Назначение тормозов

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Если на горизонтальном пути машинист закроет регулятор на паровозе, т. е. прекратит впуск пара в паровую машину, то поезд сразу не остановится, а будет продолжать движение по инерции.

Современные поезда развивают во время движения огромную кинетическую энергию (живую силу). Например, поезд весом 2 ООО т (2 ООО ООО кг) при скорости 50 км/час (14 м/сек) обладает кинетической энергией около 20 ООО ООО кгм. А если взять поезд того же веса, но имеющий скорость движения 100 км/час (28 м/сек), то кинетическая энергия его окажется равной 80 000 000 кгм. Чтобы представить себе величину той энергии, достаточно сказать, что её хватило бы на подъём груза в 1 т на 20 км в первом случае и на 80 км во втором случае.

Иными словами, кинетическая энергия поезда измеряется несколькими десятками миллионов килограммометров.

На что же она расходуется?

Движению поезда всегда препятствует ряд сил: сила сопротивления встречного потока воздуха, силы трения, возникающие при качении колёс по рельсам, силы трения, действующие между деталями, трущимися друг о друга. Эти силы сопротивления движущийся поезд преодолевает за счёт работы сил пара, а при прекращении впуска пара — за счёт накопленной при работе пара кинетической энергии, запас которой постепенно уменьшается. Когда он полностью истощится, поезд остановится.

Расстояние, которое пройдёт поезд до полной остановки, продолжая движение по инерции, зависит главным образом от скорости поезда в момент закрытия машинистом регулятора, а также от профиля пути, по которому поезд движется в этот период.

Чем больше начальная скорость поезда, тем больший путь пройдёт он по инерции. Если машинист закрыл регулятор при скорости поезда 60 км/час, то расстояние, пройденное поездом по горизонтальному пути до полной остановки, составит около 5 000 м. При начальной скорости 70 км/час расстояние увеличится до 6 800 м.

Следовательно, при поглощении кинетической энергии только силами сопротивления поезд будет проходить до остановки очень большой путь. Значит, одних сил сопротивления недостаточно для того, чтобы поезд быстро остановился в заранее намеченном месте.

Ведёт ли машинист состав по большому спуску или крутому-затяжному подъёму, подъезжает ли поезд к станции, если возникнет необходимость в быстрой остановке поезда (впереди красный огонь светофора, на переезде застряла автомашина и т. п.), машинист обязан срочно принять все меры к остановке поезда на кратчайшем расстоянии.

Поэтому в руках машиниста должно быть сосредоточено управление такими механизмами, которые давали бы возможность в случае надобности быстро и эффективно поглощать кинетическую энергию поезда (или одиночного локомотива) для его остановки.

1. Назначение тормозов

Фиг. 154. Силы, вызывающие торможение

Такими механизмами прежде всего являются автоматически действующие тормоза (воздушные или электровоздушные), при помощи которых осуществляется быстрое замедление движения всего поезда (или одиночно следуемого локомотива).

Имеются также и другие средства для замедления движения и остановки поезда — это ручные тормоза на подвижном составе, рекуперативное торможение на электровозах и контрпар на паровозах.

Для того чтобы остановить или замедлить движение поезда, надо искусственно вызвать такие силы, которые были бы направлены против движения, против сил инерции.

Это достигается прижатием специальных тормозных колодок к бандажам колёс. Чтобы разобраться в силах, непосредственно вызывающих торможение, будем относить наши рассуждения к одному из двух колёс, насаженных на ось. Явления торможения у второго колеса, а также у других колёсных пар будут аналогичными.

Когда тормозная колодка прижимается к бандажу, катящегося по рельсам колеса (фиг. 154), между ними возникает сила трения скольжения. Эта сила вызывает равную себе со стороны рельса в точке опоры колеса горизонтальную реакцию, направленную в сторону, обратную движению. Горизонтальная реакция со стороны рельса на колесо, вызванная силой трения колодки о бандаж, иявляется тормозной силой, которая задерживает вращение колёс и в конце концов останавливает поезд.

Если повышать силу нажатия тормозной колодки на бандаж,то сила трения скольжения между колодкой и бандажом будет повышаться, а вместе с ней повысится и величина горизонтальной реакции со стороны рельса на колесо. Эта реакция возникает в результате упора неровностей на поверхности бандажа в «бугорки» на поверхности рельса. Величина силы трения между бандажом и тормозной колодкой равна произведению силы нажатия колодки на величину коэффициента трения, который с увеличением скорости уменьшается.

При повышений силы трения между бандажом и колодкой она может срезать бугорки на поверхности рельса и колесо перестанет катиться по рельсу, а начнёт скользить по нему, как скользят санки по снегу. Сцепление колеса с рельсом нарушится, колесо заклинится и наступит явление скольжения, которое называют «юзом». В этом случае тормозная сила значительно уменьшается.

Кроме того, на поверхности катания бандажа от стирания металла образуются площадки (ползуны), угрожающие безопасности движения.

Отсюда следует, что если сила трения между бандажом и колодкой превысит силу сцепления колеса с рельсом, произойдёт заклинивание колеса.

Чтобы ликвидировать начавшийся юз, нужно значительно уменьшить силу трения между бандажом и колодкой. Поэтому нельзя беспредельно увеличивать силу нажатия колодок на колёса. Она должна быть наибольшей (это позволит остановить поезд на возможно меньшем расстоянии), но ни в коем случае не должна превосходить силы сцепления колёс с рельсами (подобно тому, как нельзя увеличить силу тяги паровоза больше силы сцепления движущих колёс с рельсами, см. гл. VIII).

Тормозная сила всего поезда складывается из тормозных сил, приложенных к тормозным колёсным парам. Во время нажатия и трения тормозных колодок о колёса движущегося поезда кинетическая энергия его переходит в тепловую энергию.

Согласно известному закону физики на получение одной большой калории тепла необходимо затратить 427 кем работы. Если кинетическая энергия поезда равна 80 000 000 кем, то она эквивалентна (равнозначна) 188 000 килокалориям тепла. -

Чтобы представить себе, как велики тепловые потери, связанные с поглощением тормозами кинетической энергии поезда, достаточно сказать, что этим количеством тепла можно было бы довести до кипения, т. е. до 100° около 1 880 л воды.

Процесс торможения сопровождается разрушительной работой. В результате износа чугунных колодок при торможении рассеиваются в пыль сотни тысяч тонн чугуна. Вот почему такое большое значение приобретает проблема повышения износоустойчивости колодок и правильное пользование тормозами.

14 в. А. Дробивский

⇐ | 6. Модернизация паровозов | | Как устроен и работает паровоз | | 2. Тормозной путь | ⇒