Режим ведения и тормозные системы поезда. Локомотивная бригада при движении поезда осуществляет постоянное регулирование силы тяги и скорости движения. Необходимость в этом вызывается непрерывным изменением профиля и плана пути, а значит, сопротивления движению, различным уровнем допускаемых скоростей, остановкой поездов на раздельных пунктах.
Реализовать такой режим, используя лишь силу тяги и силу сопротивления движению, невозможно, для этого необходима создаваемая по мере надобности и изменяемая машинистом тормозная сила поезда. Именно с ее помощью осуществляют остановку поезда и снижение его скорости путем изменения кинетической энергии движущегося поезда.
Тормозной называют внешнюю силу, создаваемую тормозными средствами поезда во взаимодействии с рельсовым путем, регулируемую машинистом и направленную против движения. Тормозная сила имеет большое значение для обеспечения нормального и безопасного движения поездов, во всяком случае не меньшее, чем сила тяги. Поскольку при торможении необходимо на небольшом расстоянии погасить кинетическую энергию движущегося поезда, тормозная сила по величине значительно превосходит силу тяги.
Применяются различные системы создания тормозной силы, которые могут быть объединены в две основные группы: фрикционные и электрические. При фрикционных тормозных системах сила торможения образуется вследствие трения тормозных колодок о поверхность катания колесных пар. Прижатие колодок и тормозной эффект возникают при разрядке магистрали. Тормоза каждого вагона последовательно приходят в действие по мере распространения тормозной волны вдоль поезда. При большой длине современных поездов проходит значительное время между началом срабатывания тормозов в головной и хвостовой частях, что влечет за собой отрицательные последствия в виде динамических реакций в составе, угрожающих безопасности движения и могущих привести к разрыву поезда. Этих недостатков лишена система электропневматических тормозов, обеспечивающая одновременность срабатывания тормозов в поезде, однако такая система применяется лишь в пассажирских и пригородных поездах.
В системах электрического торможения тяговые электродвигатели переводятся в тормозной режим и работают в качестве генераторов, преобразующих кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую. Выработанная электрическая энергия при рекуперативном торможении поступает в контактную сеть, при реостатном гасится в резисторах тягового подвижного состава. Однако электрические тормоза применяются, главным образом, для регулировочных торможений.
Основным же в поезде является фрикционный пневматический колодочный тормоз, обеспечивающий гашение кинетической энергии поезда путем прижатия тормозных колодок к поверхности катания колес и трения об эту поверхность. Кроме того, часть подвижного состава оборудована ручным тормозом, позволяющим удерживать поезд при отказе автоматического тормоза.
В зависимости от назначения различают следующие режимы работы автоматических тормозов: экстренное, полное служебное и регулировочное торможение.
Образование тормозной силы. При поступлении сжатого воздуха в тормозной цилиндр усилие от его штока через систему рычагов передается на тормозную колодку, которая с определенной силой (силой нажатия К) прижимается к поверхности катания колеса. В результате возникает сила трения, пропорциональная коэффициенту трения <рк. Однако сила трения, являясь внутренней по отношению к поезду, не может его затормозить. Для того чтобы возникла тормозная сила В, необходимо сцепление колеса с рельсом. Именно в контакте колеса с рельсом возникает внешняя по отношению к поезду тормозная сила В, однако действует она против направления движения.
Как и сила тяги, тормозная сила не должна превышать силу сцепления колеса с рельсом. В противном случае колесо прекращает вращение и возникает так называемый юз - явление, связанное со снижением тормозной эффективности, повреждением колеса и рельсов. Тормозная сила зависит от материала тормозной колодки и поверхности катания колеса. Наименьший коэффициент трения имеют чугунные колодки. Стремление повысить коэффициент трения привело к созданию чугунных тормозных колодок с повышенным содержанием фосфора (1,0-1,4 %) и композиционных колодок с увеличенным коэффициентом трения.
ПТР рекомендуют различные расчетные формулы для коэффициента трения колодок <рк в зависимости от их материала (рис. 6). Рекомендуемые ПТР эмпирические формулы учитывают зависимость коэффициента трения, помимо материала, от скорости движения и силы нажатия К. Сила нажатия тормозной колодки зависит от конструкции подвижного состава, диаметра тормозных цилиндров, давления воздуха в них, характеристики пружин, передаточного числа, КПД рычажной передачи и др.
Коэффициент нажатая тормозных колодок. Отношение суммы сил нажатия колодок на колеса одной оси к нагрузке от этой оси на рельсы называют коэффициентом нажатия колодок 0 (тормозным коэффициентом). Как и сила тяги, сила торможения не должна превышать силу сцепления между колесами и рельсами. Учитывая это условие обеспечения нормального торможения, коэффициент 0 можно представить как отношение коэффициента сцепления фк к коэффициенту трения фк. Коэффициент 0 — величина непостоянная, поскольку значения коэффициентов сцепления и трения изменяются в эксплуатации в широких пределах, главным образом в зависимости от состояния поверхностей трения колес и рельсов, их увлажненности, определяемой погодой. Коэффициенты сцепления и трения неодинаково меняются с изменением скорости движения. Это делает очень важным правильный выбор значения коэффициента нажатия колодок, поскольку его занижение приводит к уменьшению тормозной силы, а завышение может вызвать движение юзом, заклинивание колес, что также уменьшает тормозную силу и приводит к повреждению деталей подвижного состава и рельсового пути, особенно в зимнее время. При этом образуется местный износ - выбоины на поверхности катания колес, в результате чего возникают удары при каждом обороте колеса, что приводит к повреждению ходовых частей подвижного состава и рельсов.
Особенно опасны большие выбоины в зимнее время, так как они могут привести к массовому излому рельсов.
Определение тормозной силы поезда. Тормозная сила поезда В определяется числом тормозных осей и нажатиями колодок. Она равна произведению суммы нажатий всех тормозных колодок поезда £ К на коэффициент трения <рк. При расчетах тормозную силу, как и другие силы, действующие на поезд, принято относить к 1 т массы поезда. Тогда удельная тормозная сила Ьк равна произведению коэффициента трения на тормозной коэффициент состава д.
Отсюда ясно, как важно правильно установить тормозной коэффициент состава: он является не отвлеченной теоретической величиной, а важнейшим эксплуатационным показателем. Умножив его на 100, получим нажатие тормозных колодок в тонна-силах, приходящееся на каждые 100 т массы поезда, т. е. характеристику обеспеченности поезда тормозами.
Отметим, однако, что расчет тормозной силы становится крайне затруднительным при наличии в составе вагонов с различным нажатием на тормозную колодку. В таком случае необходимо определять число колодок или групп колодок с одинаковым нажатием, умножать на него соответствующее значение нажатия и полученные произведения складывать.
Для того чтобы исключить такой сложный способ подсчета, вводят расчетный коэффициент трения фкр и расчетную силу нажатия на колодку /Ср. В Правилах тяговых расчетов приведены формулы для определения коэффициента трения чугунных и композиционных колодок в зависимости от скорости движения, полученные исходя из средних значений действительных сил нажатия на колодку четырехосного вагона. Эти силы составляют соответственно 2,7 тс для чугунных колодок и 1,6 тс для композиционных. Переход от действительной силы нажатия к расчетной производят по формулам, приведенным там же.Тормоза грузовых вагонов при чугунных колодках включают на порожний режим при полезной нагрузке на одну ось до 3 тс, на средний при нагрузке до 6 тс и на груженый режим, если нагрузка превышает 6 тс.
Тормоза рефрижераторных вагонов на чугунных колодках включают на средний режим при полезной нагрузке до 3 тс на одну ось и на груженый при большей нагрузке.
Расчетная сила нажатия чугунных тормозных колодок одной оси при ручном торможении для удержания остановившегося подвижного состава на месте принимается для пассажирских цельнометаллических вагонов и вагонов рефрижераторных поездов равной 4 тс, для остальных пассажирских вагонов и всех грузовых вагонов 2 тс, для тягового подвижного состава 5 тс.
Расчетный тормозной коэффициент поезда представляет собой отношение суммы тормозных расчетных сил нажатия всех тормозных колодок поезда к сумме веса состава и учетного веса локомотива. Значение расчетных сил нажатия для различных типов вагонов, серий тягового подвижного состава и учетного их веса приводится в Правилах тяговых расчетов и Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог ЦТ-ЦВ-цНИИ/4440.
При тормозных расчетах для грузовых поездов силу пневматического тормоза локомотива и его массу не учитывают, кроме случаев, относящихся к движению по спускам крутизной более 20%» и одиночным локомотивам.
Электрическое торможение (рекуперативное и реостатное) используют как регулировочное при движении поезда по перегону. Оно обладает высокой эффективностью, проявляющейся в возможности автоматического поддержания тормозной силы и постоянной скорости на заданном уровне, экономии электроэнергии (при рекуперативном торможении), значительном уменьшении износа колесных пар и тормозных колодок. Для получения необходимого тормозного эффекта все тяговые двигатели отключают от контактной сети, производят ряд переключений в электрических цепях и затем двигатели подключают к потребителю электрической энергии. Реализуемая при рекуперативном торможении тормозная сила зависит от тока рекуперации, тока возбуждения тяговых двигателей и скорости движения, а при реостатном торможении - от тока через тормозные резисторы. При электрическом торможении, так же как и при пневматическом, тормозная сила имеет ограничение по сцеплению, превышение которого может привести к юзу колесных пар. Как видно из характеристик, приведенных на рис. 7 и 8 в качестве примера, помимо ограничения по сцеплению при рекуперативном торможении, имеются ограничения по максимальному допустимому отношению тока якоря к току возбуждения тяговых двигателей и максимальной допустимой скорости, при реостатном торможении - по току возбуждения, току тормозных резисторов и максимальной допустимой скорости.
Реализовать такой режим, используя лишь силу тяги и силу сопротивления движению, невозможно, для этого необходима создаваемая по мере надобности и изменяемая машинистом тормозная сила поезда. Именно с ее помощью осуществляют остановку поезда и снижение его скорости путем изменения кинетической энергии движущегося поезда.
Тормозной называют внешнюю силу, создаваемую тормозными средствами поезда во взаимодействии с рельсовым путем, регулируемую машинистом и направленную против движения. Тормозная сила имеет большое значение для обеспечения нормального и безопасного движения поездов, во всяком случае не меньшее, чем сила тяги. Поскольку при торможении необходимо на небольшом расстоянии погасить кинетическую энергию движущегося поезда, тормозная сила по величине значительно превосходит силу тяги.
Применяются различные системы создания тормозной силы, которые могут быть объединены в две основные группы: фрикционные и электрические. При фрикционных тормозных системах сила торможения образуется вследствие трения тормозных колодок о поверхность катания колесных пар. Прижатие колодок и тормозной эффект возникают при разрядке магистрали. Тормоза каждого вагона последовательно приходят в действие по мере распространения тормозной волны вдоль поезда. При большой длине современных поездов проходит значительное время между началом срабатывания тормозов в головной и хвостовой частях, что влечет за собой отрицательные последствия в виде динамических реакций в составе, угрожающих безопасности движения и могущих привести к разрыву поезда. Этих недостатков лишена система электропневматических тормозов, обеспечивающая одновременность срабатывания тормозов в поезде, однако такая система применяется лишь в пассажирских и пригородных поездах.
В системах электрического торможения тяговые электродвигатели переводятся в тормозной режим и работают в качестве генераторов, преобразующих кинетическую и потенциальную энергию поезда в электрическую. Выработанная электрическая энергия при рекуперативном торможении поступает в контактную сеть, при реостатном гасится в резисторах тягового подвижного состава. Однако электрические тормоза применяются, главным образом, для регулировочных торможений.
Основным же в поезде является фрикционный пневматический колодочный тормоз, обеспечивающий гашение кинетической энергии поезда путем прижатия тормозных колодок к поверхности катания колес и трения об эту поверхность. Кроме того, часть подвижного состава оборудована ручным тормозом, позволяющим удерживать поезд при отказе автоматического тормоза.
В зависимости от назначения различают следующие режимы работы автоматических тормозов: экстренное, полное служебное и регулировочное торможение.
Образование тормозной силы. При поступлении сжатого воздуха в тормозной цилиндр усилие от его штока через систему рычагов передается на тормозную колодку, которая с определенной силой (силой нажатия К) прижимается к поверхности катания колеса. В результате возникает сила трения, пропорциональная коэффициенту трения <рк. Однако сила трения, являясь внутренней по отношению к поезду, не может его затормозить. Для того чтобы возникла тормозная сила В, необходимо сцепление колеса с рельсом. Именно в контакте колеса с рельсом возникает внешняя по отношению к поезду тормозная сила В, однако действует она против направления движения.
Как и сила тяги, тормозная сила не должна превышать силу сцепления колеса с рельсом. В противном случае колесо прекращает вращение и возникает так называемый юз - явление, связанное со снижением тормозной эффективности, повреждением колеса и рельсов. Тормозная сила зависит от материала тормозной колодки и поверхности катания колеса. Наименьший коэффициент трения имеют чугунные колодки. Стремление повысить коэффициент трения привело к созданию чугунных тормозных колодок с повышенным содержанием фосфора (1,0-1,4 %) и композиционных колодок с увеличенным коэффициентом трения.
ПТР рекомендуют различные расчетные формулы для коэффициента трения колодок <рк в зависимости от их материала (рис. 6). Рекомендуемые ПТР эмпирические формулы учитывают зависимость коэффициента трения, помимо материала, от скорости движения и силы нажатия К. Сила нажатия тормозной колодки зависит от конструкции подвижного состава, диаметра тормозных цилиндров, давления воздуха в них, характеристики пружин, передаточного числа, КПД рычажной передачи и др.
Коэффициент нажатая тормозных колодок. Отношение суммы сил нажатия колодок на колеса одной оси к нагрузке от этой оси на рельсы называют коэффициентом нажатия колодок 0 (тормозным коэффициентом). Как и сила тяги, сила торможения не должна превышать силу сцепления между колесами и рельсами. Учитывая это условие обеспечения нормального торможения, коэффициент 0 можно представить как отношение коэффициента сцепления фк к коэффициенту трения фк. Коэффициент 0 — величина непостоянная, поскольку значения коэффициентов сцепления и трения изменяются в эксплуатации в широких пределах, главным образом в зависимости от состояния поверхностей трения колес и рельсов, их увлажненности, определяемой погодой. Коэффициенты сцепления и трения неодинаково меняются с изменением скорости движения. Это делает очень важным правильный выбор значения коэффициента нажатия колодок, поскольку его занижение приводит к уменьшению тормозной силы, а завышение может вызвать движение юзом, заклинивание колес, что также уменьшает тормозную силу и приводит к повреждению деталей подвижного состава и рельсового пути, особенно в зимнее время. При этом образуется местный износ - выбоины на поверхности катания колес, в результате чего возникают удары при каждом обороте колеса, что приводит к повреждению ходовых частей подвижного состава и рельсов.
Особенно опасны большие выбоины в зимнее время, так как они могут привести к массовому излому рельсов.
Определение тормозной силы поезда. Тормозная сила поезда В определяется числом тормозных осей и нажатиями колодок. Она равна произведению суммы нажатий всех тормозных колодок поезда £ К на коэффициент трения <рк. При расчетах тормозную силу, как и другие силы, действующие на поезд, принято относить к 1 т массы поезда. Тогда удельная тормозная сила Ьк равна произведению коэффициента трения на тормозной коэффициент состава д.
Отсюда ясно, как важно правильно установить тормозной коэффициент состава: он является не отвлеченной теоретической величиной, а важнейшим эксплуатационным показателем. Умножив его на 100, получим нажатие тормозных колодок в тонна-силах, приходящееся на каждые 100 т массы поезда, т. е. характеристику обеспеченности поезда тормозами.
Отметим, однако, что расчет тормозной силы становится крайне затруднительным при наличии в составе вагонов с различным нажатием на тормозную колодку. В таком случае необходимо определять число колодок или групп колодок с одинаковым нажатием, умножать на него соответствующее значение нажатия и полученные произведения складывать.
Для того чтобы исключить такой сложный способ подсчета, вводят расчетный коэффициент трения фкр и расчетную силу нажатия на колодку /Ср. В Правилах тяговых расчетов приведены формулы для определения коэффициента трения чугунных и композиционных колодок в зависимости от скорости движения, полученные исходя из средних значений действительных сил нажатия на колодку четырехосного вагона. Эти силы составляют соответственно 2,7 тс для чугунных колодок и 1,6 тс для композиционных. Переход от действительной силы нажатия к расчетной производят по формулам, приведенным там же.Тормоза грузовых вагонов при чугунных колодках включают на порожний режим при полезной нагрузке на одну ось до 3 тс, на средний при нагрузке до 6 тс и на груженый режим, если нагрузка превышает 6 тс.
Тормоза рефрижераторных вагонов на чугунных колодках включают на средний режим при полезной нагрузке до 3 тс на одну ось и на груженый при большей нагрузке.
Расчетная сила нажатия чугунных тормозных колодок одной оси при ручном торможении для удержания остановившегося подвижного состава на месте принимается для пассажирских цельнометаллических вагонов и вагонов рефрижераторных поездов равной 4 тс, для остальных пассажирских вагонов и всех грузовых вагонов 2 тс, для тягового подвижного состава 5 тс.
Расчетный тормозной коэффициент поезда представляет собой отношение суммы тормозных расчетных сил нажатия всех тормозных колодок поезда к сумме веса состава и учетного веса локомотива. Значение расчетных сил нажатия для различных типов вагонов, серий тягового подвижного состава и учетного их веса приводится в Правилах тяговых расчетов и Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог ЦТ-ЦВ-цНИИ/4440.
При тормозных расчетах для грузовых поездов силу пневматического тормоза локомотива и его массу не учитывают, кроме случаев, относящихся к движению по спускам крутизной более 20%» и одиночным локомотивам.
Электрическое торможение (рекуперативное и реостатное) используют как регулировочное при движении поезда по перегону. Оно обладает высокой эффективностью, проявляющейся в возможности автоматического поддержания тормозной силы и постоянной скорости на заданном уровне, экономии электроэнергии (при рекуперативном торможении), значительном уменьшении износа колесных пар и тормозных колодок. Для получения необходимого тормозного эффекта все тяговые двигатели отключают от контактной сети, производят ряд переключений в электрических цепях и затем двигатели подключают к потребителю электрической энергии. Реализуемая при рекуперативном торможении тормозная сила зависит от тока рекуперации, тока возбуждения тяговых двигателей и скорости движения, а при реостатном торможении - от тока через тормозные резисторы. При электрическом торможении, так же как и при пневматическом, тормозная сила имеет ограничение по сцеплению, превышение которого может привести к юзу колесных пар. Как видно из характеристик, приведенных на рис. 7 и 8 в качестве примера, помимо ограничения по сцеплению при рекуперативном торможении, имеются ограничения по максимальному допустимому отношению тока якоря к току возбуждения тяговых двигателей и максимальной допустимой скорости, при реостатном торможении - по току возбуждения, току тормозных резисторов и максимальной допустимой скорости.
Комментариев нет:
Отправить комментарий