Спосіб зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні

Реферат: Спосіб зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні полягає в використанні основного гальма та додаткового гальма з одночасною подачею на рейки під колеса абразивного порошку. Як абразивний порошок використовують часточки твердого діоксиду вуглецю (сухого льоду), які подають на рейки у повітряному потоці. UA 81698 U (12) UA 81698 U UA 81698 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до залізничного транспорту і може бути використана для зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні. Відомо спосіб зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні за рахунок гальмування одночасно локомотиву та всіх вагонів поїзду [1]. Недоліком зазначеного способу є те, що при екстреному гальмуванні на пригальмовані попередні вагони наштовхуються на ті, що йдуть позаду, в результаті чого відбувається їх сходження з рейок, раптова зупинка вагонів, які зійшли з рейок та наїзд на них вагонів, що рухалися позаду і їх перекидання. Відомо спосіб зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні, який полягає в послідовній подачі команди на управління виконавчими органами вагонів складу для екстреного гальмування, опусканні на рейки гальмівних башмаків, послідовному відчеплення зчіпних пристроїв від рам вагонів, регулюванні зусилля демпфування дросельним пристроєм вагонів аж до повної зупинки складу, причому подаються команди на послідовне гальмування вагонів складу, починаючи з передостаннього вагона і далі до голови состава аж до його повної зупинки [2]. Цей спосіб гальмування запобігає сход вагонів з рейок і їх перекидання, проте сила зчеплення між колесами рухомого складу і рейками може бути недостатня для екстреного гальмування поїзда. Найбільш близьким до заявленого є спосіб зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні, який полягає в використанні основного гальма та додаткового гальма з одночасною подачею на рейки під колеса абразивного порошку, наприклад, піску [3]. Обов'язковою умовою даного способу є постійна подача піску, особливо при малих швидкостях руху, крім поодиноких локомотивів, тому що саме при цих швидкостях виникає найбільша гальмівна сила [4]. Недоліком відомого способу є схоплювання колеса з рейкою у результаті значного розігріву колеса та рейки при екстреному гальмуванні, як наслідок вирив часток матеріалу з них, утворення мікротріщин, а також підвищений знос коліс і рейок внаслідок підсипання піску. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні. Поставлена задача вирішується тим, що у способі зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні, який полягає в використанні основного гальма та додаткового гальма з одночасною подачею на рейки під колеса абразивного порошку, як абразивний порошок використовують часточки твердого діоксиду вуглецю (сухого льоду), які подають на рейки у повітряному потоці. Технічна суть і принцип дії пропонованого способу пояснюється кресленнями, де зображена загальна схема способу зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні (фіг. 1) та графік залежності коефіцієнта зчеплення від температури (фіг. 2). При гальмуванні машиніст за допомогою крана машиніста 2 (фіг. 1) здійснює зниження тиску у магістралі 1 на задану величину, що передається через гальмову магістраль 4 на повітророзподільник 3, який створює тиск у гальмових циліндрах 5 тим більше, чим сильніше розріджена гальмова магістраль 4. Під дією руху штока 6 гальмового циліндра 5 й важільної передачі 7 гальмова колодка 8 притискається до колеса 9. При більших силах гальмування внаслідок виникнення високих температур і значного прослизання коліс 9 по рейках, із ємностей 10 повітряним потоком подаються часточки сухого льоду через форсунки 11 у контакт колеса з рейкою. Як відомо, явище, коли колесо припиняє своє обертання й починає ковзання по рейці при гальмуванні поїзда, називається заклинюванням або юзом. Як правило, заклинювання колісної пари не відбувається миттєво. Попередньо колісна пара починає прослизати, швидкість її стає менше поступової швидкості рухомого складу, це призводить до збільшення гальмівної сили FГ за рахунок підвищення коефіцієнта тертя φК. У точці до контакту колеса з рейкою кінетична енергія перетворюється на теплову, що може привести до зсуву металу на поверхні кочення колеса при прослизанні (утворення мікросхоплень), тому, максимальна величина гальмівної сили обмежується умовами зчеплення коліс з рейками. Отже, щоб уникнути режим юза та знизити гальмівний шлях локомотива максимальне гальмівне зусилля притиснення приймають таким, щоб гальмівна сила не перевищувала силу зчеплення колеса з рейкою. Для цього має виконуватися правило: FГFСЦ, де FГ - гальмівна сила; FСЦ - сила зчеплення, або 1 UA 81698 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 φККfq, де φК - коефіцієнт тертя у колодках; К - сила притиснення колодок до вісі; f - коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою; q - осьове навантаження. Внаслідок вище зазначеного ефективним способом зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні є керування коефіцієнту зчеплення колеса з рейкою, що дозволить підвищити гальмівну силу при екстреному гальмуванні, не переходячи у режим юза. Теоретичні та експериментальні дослідження впливу температури на тертя та знос у парі "колесо-рейка" свідчать, що коефіцієнт зчеплення при зміні температури може знижуватися, зростати чи проходити через один або два мінімуми [6, 7, 8]. При екстреному гальмуванні температура у контакті колеса з рейкою досягає величин більш ніж 1000 °C [9]. Найбільший коефіцієнт зчеплення досягається при значно менших температурах, близьких до 400 °C в залежності від умов тертя фіг. 2. Це підтверджують неодноразові дослідження зчеплення колеса з рейкою [10]. Для зменшення довжини шляху екстреного гальмування доцільно підвищити силу тертя за рахунок зниження температури в зоні контакту коліс і рейок шляхом поглинання виділяється теплоти при терті коліс і рейок. Тому у зазначеній корисній моделі пропонується подача сухого льоду у контакт колеса з рейкою при екстреному гальмуванні, що приведе до того, що часточки сухого льоду очистять поверхню рейки, внаслідок процесу сублімації, охолодять поверхню рейки до температури з найбільш високим коефіцієнтом зчеплення та знизять гальмівний шлях локомотива, а також внаслідок процесу термічного шоку, зменшиться вірогідність утворення мікротріщин та відбудеться процес очистки його внаслідок створення "мікровибухів" на поверхні рейки, також знизиться вірогідність пошкодження колеса та рейок внаслідок використання в якості абразивного матеріалу часточок сухого льоду, тому що по шкалі твердості Моса сухий лід м'якше піску приблизно у 2,5 рази. Розрахунок свідчить, що при екстреному гальмуванні локомотива під кожну колісну пару необхідно підсипати близько 300 гр. сухого льоду, а в цілому на локомотив - необхідно близько 3 кг. Крім цього подача сухого льоду у повітряному потоці у зону контактування колеса з рейкою дозволяє збільшити відведення тепла з цієї зони та збільшити енергоємність контакту, що підвищить гальмівну силу. Також повітря, що подається разом з абразивним матеріалом, дозволить уносити забруднення з зони контактування, що збільшить коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою та підвищить гальмівну силу, що також поліпшить процес екстреного гальмування. Екстрене гальмування виконують краном машиніста із застосуванням крана допоміжного гальма і пісочниці. Важливо не припиняти подачу абразивного матеріалу при малих швидкостях руху (крім поодиноких локомотивів), так як саме при цих швидкостях виникає найбільша гальмівна сила. Основними перевагами корисної моделі, у порівнянні з прототипом, є: - скорочення гальмівного шляху при екстреному гальмуванні за рахунок підвищення зчеплення коліс і рейок та зниження вірогідності виникнення юза внаслідок охолодження поверхні рейки до температури, з найбільш високим коефіцієнтом зчеплення та очищення внаслідок термічного шоку, а саме утворення газового прошарку, який сприяє прискоренню процесу очищення поверхні рейки; - зниження зносу коліс і рейок та вірогідності утворення мікротріщин внаслідок зниження температури у контакті при екстреному гальмуванні; - зниження абразивного пошкодження колеса та рейок внаслідок використання часточок сухого льоду (замість піску), по скільки по шкалі твердості Мооса сухий лід м'якіше піску приблизно у 2,5 рази [5]. Джерела інформації: 1. Патент РФ № RU 2127679 С1, 20.03.1999. 2. Патент РФ № RU 2284938 С1, 10.10.2006. 3. Патент РФ № RU 2025310 С1, 30.12.1994. 4. Иноземцев В.Г., Казаринов В.М., Ясенцев В.Ф. Автоматическиие тормоза. Учебник для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Транспорт, 1981. - 464 с. 5. "Бластинг: Гид по высокоэффективной абразивоструйной очистке" - Екатеринбург: ООО "ИД "Оригами", 2007. - 216 с. 6. Справочник по триботехнике. Под редакцией М. Хебді и А.В. Чичинадзе. - М.: Машиностроение, 1989. - Т. 1.-400 с., 1992. - Т. 3. - 730 с. 2 UA 81698 U 5 10 7. Основы трибологии (трение, износ, смазка) / А.В. Чичинадзе, Э.Д. Берлинер, Э.Д. Браун и др. / под ред. А.В. Чичинадзе: учебник для технических вузов. - М.: "Машиностроение", 2001. 664 с. 8. Рыжкин А.А., Шучев К.Г., Филипчук А.И., Климов М.М. Взаимосвязь характеристик теплового поля пары трения с интенсивностью изнашивания // Трение и износ.-1985. - Т. 6, № 1. - С. 153-157. 9. Желев Ж.Д. Влияние изменения осевой нагрузки и геометрии бандажа локомотива на коэффициент сцепления.: Дис. канд. техн. наук - М., 1977. - 204 с. 10. Костюкевич А.И. Численная и экспериментальная идентификация процесса сцепления колес локомотива с рельсами: авторефер. дис. … к. т. н.: 05.22.07 / А.И. Костюкевич. - Луганск: 1991. - 42 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб зниження гальмівного шляху при екстреному гальмуванні, який полягає в використанні основного гальма та додаткового гальма з одночасною подачею на рейки під колеса абразивного порошку, який відрізняється тим, що як абразивний порошок використовують часточки твердого діоксиду вуглецю (сухого льоду), які подають на рейки у повітряному потоці. 3 UA 81698 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4