Дослідження впливу конструктивних параметрів гальмової системи вантажного вагона на безпеку експлуатації залізничного рухомого складу

Abstract

UA: У статті висвітлено аналіз роботи гальмової системи вантажних вагонів, зокрема взаємодії гальмових колодок із поверхнею кочення коліс. Розглянуто конструкцію тріангеля, маятникових підвісок та важільної передачі, які забезпечують притискання та відведення колодок під час гальмування. Виявлено, що нерівномірний розподіл сили натиснення колодок на колеса зумовлений конструктивними особливостями гальмової системи, зокрема розташуванням отвору для вертикального важеля в розпірці тріангеля. Це призводить до утворення шкідливого крутного моменту, який спричиняє нахил колодок і нерівномірний їх знос. Проведено комп’ютерне моделювання та експериментальні дослідження, які підтвердили, що тріангель у зібраному стані є врівноваженим, але під дією зовнішніх сил може порушуватися його рівновага. Досліджено процеси кінематики колодок на маятникових підвісках, що забезпечує їх відведення від колеса під час попуску гальм. Встановлено, що через конструктивні особливості утворюються нерівномірні зазори між колодками та колесами, що призводить до часткового тертя та зносу верхніх кінців колодок у режимі тяги та вибігу вантажного поїзда. Запропоновано класифікацію факторів, які впливають на розподіл сили натиснення колодок, включаючи конструктивні, технічні, динамічні, зовнішні, екологічні та технологічні аспекти. На підставі аналізу цих факторів обґрунтовано необхідність розробки комплексного підходу для оптимізації гальмової системи, що дозволить забезпечити рівномірний розподіл сили натиснення, знизити знос елементів гальмової системи та підвищити ефективність і безпеку гальмування вантажного рухомого складу.

EN: The article presents an analysis of the performance of the braking system of freight wagons, with a particular focus on the interaction between brake pads and the wheel tread surface. The structural design of the brake triangle, pendulum suspensions, and the brake leverage system is examined, as these components are responsible for applying and releasing the brake pads during braking. It has been identified that the uneven distribution of braking force between the pads and the wheels is caused by designspecific features of the brake system, particularly the location of the vertical lever connection hole within the brake triangle strut. This results in the generation of a detrimental torque, leading to tilting of the brake pads and their uneven wear. Computer simulations and experimental studies confirmed that the brake triangle is balanced in its assembled state, but its equilibrium may be disrupted under external forces. The kinematics of brake pad movement on pendulum suspensions has been investigated, demonstrating how the pads retract from the wheel during brake release. It has been established that due to design-related factors, uneven gaps form between the pads and the wheel tread, resulting in partial friction and wear of the upper ends of the brake pads during traction and coasting modes of the freight train. A classification of factors influencing the distribution of braking force between brake pads has been proposed, including structural, technical, dynamic, external, environmental, and technological aspects. Based on the analysis of these factors, the necessity of developing an integrated approach to optimizing the braking system has been substantiated. Such an approach would enable uniform distribution of braking force, reduce wear on braking system components, and improve both the efficiency and safety of freight train braking.