Кочення колеса по рейці без прослизання відбувається за рахунок сили зчеплення Вс. що діє з боку рейки на колесо в точці їх контакту.
де: q - осьова навантаження;
yк - коефіцієнт зчеплення між колесом і рейкою.
Зчеплення коліс з рейками представляє складний процес, при якому відбувається подолання механічного зачеплення мікронерівностей поверхонь колеса і рейки і їх молекулярного тяжіння.
Коефіцієнт зчеплення залежить в основному від осьового навантаження, стану поверхонь колеса і рейки, швидкості руху, площі контакту, типу тягового приводу і може змінюватися в широких межах (0,04 - 0,30). Найбільш несприятливий зчеплення має місце при мряці, освіті на рейках інею або при забрудненні рейок перевозяться нафтопродуктами, мастилом, торф'яної пилом. Простим і ефективним способом підвищення коефіцієнта зчеплення є подача піску під колісні пари.
1.7. Умова без'юзового гальмування.
Явище, коли колесо припиняє своє обертання і починає ковзати по рейці при триваючому русі поїзда, називається заклинюванням або юзом.
Як правило, заклинювання колісної пари не відбувається миттєво. Попередньо колісна пара починає прослизати, швидкість її стає менше поступальної швидкості рухомого складу. Це призводить до збільшення гальмівної сили Вт за рахунок підвищення коефіцієнта тертя Jк. У точці контакту колеса з рейкою кінетична енергія перетворюється в теплову, що може привести до зсуву металу на поверхні кочення колеса при прослизанні (освіта навару) або утворення овальної площадки (повзуна) при ковзанні. Тому максимальна величина гальмівної сили обмежується умовами зчеплення коліс з рейками. Отже, щоб уникнути юза, максимальне гальмівне натискання приймають таким, щоб гальмівна сила не перевищувала силу зчеплення колеса з рейкою.
Для цього має виконуватися правило:
К - сила натискання колодок на вісь;
yк - коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою;
В цьому випадку максимальне натискання колодок на вісь одно:
Ставлення yк / Jк = d називають коефіцієнтом натискання гальмівної колодки. При заданій осьовій навантаженні допустимі значення коефіцієнта натискання будуть залежати від значенійyк іjк. які в свою чергу залежать від швидкості руху і матеріалу колодок. При розрахунках значення d для локомотивів приймають в межах 0,5-0,6.
На рис. 1.4 показана залежність коефіцієнтів тертя чавунної гальмівної колодки і зчеплення колеса з рейкою при різних швидкостях руху.
З наведених графіків видно, що при зниженні швидкості в процесі гальмування значення Jк стають більше yк. отже, ймовірність заклинювання колісних пар вище при низьких швидкостях руху; при високих швидкостях значення yк більше Jк. і значить, небезпека юза практично виключається, а силу натискання колодки на колесо можна збільшити для реалізації більшої гальмівної сили.
1.8. Способи регулювання величини гальмівної сили.
Важливою характеристикою гальма є його здатність максимально використовувати коефіцієнт зчеплення коліс з рейками. Неповне використання зчеплення має місце в процесі наповнення гальмівних циліндрів, тобто коли гальмівна сила ще не досягла максимальної величини. Тому при допустимих умовах за величинами поздовжніх динамічних зусиль в поїзді і заклинювання колісних пар прагнуть до мінімального часу наповнення гальмівних циліндрів.
Коефіцієнт зчеплення зменшується з ростом швидкості руху, що викликає необхідність зміни гальмівної сили (в першу чергу для рухомого складу, обладнаного чавунними гальмівними колодками). Для вантажних гальм велике значення у використанні зчеплення має відповідність між величиною гальмівної сили і вагою вагона, оскільки сила зчеплення залежить від навантаження від колісної пари на рейку. Тому з метою виключення заклинювання колісних пар застосовується вагове та швидкісне регулювання величини гальмівної сили.
Завантаження вагона можна оцінити по положенню клину амортизатора відносно фрикційної планки ресорного підвішування вагона. Вагон вважається порожнім, якщо верхня площина клина амортизатора знаходиться вище фрикційної планки.
Швидкісне регулювання гальмівної сили. Зміна гальмівної сили при зменшенні коефіцієнта зчеплення при високих швидкостях руху зводиться до збільшення натискання на колодку за рахунок підвищення тиску в гальмівному циліндрі. (Рис.1.5).
У процесі зменшення швидкості при гальмуванні перемикання з високого натискання (К2) на знижений (К1) виконується автоматично спеціальними швидкісними регуляторами при досягненні конкретної швидкості переходу (наприклад при V = 50 км / год). Регулятор встановлюється на буксе колісної пари візка. Регулювання гальмової сили здійснюється у разі застосування повного гальмування. При повних гальмуваннях і малих швидкостях руху величина гальмівної сили може перевищити значення сили зчеплення Нд колеса з рейкою, що різко підвищує ймовірність заклинювання колісних пар.
Наявність в складі поїзда різнотипних вагонів з різними значеннями До робить розрахунок гальмівної сили з використанням формул 1.1. і 1.2. для визначення коефіцієнтів тертя досить трудомістким. Для спрощення гальмівних розрахунків користуються методом приведення, при якому дійсні значення К і Jк замінюються розрахунковими значеннями Кр і jкр. а коефіцієнт тертя визначається за однієї, умовно обраному гальмівному натисненні Ку. але при цьому забезпечувалося б рівність:
Значення Ку приймають: для чавунних колодок - 2,7 тс, для композиційних колодок - 1,6 тс. Підставляючи значення К зв формули 1.1. і 1.2. отримаємо значення розрахункових коефіцієнтів тертя відповідно для чавунних і композиційних колодок:
Як видно з виразів 1.7. і 1.8. розрахункові коефіцієнти тертя колодок не залежить від сили натискання, а залежать тільки від швидкості руху.
Після підстановки значень Jк і jкр в вираз 1.6. отримаємо формули для визначення розрахункових сил натиснення чавунних і композиційних колодок:
Якщо в поїзді використовуються гальма з різними типами гальмівних колодок (наприклад, чавунними і композиційними), то необхідно привести розрахункове натиснення до однієї системи натискань. Це приведення виконують множенням величини натискання на відповідний коефіцієнт ефективності, які залежать від швидкості руху. Коефіцієнти ефективності визначають виходячи з рівності довжини гальмівного шляху при дії колодок різного типу. На залізницях Росії за основну прийнята система розрахункових значень натискань чавунних гальмівних колодок, для яких встановлені всі гальмівні нормативи і діючі номограми і таблиці залежності гальмівних шляхів від швидкості початку гальмування, питомих розрахункових натиснень і крутизни схилів.