса с рельсом или полотном дороги и возникает юз. Для избегания юза необходимо, чтобы общая тормозная сила любой колесной пары не превосходила наибольшей по сцеплению тормозной силы
В ≤ Bmax = 1000mтgψ (18)
С учетом выражения (14) получим:
(19)
или
, (20)
откуда следует
(21)
Отношение наибольшего суммарного нажатия колодок к силе нажатия на рельсы или полотно дороги mТ g называется коэффициентом нажатия тормозных колодок δ
(22)
Из неравенства (21) следует,
(23)
т. е. сила нажатия ограничена условиями сцепления колеса и рельса или колеса и дороги.
При условии, что все оси подвижного состава тормозные (т = тт), наибольший тормозной коэффициент будет равен коэффициенту нажатия Θmах = δ. Такое значение тормозного коэффициента следует выбирать при торможении с наибольшим нажатием колодок, т. е. при экстренном торможении.
При рабочем торможении тормозной коэффициент подвижного состава составляет 0,6 - 0,7 от наибольшего значения. Значения коэффициентов нажатия для различных видов подвижного состава городского электрического транспорта (ГЭТ) следующие:
Трамвайные, вагоны (моторные) - 0,85 - 1,2; вагоны метрополитена - 0,5 - 0,6; вагоны с дисковыми и барабанными тормозами - 0,6 - 0,7; троллейбус - 1,5 – 2; трамвайные вагоны с рельсовым электромагнитным тормозом – 2,0.
Механическая устойчивость.Рассмотрим тормозную характеристику подвижного состава B(v) для тормоза с чугунными и композиционными колодками (рис. 5). При торможении на спуске силой, вызывающей ускорение, является направленная по движению подвижного состава сила от уклона mgi. Ускорению подвижного состава будет противодействовать сумма сил торможения и основного сопротивления движению B + Wo. Следовательно, тормозная характеристика будет устойчива в том случае, если сумма сил В + W0 возрастает с увеличением скорости. Условие механической устойчивости при торможении на спуске запишется в виде
(24)
Как следует из рис. 5, при движении по спуску установившаяся скорость vу будет иметь место в точке а, в которой В + W0 = mgi. Согласно основному уравнению движения справа от точки а ускорение будет положительно, а слева - отрицательно.
Для тормоза с чугунными колодками (рис. 5, а) при случайном увеличении скорости на значение Δv замедляющая сила B + W0 будет меньше силы от уклона В+Wo<mgi, и произойдет дальнейшее увеличение скорости. При уменьшении скорости на значение Δv
В+Wo >mgi (25)
и скорость будет уменьшаться.
Рис. 5. К определению механической устойчивости колодочно-бандажного тормоза с чугунными (а) и композиционными (б) колодками при торможении на спуске
Таким образом, тормоз с чугунными колодками обладает механической неустойчивостью при торможении на спуске, так как тормозная сила при увеличении скорости падает резче, чем растет основное сопротивление движению.
В случае применения композиционных колодок (рис. 5, б) в зоне рабочих скоростей получаем устойчивое механическое торможение.
По типу привода механические тормоза разделяются на ручные, пневматические, гидравлические. На мощных типах подвижного состава применяются только пневматический и гидравлический приводы. Пневматический привод применяется на трамвайных вагонах РВЗ-6М2, ЛМ-68 и троллейбусе ЗИУ-682. На городском электрическом транспорте для упрощения схемы подвижного состава пневматический привод заменяют соленоидным. Соленоидный привод применяется на трамвайных вагонах КТМ-5МЗ и Т-3 (ЧССР).
Дисковый тормоз.Основное их отличие заключается в том, что тормозная сила создается в результате трения колодки о вращающиеся фрикционные диски, которые связаны с колесными парами или с валами тяговых двигателей. Если вращающиеся элементы тормоза имеют плоскую поверхность, то такие тормоза называются дисковыми.
Дисковые тормоза обладают следующими преимуществами:
- коэффициент трения дисковых тормозов относительно высок (0,25 - 0,35), так как колодки для такого тормоза изготовливают из смеси асбестового волокна с металлическими стружками и древесными опилками, пропитанными бакелитом;
- механически устойчивы, так как в рабочей зоне коэффициент трения практически не зависит от скорости.
При механическом торможении вся кинетическая энергия превращается в тепло и выделяется в диске. Диск нагревается и, если процесс торможения длительный, плавится. Поэтому дисковые тормоза применяются при торможении с малых скоростей и как аварийные. Механическое торможение сочетают с реостатным либо с рекуперативным торможением.
Общим недостатком рассмотренных видов механических тормозов является то, что наибольшее нажатие колодок ограничено условиями сцепления колес с рельсами или дорогой. Тем самым ограничиваются максимально возможные тормозные силы изамедления. Наибольшие замедления при торможении вэтих системах не превосходят 1,5 - 2 м/с2. Между тем при экстренном торможении такие замедления недостаточны, поэтому при наличии только механического тормоза небезопасно развивать высокие скорости движения. Особенно это относится к тому виду городского электрическоготранспорта, у которого нет индивидуального полотна, изолированного от пешеходов идругих видов транспорта.
Рельсовый тормоз.Рельсовые тормоза позволяют развивать тормозные силы, не ограниченные сцеплением колес с рельсами. Сущность рельсового тормоза заключается в том, что подвешенные на пружинах к тележке или раме вагона стальные электромагнитные рельсовые башмаки, свободно перемещающиеся в вертикальном направлении в специальных направляющих, притягиваются к рельсам при возбуждении их током. Сила трения, возникающая между башмаками и рельсами, является тормозной силой рельсового тормоза и определяется так:
(26)
где КР - сила притяжения башмака к рельсу, φр - коэффициент трения башмака о рельс.
Сила притяжения КР прямо пропорциональна квадрату магнитного потока Ф, который зависит от тока I, протекающего по катушке рельсового тормоза, и обратно пропорциональна значению воздушного зазора δ между рельсом и башмаком.
Так как магнитный поток замыкается через рельсы, то воздушный зазор резко снижает магнитный поток и силу притяжения КР. В результате загрязнения рельса инеровностей башмак прилегает к рельсу не всей поверхностью. Поэтому при расчете рельсового торможения следует учитывать некоторый эквивалентный зазор. Чем больше загрязнен рельс, тем большим должен быть приведенный зазор. В целях быстрого введения в действие тормозов зазор должен быть невелик и при отсутствии торможения (порядка 10 - 12 мм), что предъявляет весьма жесткие требования к состоянию пути.
Так как коэффициент трения стали о сталь резко падает с увеличением скорости, то и тормозная сила рельсового тормоза резко уменьшается с увеличением скорости.
В связи с такими неопределенными характеристиками рельсового тормоза он нашел применение в основном как аварийный тормоз и для удержания подвижного состава на остановке.
Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 2634;