Как найти силу торможения поезда

Искусственно создаваемые силы, приложенные к поезду и направленные против его движения, называются тормозными. Они управляются машинистом локомотива.

На Российских железных дорогах существует два основных способа торможения подвижного состава. Первый из них — это фрикционное автоматическое торможение с использованием силы трения, возникающей при воздействии тормозных колодок на поверхности катания колес (рис. 6.29) или на тормозные диски. При втором способе применяется электрическое торможение (реостатное или рекуперативное).

При колодочном тормозе тормозная сила зависит от коэффициента трения между колодками и поверхностями катания колес, от силы нажатия колодок и от числа тормозных осей в поезде.

Возникающая при торможении сила трения Вк равна Kφk и создает тормозной момент МТ = KφkR, где φк — коэффициент трения между колесом и колодкой, К— сила нажатия колодки, тс, R — радиус колеса.

Под воздействием момента М в точке О возникает сила В, стремящаяся сдвинуть рельс.

Тормозной момент Мт при вращении колеса уравновешивается моментом Вг • R, где Вт — сила реакции, возникающая в точке О касания колеса с рельсом. Точка О нагружена силой Q, то есть частью веса экипажа, приходящейся на колесо с учетом веса самого колеса. Из равенства моментов сил Вк и Вт следует, что сила Вт является тормозной силой экипажа, приложенной в точке О, которая является непрерывно перемещающимся упором для силы Вк при вращении колеса.

Расчетная тормозная сила всего поезда определяется как сумма тормозных сил, создаваемых всеми тормозными колодками.

Вт = φкр∑Kр, где φкр — расчетный коэффициент трения, а ∑Кр — суммарная расчетная сила нажатия колодок поезда. Для каждого типа подвижного состава значения Кp приведены в ПТР. Коэффициент φкр определяется по формулам в зависимости от типа колодок и скорости движения. Так для чугунных тормозных колодок расчетный коэффициент трения определяется по формуле

где v — скорость поезда в км/ч.

Время торможения отсчитывается от момента поворота ручки крана машиниста в тормозное положение до полной остановки поезда. Путь, который проходит поезд за это время, называется тормозным путем ST. Он определяется как сумма двух составляющих — пути подготовки тормозов к действию 5 и действительного тормозного пути S :

Путь подготовки — это расстояние, проходимое поездом с момента поворота ручки крана машиниста до момента достижения расчетной силы нажатия:

Sп = vн + tп

где vн — начальная скорость поезда; tп — время подготовки тормозов к действию, которое принимается в зависимости от типа тормозов и длины состава, tп = 2 — 10 с.

Многие задачи, связанные с движением поезда, решаются с помощью уравнения движения поезда. Оно выражает зависимость ускорения поезда от действующих на него сил. Рассматривая движение тормозящегося поезда, как движение материальной точки, имеющей массу поезда, можно уравнение движения поезда получить из второго закона Ньютона (сила равна произведению массы на ускорение):

После ряда преобразований получается следующая формула для определения величины действительного тормозного пути:

где bт — удельная тормозная сила.