Расчетный тормозной коэффициент.

Тормозная сила поезда равна сумме тормозных сил всех тормозных колодок:

.

Коэффициент трения j_к зависит от материала тормозной колодки и колеса, состояния поверхностей трения, температуры, силы нажатия К и скорости движения. Расчет коэффициента трения производится по эмпирической формуле

,

где a, b, d, e, f – коэффициенты, зависящие от материала колодки.

Из формулы следует, что с ростом скорости коэффициент трения уменьшается.Это является недостатком колодочного тормоза, так как желательно иметь постоянную тормозную силу во всем диапазоне скоростей.

На подвижном составе железных дорог России применяются тормозные колодки, изготовленные из обыкновенного чугуна, чугуна с повышенным содержанием фосфора и композиционных материалов. Недостаток колодок из чугуна с повышенным содержанием фосфора заключается в наличии искрения в месте контакта колеса и колодки. Коэффициент трения колодок из композиционных материалов примерно в два раза выше, чем у чугунных, кроме этого композиционные колодки меньше загрязняют путь. Основной недостаток – сильная зависимость коэффициента трения от температуры и состояния поверхности трения.

Для облегчения тормозных расчетов составов с большим количеством вагонов разных типов и чтобы не вводить в расчет зависимость коэффициента трения от силы нажатия на колодку, используют расчетное тормозное нажатие на колодку К _р и расчетный коэффициент трения j_кр.

.

Коэффициент h получают при подстановке в формулу для действительного коэффициента трения расчетного нажатия К _р, которое и зависит от типа колодки и нагрузки на ось.

При оборудовании подвижного состава однотипными тормозными колодками, тормозная сила будет равна

.

Удельная тормозная сила

.

Таким образом, под расчетным тормозным коэффициентом поезда J_р понимают расчетную силу нажатия тормозных колодок, приходящуюся на 1 кН веса поезда. Минимальная величина расчетного тормозного коэффициента поезда нормируется для различных типов поездов. На практике величина 100J_р используется для определения максимально допустимых скоростей движения по элементам профиля, имеющими различные уклоны.

В справочной литературе приведены кривые зависимостей тормозного пути от расчетного тормозного коэффициента для различных скоростей движения s _т = ¦(100J_р), называемые номограммами. По номограммам, возможно решение следующих задач:

- определение тормозного пути по заданной скорости движения и расчетному тормозному коэффициенту;

- определение допустимой скорости движения по элементам профиля при заданном тормозном пути и расчетном тормозном коэффициенте;

- определение требуемого расчетного тормозного коэффициента по заданной скорости движения и тормозному пути;

- определение допустимой величины уклона по заданной скорости движения, тормозному пути и расчетному тормозному коэффициенту.

Для нормальной реализации процесса торможения необходимо, чтобы тормозная сила была не более силы сцепления колес с рельсами. В противном случае происходит заклинивание колеса (так называемый юз). При этом возможно повреждение колесной пары (ползун) с невозможностью продолжать дальнейшее движение.

В _к £ G _к× Y_к,

т.е.

j_к× К £ G _к× Y_к.

Следовательно

.

Отношение силы нажатия тормозных колодок, не вызывающей юза колесной пары, к нагрузке на ось колесной пары называют коэффициентом нажатия тормозных колодок:

.

Для нормальной реализации тормозной силы необходимо, чтобы коэффициент нажатия тормозных колодок был меньше отношения коэффициента сцепления и коэффициента трения.

Так как коэффициент сцепления колес с рельсами зависит от скорости в меньшей степени, чем коэффициент трения, то наибольшая опасность заклинивания колесный пар при торможении возникает в зоне малых скоростей. В зоне скоростей V < V_А особенно опасен юз заторможенной колесной пары при трогании поезда. При скорости 5-8 км/ч коэффициент сцепления оказывается в 3-5 раз меньше коэффициента трения колодки и восстановить вращение колеса обычно уже не удается.

Важным вопросом любого вида торможения является его устойчивость. При торможении на площадке тормозная сила всегда обеспечивает замедление поезда – т.е. торможение устойчиво. Иная картина наблюдается при торможении на спуске.

На рисунке изображены зависимости удельной тормозной силы b и основного удельного сопротивления движению w _о. Зависимости построены для случая торможения на спуске величиной i. Предположим, что результирующая сила w _о+ b имеет две точки пересечения с линией i: А и В. Точка А является точкой неустойчивого равновесия, так как при случайном изменении скорости в любую сторону появляется сила, равная w _o + b – i, которая способствует еще большему изменению скорости. Точка В является точкой устойчивого равновесия. Отсюда можно сформулировать условие устойчивости механического торможения: знаки отклонения скорости и ускорения, вызванного изменением замедляющей силы, должны быть противоположны.