Коэффициент трения тормозных колодок

 

Сила трения Т между колесом и колодкой оказывается в несколько раз меньше силы К нажатия колодки на колесо. Отношение φ_к в механике называется «коэффициент трения» и обозначается в тормозных расчетах φ_к.

Если известна величина коэффициента трения, то сила трения определяется из равенства Т= φ_к, а тормозная сила Вт одиночного колеса (без учета влияния инерции вращающихся масс) численно равна силе трения, то есть В =Т.

Величины коэффициентов трения определяют опытным путем на специальных стендах или посредством торможения составов из нескольких одинаковых вагонов. Этот сцеп разгоняется локомотивом-толкачом до максимальной скорости, после чего толкач отстает, а поезд тормозится с определенной силой нажатия колодок. Следующий такой опыт проводят с другой силой нажатия колодок и т. д. По записям, полученным на специальной скоростемерной ленте, рассчитывают тормозные силы в интервалах скоростей по 10 или 5 км/ч.

На основании опытов составляют графики зависимости коэффициентов трения (рис. 1.3) от скорости движения для различных сил нажатия колодок.

Затем по полученным результатам выводят эмпирическую (опытную) формулу. Эти формулы утверждены МПС для дальнейшего использования при всех практических расчетах. Например, формула (1.1) применяется для расчета действительных коэффициентов трения композиционных колодок, а формула (1.2) - для чугунных.

V + 150 К + 20

φ_к= 0.44 –––––––––––– • –––––––––––– (1.1)

2V + 150 4К + 20

 

V + 100 16К + 100

φ_к= 0.6 –––––––––––– • –––––––––––– (1.2)

5V + 100 80К + 100

 

Основными факторами, влияющими на величину коэффициентов трения, являются скорость движения, удельная сила нажатия колодки на колесо и материал колодки. Из графика (рис 1.3) и приведенных выше формул видно, что с уменьшением скорости коэффициент трения увеличивается. Машинистам это хорошо известно практически: по мере уменьшения скорости ощущается усиление тормозного эффекта (замедление поезда), особенно при чугунных колодках. Сувеличением силы нажатия К коэффициент трения снижается, но это не значит, что с ростом К сила трения Т уменьшается - она увеличивается, но не пропорционально К.

Поясним на примере. При скорости V=70 км/ч и нажатии К = 1тс коэффициент трения чугунной колодки φ_к = 0.146. Значит, сила трения колодки Т= φ_кК = 0.146 тс. При увеличении силы нажатия в два раза, т. е. К=2 тс при той же скорости 70км/ч коэффициент трения оказывается меньше: φ_к =0.115. Сила же трения составит Т= 0.230тс, т. е. увеличилась, но не в два раза, а только в 1,57 раз. При увеличении силы нажатия в пять раз (К=5тс) коэффициент трения при той же скорости V=70 км/ч оказывается всего φ_к = 0.09. а сила трения Т = 0.450 тс, т. е. увеличивается, но всего в 3 раза.

Из сравнения графиков коэффициентов трения чугунных и композиционных колодок видно, что у последних значения φ_к выше, а сами графики более пологие, т. е. интенсивность снижения коэффициента трения при увеличении скорости значительно меньше.

 

Коэффициент сцепления.

Качение колеса по рельсу без проскальзывания происходит за счет силы сцепления В_с, действующей со стороны рельса на колесо в точке их контакта.

В_с = q • φ_к (1.3)

где: q - осевая нагрузка;

φ_к - коэффициент сцепления между колесом и рельсом.

 

Сцепление колес с рельсами представляет сложный процесс, при котором происходит преодоление механического зацепления микронеровностей поверхностей колеса и рельса и их молекулярного притяжения.

Коэффициент сцепления зависит в основном от осевой нагрузки. состояния поверхностей колеса и рельса, скорости движения, площади контакта, типа тягового привода и может изменяться в широких пределах (0.04 - 0.30). Наиболее неблагоприятное сцепление имеет место при моросящем дожде, образовании на рельсах инея или при загрязнении рельсов перевозимыми нефтепродуктами, смазкой, торфяной пылью. Простым и эффективным способом повышения коэффициента сцепления является подача песка под колесные пары