Характеристика сцепления колес с рельсами при торможении

Основополагающей закономерностью, определяющей взаимодействие рельса и колеса при реализации последним тягового или тормозного момента является характеристика сцепления. Она отражает изменение силы, или реализуемого коэффициента сцепления фр, между трущимися поверхностями в зависимости от скорости их взаимного скольжения Ск. Последнее находится в долях, или процентах по выражению где VK - окружная скорость колеса, км/ч.

Опытным путем в нашей стране в 1958 г. к.т.н. H.H. Меншутиным была определена характеристика сцепления колес с рельсами в режиме тяги. Некоторое время априорно считалось, что аналогичная зависимость при торможении имеет такой же вид, поскольку природа сил трения-сцепления одинакова при боксовании и юзе.

Однако, анализ процессов движения колес в этих состояниях показывает, что их тепловые режимы в контактном пятне с рельсом существенно интенсивнее во втором случае, особенно при блокировании колесных пар. Величина максимального скольжения при торможении не может превышать единицы, а при боксовании достигает нескольких единиц. И, наконец, ускорение в последнем случае изменяет только величину, а при юзе, кроме этого, еще и знак. Это вносит значительные отличия в процессы боксования и юза.

В течение нескольких лет с использованием специально разработанной аппаратуры в эксплуатационных условиях были проведены исследования по определению характеристики сцепления в режиме торможения [1, 2]. После обработки статистического материала появилась возможность выделить и линеаризовать с инженерной точностью (10-15%) четыре ветви характеристики сцепления, приведенной на рис. 2.3 в соответствии с выражениями

ФР/Фк «. = 45ск; 0,02 > ск > 0; dcjdt > 0; dcjdt < 0;

фр/фкгаах = 0,2ск +0,804; 0,98 > ск > 0,02; dcjdt > 0; dcjdt < 0;

Фр/Фкшах = 35СК +35,3; 1,0>ск>0,98; dcjdt > 0; W

ФР/Фк„и* = 0,1ск + 0,45; 0,01<СК<1,0, dcjdt < 0.

На первой ветви характеристики сцепления AB, едва ли достигая ее половины, в пределах упругого взаимодействия колес и рельсов

Рис. 2.3. Характеристика сцепления колес с рельсами при торможении

(криппа) основная часть железнодорожного подвижного состава реализует тормозные процессы. Переход к юзу и повышенному скольжению (пластическим деформациям) на второй ветви характеристики происходит после небольшого срыва силы сцепления ВВ'.

Снижение тормозного нажатия позволяет перемещать рабочую точку на 1-й и 2-й ветвях характеристики в область пониженных скольжений. Если тормозное нажатие при юзе не уменьшать, то при скольжении, близком к единице (точка С), происходит срыв сцепления с возникновением температурных вспышек на колесе, которое блокируется (£>). Чтобы не допускать повреждения его поверхности, необходимо за доли секунды уменьшить нажатие тормозных колодок, после чего рабочая точка переместится по четвертой 0£ на первую ветвь характеристики сцепления и юз прекратится.

Полученная таким образом закономерность взаимодействия колес и рельсов при торможении позволяет создавать перспективные режимы управления скольжением противоюзными быстродействующими устройствами электронного типа, для получения минимальных тормозных путей поездов, износа их колесных пар и расхода сжатого воздуха.