Такая вот необычная задача попалась в одном сборнике с задачами для аспирантов. Давайте подумаем как можно оценить это физическую величину...
При оценки порядка выделившегося количества теплоты, у меня получается около 330 МДж при средней скорости от 46 до 52 (км/ч). Это с учетом полной блокировки колес и торможения за счет силы трения скольжения. Без учета наклона (горизонтальная поверхность).
Но у меня есть замечания к этой оценки:
1. При торможении разогревается поверхность, а коэффициент трения скольжения зависит от температуры, наверняка нелинейно. В таком решении, чтобы это учесть, нужно знать функцию этой зависимости для дальнейшего интегрирования приращения работы.
2. Было предположение, что при системе ABS в современных поездах, когда будет сохранятся вращение колес без проскальзывания, тормозной путь будет короче, когда на процесс торможения будет на грани перехода силы трения качения в силу трения скольжения. Тогда, по идее, тепло должно выделиться не между колесами и рельсами, а на прижимающей системе - на колодках. Учитывая более короткий тормозной путь, нагрев будет даже сильнее, чем в первой ситуации. Очень много нюансов в задачи.
Теперь давайте немного о том, как устроена система торможения у поезда. Простыми словами, разумеется.
Что же такое экстренное торможение, и чем оно отличается от обычного служебного, которым останавливают подвижной состав штатно.
Поезд имеет пневматические тормоза (может быть ещё несколько видов тормозов, но не буду сегодня о них). В тормозной магистрали (она проходит по всей длине поезда) постоянно поддерживается определённое давление воздуха, снижение которого приводит к срабатыванию тормозов. Сделано это для того, чтобы поезд в случае саморасцепа останавливался, а не укатывался. За это пневматические тормоза принято называть ещё автоматическими, потому что они могут сработать без участия машиниста. За работу тормоза на каждом отдельном вагоне отвечает воздухораспределитель. Именно он реагирует на изменение давления в магистрали, срабатывает на торможение, а в случае повышения давления в магистрали — отпускает тормоза, выпуская воздух из тормозных цилиндров и подготавливая себя на следующее торможение, заряжая запасной резервуар.
Суть пневматического торможения проста: машинист с помощью крана машиниста выпускает воздух из тормозной магистрали определённым темпом, воздухораспределители срабатывают на этот темп и время разрядки и создают соответствующее давление в тормозных цилиндрах. Это давление можно увеличивать, периодически делая разрядки, это будет так называемым ступенчатым торможением. Так управляют тормозами при служебном торможении.
Как же работает экстренное торможение? Просто выпускается весь воздух из тормозной магистрали максимальным темпом. Воздухораспределители срабатывают на экстренное торможение, наполняя максимально быстро цилиндры, но давление в них всё равно не будет превышать максимально возможное при служебном торможении. То есть, фактически, экстренное торможение - это просто создание полного давления в тормозных цилиндрах, которое можно создать полным служебным торможением, просто это делается быстрее, за счёт чего достигается минимально возможный тормозной путь.
Экстренное торможение - хоть и не особо приятная штука (после его применения нужно писать рапорт с объяснением причины), но используется довольно часто. Самая безобидная причина: сбой АЛСН на станции, когда не видно следующего маршрутного/выходного светофора. Это может быть лишь из-за какого-то мелкого нарушения в работе сигнализации или самой АЛС, но уже нужно применять экстренное.
Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС)
Автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН)
Автоматическая локомотивная сигнализация точечного действия (АЛСТ)
Стоит отметить, что как и в случае с автотранспортом, блокирование колёс поезда при экстренном торможении увеличивает тормозной путь, так как в данном случае коэффициент сцепления пары сталь-сталь весьма низок, к тому же традиционные тормоза малоэффективны при высоких скоростях. Поэтому, помимо пневматических тормозов, зачастую используют и электрические, то есть торможение электродвигателями. Сочетание обоих типов торможения активно применяется на электропоездах с электрическим торможением (ЭР6, ЭР22). Однако совместное применение пневматических и электрических тормозов может ещё больше блокировать колёса, поэтому на многих локомотивах схемой предусмотрено полное отключение тяговых двигателей при экстренном торможении.
Не менее эффективным при экстренном торможении оказывается и применение магнитных тормозов: вихретоковый и магниторельсовый, которые позволяют сократить тормозной путь до 40 %. В первом случае тормозной момент образуется за счёт взаимодействия переменного магнитного поля с металлическим диском, укрепленным на оси колёсной пары, такой метод применяется при высоких скоростях. При втором типе тормоза тормозная сила образуется за счёт прижатия шероховатых колодок напрямую к рельсам, при этом сила нажатия повышается за счёт магнитного поля. Такой тип тормоза эффективен при средних и низких скоростях и даже на загрязнённых рельсах, поэтому активно применяется на высокоскоростных поездах, а также городском трамвае (позволяет предотвратить транспортное происшествие).
Скачать все книги в telegram
https://t.me/physics_lib
https://tlgg.ru/physics_lib
https://tgtg.su/physics_lib
https://telete.in/physics_lib
https://ttttt.me/physics_lib
Physics.Math.Code в контакте (VK)
Репетитор IT mentor в Instagram