Силы, действующие на поезд

Во время движения на поезд действуют различные силы. Они могут оказывать свое влияние временно или постоянно, достигать различной величины и иметь направление в сторону движения поезда или против. К таким силам относятся сила тяги, тормозная сила и силы сопротивления движению. При торможении, как правило, сила тяги не оказывает влияния на поезд и остаются лишь тормозная сила и силы сопротивления.

Тормозной силой называется искусственно создаваемая и управляемая человеком сила, направленная против движения вагона, локомотива или поезда в целом. Применяется эта сила в тех случаях, когда необходимо: снизить скорость движения поезда; остановить поезд в заранее намеченном месте; остановить поезд при возникновении препятствия на пути или лри появлении запрещающего сигнала. Тормозную силу обозначают буквой Вт и измеряют в кгс.

Силы сопротивления бывают двух видов: основные и дополнительные. Первые возникают в результате трения шеек осей о подшипники, трения качения и скольжения колес по рельсам, а также от сопротивления воздуха движущемуся подвижному составу. Эти силы, обозначаемые буквой действуют постоянно и направлены против движения поезда.

Дополнительное сопротивление возникает при движении поезда на подъем в результате действия соста в л я ю ще й Щ от веса поезда Q. Если поезд идет по горизонтальному пути (рис. а), эта составляющая равна нулю и вес поезда не изменяет характера движения.

При следовании по спуску (рис. б) силаЩ направлена в сторону движения и, следовательно, уменьшает тормозную силу. На подъеме (рис. в) сила направлена против движения поезда и способствует его торможению.

Основные и дополнительные силы сопротивления, действующие на поезд, обычно измеряют в кгс.

На железнодорожном транспорте применяют следующие виды торможения:

фрикционное, при котором силы трения создаются непосредственно на поверхности катания колес подвижного состава или на специальных дисках, жестко связанных с колесными парами. Силы трения на поверхности катания колес создаются при помощи колодочного тормоза путем прижатия тормозных колодок I к колесам (рис. а). На поверхности специального диска 2 (рис. б) сила трения создается прижатием к нему тормозных накладок 3. Такой тормоз называется дисковым;

реверсивное, осуществляемое переключением тяговых двигателей на режим генераторов — источников тока. Такое торможение часто называют электрическим или динамическим. Оно бывает рекуперативным с возвращением вырабатываемой электроэнергии в контактную сеть или реостатн ым, когда ток поглощается специальными резисторами, в которых электрическая энергия превращается в тепловую и затем рассеивается в окружающую среду;

магнитно-рельсовое, достигаемое воздействием башмаков 4 (рис. в) с электромагнитами на рельсы.

Основным видом торможения, применяемым на железных дорогах, является фрикционное при помощи колодочного тормоза. Электрическое (рекуперативное или реостатное) торможение применяется на моторных вагонах и некоторых локомотивах. Дисковые и магнитно-рельсовые тормоза используются в скоростных пассажирских поездах.

Образование тормозного момента происходит так. Если к вращающемуся колесу, нагруженному силой @ (рис. а на стр. 6), прижать тормозную колодку с силой К, то между поверхностью катания колеса и колодкой возникнет сила трения Вк. Эта сила на плече, равном радиусу г, создает тормозной момент Вкг, направленный против вращения колеса.

Однако этот тормозной момент, создаваемый внутренней ло отношению к вагону или локомотиву силой, не может сам по себе произвести торможение. По законам механики необходимо приложить еще момент от внешней силы. Такой силой является сила С — реакция рельса, или сила сцепления колеса с рельсом в точке касания.

Таким образом, в результате взаимодействия внутренних и внешних сил создается тормозной момент.

При электрическом торможении поезда машинист выключает тяговые двигатели, но поезд ло инерции, а на спусках и под действием силы тяжести продолжает двигаться. На колесо действует вращающий момент от силы С (рис. б) сцепления колеса с рельсом и от равной ей силы Сх, приложенной в центре колеса. Этот момент передается на вал якоря тягового двигателя. Поскольку этот двигатель переключен машинистом на режим генератора, при вращении якоря создается электрический ток. Таким образом, механическая энергия движущегося поезда будет затрачиваться на вырабатывание электрической энергии и скорость поезда начнет снижаться.

Расположение тормозных колодок на колесе бывает одностороннее и двустороннее. При одностороннем расположении (рис. в) к колесу прижимается одна колодка, что упрощает тормозную рычажную передачу и облегчает ее обслуживание. Однако если колодки чугунные, то эффективность торможения при этом заметно снижается вследствие уменьшения коэффициента трения между колодкой и колесом при большом удельном давлении на колодку.

Двустороннее расположение колодок (рис. г) усложняет рычажную передачу и ее обслуживание, но зато обеспечивает большую эффективность торможения, особенно с чугунными колодками. Объясняется это тем, что при одинаковой силе нажатия на колесо удельное давление на колодки при двустороннем их расположении почти в 2 раза меньше, чем при одностороннем.

На грузовом подвижном составе применяется прямодействующий автоматический тормоз.

Ручка крана машиниста такого тормоза имеет несколько положений. При / положении происходит зарядка и отпуск тормоза (рис. а). Сжатый воздух подается компрессором 9 в главный резервуар 8, а оттуда — в питательную магистраль 7. Тормозная магистраль I через кран машиниста б сообщается с питательной магистралью, тормозной цилиндр 2 через воздухораспределитель 4 — с атмосферой, а запасный резервуар 3 через обратный клапан 5 — с тормозной магистралью.

Во время торможения (рис. б) ручку крана машиниста 6 переводят в III положение. При этом давление в тормозной магистрали 1 снижается (воздух через кран машиниста выпускается в атмосферу), воздухораспределители 4 приходят в действие, разобщают тормозные цилиндры 2 с атмосферой и сообщают их с запасными резервуарами 3. Под давлением сжатого воздуха поршни тормозных цилиндров перемещаются, а тормозные колодки при помощи системы тяг и рычагов (рычажной тормозной передачи) прижимаются к колесам.

Чтобы сохранить необходимое давление воздуха в тормозных цилиндрах, ручку крана машиниста переводят в положение II — ле-рекрыши. В зависимости от величины снижения давления воздуха в магистрали торможение может быть полным или ступенчатым. Отпуск тормозов также бывает полным или ступенчатым.

Кран машиниста осуществляет автоматическое пополнение утечек воздуха из тормозной сети, а также наполнение запасных резервуаров через воздухораспределители. Благодаря этому тормоз становится неистощимым и называется прямодействующим.

Автоматическим тормоз называется потому, что в случае обрыва поезда или повреждения его тормозной магистрали, а также при открывании стоп-крана он автоматически приходит в действие.

При наполнении тормозных цилиндров сжатым воздухом из запасных резервуаров через воздухораспределители происходит торможение поезда.

После выпуска воздуха из цилиндров через воздухораспределители в атмосферу наступает отпуск тормозов.

Торможение. В начале наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом происходит скачок давления, который необходим для того, чтобы преодолеть сопротивление поршня и деталей тормозной рычажной передачи и ускорить их холостой ход до момента прижатия тормозных колодок к колесам.

Дальнейшее наполнение цилиндра может осуществляться ступенями или сразу до полного давления, как показано на диаграмме о.

Наибольшая величина давления р в тормозном цилиндре составляет 3.8—4,2 кгс/см2 для пассажирских вагонов, 3,8—4,5 кгс/см2 для грузовых на груженом режиме, не менее 2,8 кгс/см2 — на среднем режиме и в пределах 1,4 — 1,8 кгс/см2 — на порожнем режиме торможения.

Время наполнения I измеряется после повышения давления в цилиндрах от 0 до 3,5 кгс/см2 и при проверке на испытательном стенде должно быть для тормозов пассажирского типа в пределах 5—7с при пневматическом управлении, 3—4 с при электрическом управлении, а для тормозов грузового типа — 15—20 с.

Отпуск тормоза. В процессе отпуска тормоза воздух выпускается из цилиндров полностью — полный отпуск, как показано на диаграмме б, или частично — ступенчатый отпуск.

Время отпуска исчисляют до момента, когда давление в тормозном цилиндре снизится до 0,4 кгс/см2.

При проверке на испытательном стенде время отпуска после полного служебного торможения составляет для тормоза пассажирского типа 9—12 с, а для тормоза грузового типа 15—25 с на равнинном режиме и 35—40 с на горном режиме.

Условные обозначения цвета на рисунках | Тормоза подвижного состава | Эксплуатационные показатели работы автотормозов