1. Основы теории торможения

1.1. Назначение тормозов

В процессе движения на поезд действуют силы Fп, различные по своему характеру и направлению. Различают силы внутренние и внешние. Внутренние силы возникают в основном в подшипниках качения механических частей подвижного состава, коллекторно-щеточном аппарате тяговых двигателей. Внешние силы подразделяются на управляемые (силы тяги Fт и торможения Bт) и неуправляемые (силы сопротивления движению W). В зависимости от соотношения управляемых и неуправляемых сил, поезд может двигаться с ускорением, с замедлением или с равномерной скоростью:

Fп = Fт - W - режим тяги,

Fп = Bт + W - режим торможения,

Fп = - W - режим выбега.

Сила тяги внешняя движущая сила, которая создается тяговыми электродвигателями локомотива или МВПС при взаимодействии с рельсами. Она приложена в месте контакта колес с рельсами в направлении движения. Для остановки поезда необходимо исключить действие силы тяги. Но поезд продолжит движение по инерции за счет накопленной кинетической энергии и до полной остановки пройдет значительное расстояние, так как силы сопротивления движению поезда значительно меньше его кинетической энергии. Чтобы обеспечить остановку поезда в требуемом месте или снижение скорости движения на определенную величину необходимо искусственно увеличить силы сопротивления движению.

По одному из законов механики (закон движения центра тяжести) остановить поезд или замедлить его движение можно только с помощью внешних по отношению к нему сил. Движущийся поезд взаимодействует с окружающей атмосферой и рельсами. Так как сопротивление атмосферного воздуха мало, при расчетах его не учитывают. Следовательно, силы, останавливающие поезд, возникают в точках касания колеса с рельсом.

Устройства, применяемые в поездах для создания искусственного сопротивления движению, называются тормозами, а силы, создающие искусственное сопротивление движению - тормозными силами.

1.2. Способы создания тормозных сил

Аэродинамическое торможение осуществляется за счет увеличения воздушного сопротивления движению созданием дополнительной турбулентности потока воздуха, обтекающего движущий поезд. Это достигается изменением формы движущегося подвижного состава и увеличением площади его поперечного сечения. Для этого на крыше головного и хвостового вагонов размещают аэродинамические системы в виде лопастей, применяемые при экстренном торможении.

Реверсивный способ заключается в переключении двигателей на режим заднего хода: контрпар на паровозах и контрток на локомотивах с электрическим приводом.

Динамическое торможение осуществляется переводом тяговых двигателей в генераторный режим на локомотивах и МВПС с электрической передачей (принцип обратимости электрических машин)

, что вызывает изменение направления электромагнитного момента электрической машины. Чтобы преодолеть этот момент необходимо приложить кинетическую энергию движущегося поезда.

Магниторельсовый способ осуществляется прижатием тормозного башмака к рельсу, за счет чего создается сила трения башмака о рельс (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Магниторельсовый тормоз

1 - башмак с электромагнитами

Вихретоковый способ осуществляется при взаимодействии электромагнитного поля, создаваемого электромагнитами тормозных башмаков и электромагнитного поля, возникающего вокруг рельсов при протекании в них тягового тока.

Фрикционный способ. Сила сопротивления движению создается вследствие трения тормозных колодок (специальных накладок) о поверхность катания колес подвижного состава (дисков). В этом случае кинетическая энергия поезда преобразуется в теплоту, нагревающую трущиеся детали и рассеиваемую в окружающую среду (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Колодочный и дисковый тормоза

1 - тормозная колодка 1 - тормозной диск, 2 - тормозная накладка