Сили, що діють на поїзд
Під час руху на поїзд діють різні сили. Вони можуть надавати свій вплив тимчасово або постійно, досягати різної величини і мати напрямок в сторону руху поїзда або проти. До таких сил належать сила тяги, гальмівна сила і сили опору руху. При гальмуванні, як правило, сила тяги не впливає на поїзд і залишаються лише гальмівна сила і сили опору.
Гальмівний силою називається штучно створювана і керована людиною сила, спрямована проти руху вагона, локомотива або поїзда в цілому. Застосовується ця сила в тих випадках, коли необхідно: знизити швидкість руху поїзда; зупинити поїзд в заздалегідь наміченому місці; зупинити поїзд при виникненні перешкоди на шляху або лрі появі заборонного сигналу. Гальмівну силу позначають буквою Вт і вимірюють в кгс.
Сили опору бувають двох видів: основні та додаткові. Перші виникають в результаті тертя шийок осей про підшипники, тертя кочення і ковзання коліс по рейках, а також від опору повітря рухається рухомого складу. Ці сили, що позначаються літерою діють постійно і спрямовані проти руху поїзда.
Додаткове опір виникає при русі поїзда на підйом в результаті дії соста в л я ю ще й Щ від ваги поїзда Q. Якщо поїзд йде по горизонтальному шляху (рис. А), ця складова дорівнює нулю і вага поїзда не змінює характеру руху.
При прямуванні спуском (рис. Б) сілаЩ спрямована в бік руху і, отже, зменшує гальмівну силу. На підйомі (рис. В) сила спрямована проти руху поїзда і сприяє його гальмування.
Основні і додаткові сили опору, що діють на поїзд, зазвичай вимірюють в кгс.
На залізничному транспорті застосовують такі види гальмування:
фрикційне, при якому сили тертя створюються безпосередньо на поверхні кочення коліс рухомого складу або на спеціальних дисках, жорстко пов'язаних з колісними парами. Сили тертя на поверхні кочення коліс створюються за допомогою колодкового гальма шляхом притиснення гальмівних колодок I до коліс (рис. А). На поверхні спеціального диска 2 (рис. Б) сила тертя створюється притисненням до нього гальмівних накладок 3. Такий гальмо називається дисковим;
реверсивний, здійснюване перемиканням тягових двигунів на режим генераторів - джерел струму. Таке гальмування часто називають електричним або динамічним. Воно буває рекуперативним з поверненням вироблюваної електроенергії в контактну мережу або реостатного им, коли струм поглинається спеціальними резисторами, в яких електрична енергія перетворюється в теплову і потім розсіюється в навколишнє середовище;
магнітно-рейковий, що досягається впливом черевиків 4 (рис. в) з електромагнітами на рейки.
Основним видом гальмування, застосовуваним на залізницях, є фрикційне за допомогою колодкового гальма. Електричне (рекуперативного або реостатне) гальмування застосовується на моторних вагонах і деяких локомотивах. Дискові і магнітно-рейкові гальма використовуються в швидкісних пасажирських поїздах.
Освіта гальмівного моменту відбувається так. Якщо до обертається колесу, навантаженому силою @ (рис. А на стор. 6), притиснути гальмівну колодку з силою К, то між поверхнею кочення колеса і колодкою виникне сила тертя Вк. Ця сила на плечі, рівному радіусу г, створює гальмівний момент Вк г, спрямований проти обертання колеса.
Однак цей гальмівний момент, створюваний внутрішньої ло відношенню до вагону або локомотиву силою, не може сам по собі провести гальмування. За законами механіки необхідно докласти ще момент від зовнішньої сили. Такою силою є сила С - реакція рейки, або сила зчеплення колеса з рейкою в точці дотику.
Таким чином, в результаті взаємодії внутрішніх і зовнішніх сил створюється гальмівний момент.
При електричному гальмуванні поїзда машиніст вимикає тягові двигуни, але поїзд ло інерції, а на спусках і під дією сили тяжіння продовжує рухатися. На колесо діє крутний момент від сили С (рис. Б) зчеплення колеса з рейкою і від рівної їй сили Сх. прикладеної в центрі колеса. Цей момент передається на вал якоря тягового двигуна. Оскільки цей двигун переключено машиністом на режим генератора, при обертанні якоря створюється електричний струм. Таким чином, механічна енергія потяга буде витрачатися на вироблення електричної енергії і швидкість поїзда почне знижуватися.
Розташування гальмівних колодок на колесі буває одностороннє і двостороннє. При односторонньому розміщенні (рис. В) до колеса притискається одна колодка, що спрощує гальмівну систему важеля передачу і полегшує її обслуговування. Однак якщо колодки чавунні, то ефективність гальмування при цьому помітно знижується внаслідок зменшення коефіцієнта тертя між колодкою і колесом при великому питомому тиску на колодку.
Двостороннє розташування колодок (рис. Г) ускладнює систему важеля передачу і її обслуговування, але зате забезпечує більшу ефективність гальмування, особливо з чавунними колодками. Пояснюється це тим, що при однаковій силі натискання на колесо питомий тиск на колодки при двосторонньому їх розташуванні майже в 2 рази менше, ніж при односторонньому.
На вантажному рухомому складі застосовується прямодействующий автоматичне гальмо.
Ручка крана машиніста такого гальма має кілька положень. При / положенні відбувається зарядка і відпускання гальма (рис. А). Стисле повітря подається компресором 9 в головний резервуар 8, а звідти - в живильне магістраль 7. Гальмівна магістраль I через кран машиніста б повідомляється з живильним магістраллю, гальмівний циліндр 2 через розподільник повітря 4 - з атмосферою, а запасний резервуар 3 через зворотний клапан 5 - з гальмівною магістраллю.
Під час гальмування (рис. Б) РКМ 6 переводять в III положення. При цьому тиск в гальмівній магістралі 1 знижується (повітря через кран машиніста випускається в атмосферу), розподільників повітря 4 приходять в дію, роз'єднують гальмівні циліндри 2 з атмосферою і повідомляють їх із запасними резервуарами 3. Під тиском стисненого повітря поршні гальмівних циліндрів переміщаються, а гальмівні колодки за допомогою системи тяг і важелів (важеля гальмівної передачі) притискаються до колесам.
Щоб зберегти необхідний тиск повітря в гальмових циліндрах, РКМ переводять в положення II - ле-рекриші. Залежно від величини зниження тиску повітря в магістралі гальмування може бути повним або ступінчастим. Відпустка гальм також буває повним або ступінчастим.
Кран машиніста здійснює автоматичне поповнення витоків повітря з гальмівної магістралі, а також наповнення запасних резервуарів через розподільників повітря. Завдяки цьому гальмо стає невичерпним і називається прямодействующім.
Автоматичним гальмо називається тому, що в разі обриву поїзда або пошкодження його гальмової магістралі, а також при відкриванні стоп-крана він автоматично приходить в дію.
При наповненні гальмівних циліндрів стисненим повітрям із запасних резервуарів через розподільників повітря відбувається гальмування поїзда.
Після випуску повітря з циліндрів через розподільників повітря в атмосферу настає відпустку гальм.
Гальмування. На початку наповнення гальмівного циліндра стисненим повітрям відбувається стрибок тиску, який необхідний для того, щоб подолати опір поршня і деталей гальмової важільної передачі і прискорити їх холостий хід до моменту притиснення гальмівних колодок до коліс.
Подальше наповнення циліндра може здійснюватися ступенями або відразу до повного тиску, як показано на діаграмі о.
Найбільша величина тиску р в гальмівному циліндрі становить 3.8-4,2 кгс / см 2 для пасажирських вагонів, 3,8-4,5 кгс / см 2 для вантажних на вантажному режимі, не менше 2,8 кгс / см 2 - на середньому режимі і в межах 1,4 - 1,8 кгс / см 2 - на порожньому режимі гальмування.
Час наповнення I вимірюється після підвищення тиску в циліндрах від 0 до 3,5 кгс / см 2 і при перевірці на випробувальному стенді має бути для гальм пасажирського типу в межах 5-7С при пневматичному управлінні, 3-4 с при електричному керуванні, а для гальм вантажного типу - 15-20 с.
Відпустка гальма. В процесі відпустки гальма повітря випускається з циліндрів повністю - повний відпустку, як показано на діаграмі б, або частково - ступінчастий відпустку.
Час відпустки обчислюють до моменту, коли тиск в гальмівному циліндрі знизиться до 0,4 кгс / см 2.
При перевірці на випробувальному стенді час відпустки після повного службового гальмування становить для гальма пасажирського типу 9-12 с, а для гальма вантажного типу 15-25 с на рівнинному режимі і 35-40 с на гірському режимі.
