Коэффициент трения тормозных колодок и коэффициент сцепления колес с рельсами

На поверхностях обода колеса и тормозной колодки имеются углубления и выступы, которые придают поверхностям шероховатость.

Если прижать колодку к ободу вращающегося колеса, то выступы одной поверхности будут входить в углубления другой, создавая этим силу трения скольжения.

Кроме того, образованию силы трения способствует и молекулярное сцепление между поверхностями.

В любом случае между соприкасающимися поверхностями двух тел возникает сила трения, которая препятствует движению этих тел или затрудняет, тормозит движение.

Величина силы трения тормозной колодки Вх зависит от величины силы нажатия К и коэффициента трения Фк. т. е. Вт = КФк (рис. а).

Коэффициент трения показывает, какую часть от силы нажатия составляет сила трения.

Величина коэффициента трения зависит от материала трущихся поверхностей и их состояния.

При смазывании и загрязнении поверхностей этот коэффициент резко уменьшается. Вот почему так вредно замасливание колодок или колес: коэффициент, а значит, и сила трения могут намного уменьшиться, несмотря на большую силу нажатия тормозных колодок на колеса.

Увеличение силы нажатия К на одну колодку, т. е. увеличение удельной силы нажатия, снижает коэффициент трения. В этом отношении двустороннее расположение колодок более выгодно, чем одностороннее, так как две колодки создают большую тормозную силу, чем одна, к которой приложена такая же сила нажатия, как суммарная к двум колодкам.

Коэффициент трения чугунных колодок резко снижается по мере увеличения скорости поезда.

Для эффективного действия тормозов при высокой скорости применяют скоростные регуляторы, автоматически увеличивающие силу нажатия колодок по мере возрастания скорости поезда.

Все более широко применяются тормозные колодки из неметаллических, композиционных материалов. Они обладают более высоким коэффициентом трения, мало зависящим от скорости. Кроме того, износостойкость композиционных колодок выше, чем чугунных.

На рисунке приведен график, показывающий зависимость расчетных значений коэффициентов трения Фкр чугунных (кривая /) и композиционных (кривая 2) тормозных колодок от скорости поезда.

Под действием нагрузки и тормозной силы в точке соприкосновения вращающегося колеса с рельсом возникает сила сцепления, как реакция рельса. Сила сцепления равна произведению величины нагрузки, воспринимаемой колесом, на коэффициент сцепления.

Коэффициент сцепления также показывает, какую часть от нагрузки на колесо составляет сила сцепления. Этот коэффициент снижается при замасливании и загрязнении колес и рельсов. Наиболее высокие его значения получаются при сухих и чистых рельсах, а также при наличии на них тонкого слоя сухого чистого песка.

Между тормозной силой и силой сцепления существует строго определенная зависимость: для вращения заторможенного колеса необходимо, чтобы тормозная сила не превосходила силу сцепления его с рельсом железнодорожного пути.

Нарушение этой зависимости ведет к заклиниванию колесной пары (рис. 6) колодками, и тогда она начинает скользить по рельсам (идет юзом).

Юз колесной пары может привести к образованию больших выбоин на колесах. Кроме того, возникшая в результате скольжения колес по рельсам сила трения будет в 2—3 раза меньше тормозной силы. Следовательно, при движении юзом не только повреждаются колеса и рельсы, но и в несколько раз снижается эффективность торможения.

При затяжном юзе выбоина, т. е. площадка А (рис. в) соприкосновения колеса с рельсом, может увеличиться настолько, что колесной паре уже трудно будет самостоятельно выйти из юза, даже если наступит полный отпуск.

Однако если вращение и начнется, то колесо с такой выбоиной, ударяя по рельсу (рис. г), может повредить рельсовый путь, особенно зимой при низкой температуре.

Сила удара будет зависеть от скорости движения поезда, размера выбоины и нагрузки на колесную пару.

Правильное включение грузовых режимов торможения обеспечивает полное использование тормозной силы и предупреждает заклинивание колесных пар вагонов. У вагонов, не оборудованных грузовым авторежимом, тормоз необходимо включать:

на порожний режим при загрузке менее 3 т на ось (рис. о);

на средний режим при загрузке от 3 до 6 т на ось (рис. 6);

на груженый режим при загрузке не менее 6 т на ось включительно (рис. в).

У вагонов, оборудованных авторежимом или имеющих на кузове трафарет «Однорежимный», воздухораспределитель включают при чугунных колодках на груженый режим, при композиционных — на средний и ручку переключателя закрепляют в таком положении.

Воздухораспределители на вагонах реф~ рижераторного подвижного состава, оборудованных чугунными колодками, включают следующим образом:

у всех грузовых вагонов, в том числе и у вагонов со служебным отделением в 5-вагонных секциях, в порожнем состояниина порожний режим, при загрузке до 6 т на ось включительно — на средний режим, при загрузке более 6 т на ось — на груженый режим;

у служебных вагонов, вагонов с дизельным машинным отделением в 5-вагонных секциях ручки переключателей режимов переводят на средний режим торможения и закрепляют.

Степень загрузки крытых вагонов определяется порядком, установленным МПС. Загруженность открытого подвижного состава определяют по полноте загрузки, виду груза (руда, уголь, балласт, щебень и т. п.).

Воздухораспределители на локомотивах должны быть включены на порожний режим торможения.

При пересылке в недействующем состоянии электровозов и тепловозов как ОДИНОЧНЫХ, так и в сплотках тормоза их включают на средний режим.

Между действительной К и расчетной Кр силами нажатия тормозной колодки существует определенная зависимость. Чтобы подсчитать величину расчетной силы нажатия» ло которой определяется обеспеченность поезда тормозами, необходимо знать действительную силу нажатия.

Действительная сила нажатия определяется размером тормозного цилиндра, давлением воздуха в нем. усилием отпускной пружины, передаточным отношением рычажной тормозной передачи.

Чтобы по имеющемуся значению действительной силы нажатия колодки найти расчетную силу, можно воспользоваться готовыми формулами. В ряде случаев удобнее пользоваться графиками, составленными по этим формулам.

Так, на рис. а кривая 1 показывает зависимость между К и Кр для чугунной тормозной колодки, а кривая 2 — для композиционной.

Для примера определим величину Кр для чугунной колодки при К=4тс. Проведем от точки К=4 на оси абсцисс вертикальную линию до пересечения в точке в с кривой 1 и, проведя горизонталь до оси ординат, найдем, что расчетная сила нажатия будет составлять около 3,5 тс на ось.

Часто требуется определить величину действительной или расчетной силы нажатия тормозной колодки при заданном давлении воздуха в тормозном цилиндре.

Для ориентировочного расчета применительно к четырехосным грузовым вагонам с чугунными колодками можно пользоваться графиком на рис. б. Кривая 1 показывает зависимость расчетной силы нажатия от •давления в тормозном цилиндре, кривая 2 — такую же зависимость действительной силы нажатия.

Так, при давлении 2 кгс/см2 величина КР будет несколько больше 2 тс на ось, К=1,6 тс на ось. Следовательно, для четырехосного вагона суммарная сила нажатия колодок действительная составит 4-2-1,6 = 12,8 тс, расчетная — 4-2-2 = 16 тс.

Эксплуатационные показатели работы автотормозов | Тормоза подвижного состава | Зависимость между действительной и расчетной силами нажатия тормозной колодки