Исследование тормозной силы на городском электрическом транспорте

Городской электрический транспорт является частью производственной и социальной инфраструктуры города и служит главным средством доставки населения к местам работы и отдыха.

Выполняя жизненно важные функции в современном городе, он должен обладать высокой надежностью и безопасностью.

Активная безопасность транспортных средств обеспечивается их хорошими тормозными свойствами.

Эффективность тормозов самым непосредственным образом влияет на все показатели качества пассажирского транспорта: безопасность, скорость движения, комфортабельность, экономичность.

Поэтому необходимо знать и уметь правильно исследовать тормозную силу и применять её при проектировании электрических подвижных составов.

Тормозной силой называют регулируемую силу, создаваемую тормозными средствами и направленную противоположно скорости движения.

Для создания искусственного сопротивления движению транспортного средства во фрикционных (механических) тормозах используется явление внешнего сухого трения твердых тел.

На рисунке 1 приведена схема образования тормозной силы механического тормоза, действие которого основано на использовании сцепления колес с рельсами.

Рисунок 1. Схема образования тормозной силы колесно-колодочного тормоза

В  результате  прижатия  тормозной колодки с силой К к поверхности колеса, катящегося по рельсу с угловой скоростью ω и нагруженного силой Pк, возникает касательная  сила трения, равная произведению силы нажатия колодки на коэффициент трения φк:

Fтр  = Kφк .                                                                                                            (1)

Сила Fтр препятствует вращению колеса.

Однако она не может быть тормозной силой, так как по отношению к движущемуся транспортному средству является внутренней.

Тормозная сила должна быть приложена извне и может возникнуть только при наличии силы сцепления колеса с рельсом.

Сила сцепления возникает вследствие действия вертикальной статической и динамической нагрузок Рк от колеса на рельс. В результате действия силы Fтр создается момент, направленный против вращения колеса, где Rк – радиус колеса.

M тр  = Fтр Rк .                                                                                                      (2)

Под действием этого момента в зоне контакта колеса и рельса (в точка О) возникает сила Bо, действующая от колеса на рельс.

Противоположно направленная горизонтальная реакция рельса Bт = Bо и является тормозной силой, препятствующей поступательному движению.

Она действует на колесо со стороны рельса и является внешней по отношению к транспортному средству.

Для одной тормозной колодки

 .                                                                                             (3)

Для оси колесной пары

Bт  = nKφк ,                                                                                                     (4)

Где n – количество колодок, действующих на ось.

Схема образования тормозной силы рассмотрена для случая движения без изменения скорости (при подтормаживании на спуске). При торможении с замедлением транспортного средства тормозная сила, возникающая в точке контакта колеса с рельсом, уменьшается за счет инерции вращающейся колесной пары Bи.

В электрическом (электродинамическом) тормозе характерно образование тормозного момента на якоре электродвигателя, переключенного в режим генератора.

Через редуктор этот момент передается на приводные колеса.

Принцип образования тормозной силы в этом случае такой же, как и при действии колесно-колодочного тормоза.

Величина тормозного момента зависит от электротехнических характеристик двигателей.