Продольно-динамические усилия при торможении и их расчет

/ Литература / Автоматические тормоза подвижного состава / Продольно-динамические усилия при торможении и их расчет

Поскольку скорость тормозной волны в современных пневматических тормозах не превышает 300 м/с, то из-за поочередного (от головы к хвосту поезда) срабатывания тормозов вагонов происходит их набегание друг на друга и возникают продольно-динамические реакции иногда даже ударного характера. При этом весь период торможения согласно разработанной Б.Л. Карвац-ким методике разделяется на четыре фазы. Первые три определяют неустановившиеся режимы, а последняя установившийся режим торможения.

Первая фаза длится с момента поворота ручки КМ в тормозное положение до начала наполнения ТЦ последнего в поезде вагона. Вторая начинается по окончании первой и завершается при максимальном наполнении ТЦ первого вагона. Третья фаза следует за второй и заканчивается, когда в ТЦ последнего вагона давление достигнет максимума. Четвертая фаза длится до конца торможения.

Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что наибольшие усилия в автосцепках возникают в первой фазе неустановившегося режима торможения и, как правило, в последней трети поезда. Величину этих мгновенных усилий для однородного поезда находят из выражения [15]

где А - коэффициент, зависящий от конструкции ВР, состояния поезда перед торможением (если растянут, А = 0,65; если сжат, А = 0,4) и износа автосцепок;

Ьп - длина поезда, м;

Кте - скорость тормозной волны, м/с;

/ц - время наполнения тормозных цилиндров, с.

В связи с небольшой длиной пассажирских поездов, характеристиками их межвагонных упругих соединений и частым применением ЭПТ, вызывающим одновременное срабатывание тормозов по составу, возникающие в них продольно-динамические усилия невелики. В то же время в грузовых, особенно длинносоставных поездах, находящихся перед торможением в растянутом состоянии, они могут достигать опасных, предельных по условиям прочности автосцепки значений до 2000-2500 кН.

Длительно действующее продольное усилие в поездах, в том числе соединенных, не должно превышать 500 кН при наличии порожних или малогруженых вагонов (до 100 кН/ось) по условиям их схода, особенно в кривых участках пути, и 1000 кН при грузовых груженых вагонах. Для расчета этих реакций в грузовых соединенных поездах, если первый из них тормозит, а второй нет, используется формула [25]

где р - коэффициент использования тормозного нажатия (при ПСТ или ЭТр=1);

Q^, б2 - вес первого и второго поездов, кН.

Кратковременно действующие продольно-динамические усилия, превышающие установленные нормы, приводят в основном к обрыву или повреждению автосцепок, а длительно действующие - к сходу порожних или малогруженых вагонов.

При торможении по мере выравнивания тормозных усилий по длине поезда и его сжатия продольные реакции уменьшаются. Если перед началом торможения, притормаживая локомотив, поезд предварительно сжать, выбрав свободные зазоры в автосцепках, то ударного типа реакций можно избежать, снизив продольные усилия в 1,5-2,5 раза. В соответствии с этим коэффициент А в (9.16) принимают равным 0,4 в сжатом поезде; 0,65 в растянутом; 1,0 для оценки мгновенных усилий; 3,0 при сильно изношенных автосцепках. Поскольку коэффициент трения тормозных колодок уменьшается с ростом скорости движения, то наибольшие продольные усилия развиваются при малых скоростях 10-20 км/ч.

Важнейшей характеристикой тормозной системы поезда является скорость тормозной волны. При разработке ВР стремятся максимально облегчить их воспринимающую часть, чтобы увеличить этот показатель. Однако в рамках золотниково-поршневых конструкций при действии реальных сил трения требуется перепад давления 0,010-0,015 МПа на воспринимающей части, чтобы он пришел в движение и обеспечил дополнительную разрядку ТМ, создавая незатухающую тормозную волну. Поэтому, например, ВР № 270-002,292 не могут реализовать скорость тормозной волны более 200 м/с.

Переход на диафрагменно-клапанные системы с легкой, не нагруженной силами трения, воспринимающей частью, практически мгновенно реагирующей на малейший перепад давления 0,003- 0,005 МПа, позволил ускорить тормозную волну до 300 м/с. При прочих равных условиях, как следует из (9.16), появилась возможность сократить время наполнения ТЦ при ВР № 483 до 25 с вместо 40 с у предшествующих конструкций ВР. Это существенно снижает длину тормозного пути, повышает безопасность движения и создает предпосылки для увеличения скорости поездов и пропускной способности участков железных дорог.

В настоящее время в грузовых поездах скорость тормозной волны по существу достигла своего физического предела, так как вплотную приблизилась к скорости воздушной волны 330 м/с. Это накладывает ограничения на максимальную длину поездов, тормоза которых управляются по пневматическому каналу. Преобразуя выражение (9.16) и подставляя в него реальные конкретные значения, можно определить Таким образом, с точки зрения продольно-динамических усилий существующие тормозные средства позволяют устойчиво управлять поездами из 100 условных груженых вагонов или длиной около 1400 м.

Несмотря на пониженные продольно-динамические усилия в порожних поездах, их длина тем не менее ограничена теми же 1400 м по условиям устойчивого движения вагонов в рельсовой колее без выдавливания в кривых участках пути. Так, при радиусе кривых 200, 300 и 400 м максимально допустимые сжимающие усилия не должны превышать соответственно 450, 500 и 550 кН.

Особенно неблагоприятными с позиций схода подвижного состава с рельсов является существенно неравномерная загрузка вагонов в поезде и развивающиеся в нем квазистатические (медленно изменяющиеся) продольно-динамические сжимающие усилия. При отклонении некоторых параметров пути и подвижного состава даже в пределах их нормативных значений в совокупности с неправильным управлением тормозами могут возникать опасные ситуации, близкие к аварийным.

⇐ | Расчет тормозного пути методом МРЖД | | Автоматические тормоза подвижного состава | | Порядок размещения и включения тормозов | ⇒