Чугунные колодки и их недостатки. Композиционные колодки и их особенности.

На подвижном составе применяются чугунные и композиционные тормозные колодки. Первые - на всех видах подвижного состава, вторые - на грузовых и пассажирских вагонах.

Колодки не должны вызывать повреждения поверхностей катания колес при торможении и не должны возгораться при длительных торможениях. От качества тормозных колодок зависит сокращение тормозного пути, повышение скорости движения и безопасность движения.

Площадь трения чугунных вагонных тормозных колодок 305 см2, гребневых 442 см2, композиционных 170-290 см2.

Чугунные колодки обладают высокой теплопроводностью, не требуют времени на разогрев. Однако они металлоёмки, имеют повышенный износ. На крутых затяжных спусках износ составляет 7-9 мм, что увеличивает выход штока тормозного цилиндра до 200 мм.

Средний износ чугунных колодок на 1000 км пробега составляет в грузовом - 3 г, а с повышенным содержанием фосфора до 1,4% - в 1,5-2,5 раза меньше. Износ обычных чугунных колодок на 1 мм происходит в пассажирских поездах через 3000-3200 км пробега, а в грузовых - через 1300-1500 км.

Фосфористые колодки применяются на электропоездах. Применение этих колодок на грузовых вагонах недопустимо по условиям большого искрообразования и возгорания при одностороннем торможении.

В настоящее время выпускаются тормозные композиционные колодки из массы 8-1-66 с сетчато-проволочным каркасом. Химический состав: асбест - 15%, каучук - 20%, барид - 47,5%, сажа - 15%, вулканизирующий состав (сера и др.) - 2,5%. Обладают большей вибрационной стойкостью, чем с металлической спинкой.

Композиционные колодки обеспечивают повышенную эффективность торможения вследствие более стабильного в зависимости от скорости коэффициента трения, чем у чугунных колодок. Имеют повышенную износостойкость, незначительный вес.

Имеют ряд недостатков. При скоростях 15 км/ч и менее и при малой ступени торможения тормозная сила в 2 раза меньше, чем при чугунных. В зимних условиях из-за низкой теплопроводности они подвергаются обледенению, что снижает коэффициент трения и эффективность тормозов до 30%; температура нагрева колес при торможении по сравнению с чугунными колодками повышается примерно в 1,5 раза.

Средний износ композиционных колодок на 1000 км пробега составляет в грузовом - 0,8 г.

Вопрос 2. 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., а основании опытов составляют графики зависимости коэффициентов трения 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.

φк	= 0.44	V + 150	*	К + 20			( 1.1 )
		2V + 150		4К + 20

φк	= 0.6	V + 100	*	16К + 100			( 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 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. С увеличением 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 = 1 тс 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 70 км/ч коэффициент трения оказывается меньше: φ_к =0.115. Сила же трения составит Т= 0.230 тс., 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.