Hamulce szynowe magnetyczne

Transkrypt

1 HAMULCE SZYNOWE

2 Podział hamulców szynowych Hamulce szynowe magnetyczne Cierne Wiroprądowe Wiroprądowe tarczowe Na prądy wirowe Foucalta

3 Podział hamulców szynowych Hamulec szynowy (cierny) nazywany jest najczęściej hamulcem magnetycznym jednak należy odróżnić go od hamulca szynowego na prądy wirowe Foucalta. Hamulec dociskany jest do szyny pod wpływem sił przyciągania wytworzonych za pośrednictwem pola magnetycznego.

4 Podział hamulców szynowych Hamulce szynowe stanowią uzupełniający rodzaj hamowania, współpracując najczęściej z hamulcami mechanicznymi oraz elektrodynamicznymi. Z uwagi na brak możliwości regulacji siły docisku płoz do szyn, hamulce te mają za zadanie skrócenie drogi hamowania w przypadku wdrożenia hamowania nagłego. Dodatkową zaletą tego typu hamulców jest oczyszczenie powierzchni szyny, przez co poprawiają one przyczepność kół.

5 Podział hamulców szynowych Elektromagnesy znajdują się na wysokości około 100 mm od główki szyny, podwieszane są do ramy wózków przy wykorzystaniu prowadnic. Dociśnięcie płóz do szyn wzbudzane jest zasileniem cewki owiniętej wokół żelaznego pręta. Prąd płynący przez cewkę powoduje wytworzenie pola magnetycznego dociskającego płozę do szyny. Siła docisku uzależniona jest od stopnia indukcji magnetycznej w uzwojeniu wzbudzenia. Na wartość siły hamowania generowanej przez hamulec szynowy ma również wpływ powierzchnia styku płozy z szyną oraz współczynnik tarcia, przez co bardzo ważny jest dobór odpowiedniego materiału stanowiącego element cierny. Z punktu eksploatacyjnego istotna jest również kwestia ścieralności materiału, nadmierna ścieralność generuje bowiem dodatkowe koszty w procesie utrzymania.

6 Podział hamulców szynowych Z uwagi na kierunek ułożenia biegunów na elektromagnesach, hamulce te można sklasyfikować na szynowe elektromagnetyczne wzdłużne oraz szynowe elektromagnetyczne poprzeczne. Hamulce szynowe magnetyczne Wzdużne Poprzeczne

7 Podział hamulców szynowych Hamulce szynowe wzdłużne składają się z kilku rdzeni wraz z biegunami umieszczonymi w jednej linii. Każdy biegun posiada uzwojenia połączone ze sobą szeregowo. Uzwojenia na sąsiednich biegunach nawijane są w przeciwnym kierunku, w taki sposób aby możliwe było wytwarzanie odpowiednio ukształtowanych strumieni magnetycznych. Hamulce szynowe poprzeczne mają odmienną budowę w stosunku do wzdłużnych. Płoza hamulca składa się z rdzenia z wydłużonymi biegunami na której nawinięto tylko jedno uzwojenie przez co hamulec ten jest prostszy konstrukcyjnie, a co za tym idzie jest częściej stosowany.

8 Wymagania dla hamulców szynowych Hamulce szynowe bezwzględnie są stosowane w kolejach dużych prędkości. Hamulce szynowe cierne stosowane są w pojazdach do ruchu z prędkościami km/h. W taborze konwencjonalnym hamulce szynowe cierne są stosowane w wagonach przeznaczonych do jazdy z prędkościami powyżej 160km/h.

9 Wymagania dla hamulców szynowych Hamulec szynowy składa się z zawieszonych nad torem dwóch elektromagnesów (na wózek). Po opuszczeniu płóz magnesów, zworami są główki szyn. Każda płoza stanowi długi elektromagnes o poprzecznym magnesowaniu. Cewki elektromagnesów są zasilane prądem z baterii akumulatorów. Włączenie i wyłączenie hamulca szynowego następuje pod wpływem spadku lub wzrostu ciśnienia powietrza w układzie działającego jednocześnie hamulca ciernego (klockowego lub tarczowego).

10 Wymagania dla hamulców szynowych Siła przyciągania jednej płozy do główki szyny osiąga wartość około kN przy poborze mocy około 2kW. Współczynnik tarcia między hamulcem szynowym i torem w przypadku płóz stalowych ma przebieg mocno zależny od prędkości, podobny jak w przypadku hamulca klockowego z klockami żeliwnymi. μ 0,3 0,2 0, v [km/h] Przebieg współczynnika tarcia hamulca szynowego dla płóz stalowych

11 Wymagania dla hamulców szynowych Hamulce szynowe pozwalają na zwiększenie wartości opóźnienia hamowania pojazdu dla pojazdów kolejowych o 0,2-0,4m/s2. Hamulec szynowy wyłączany jest przy niewielkich prędkościach jazdy, wg. karty UIC powinien być nieaktywny przy prędkości poniżej 20km/h a aktywny powyżej 50km/h

12 Hamulce szynowe wiroprądowe W kolejnictwie hamulce wiroprądowe znalazły swoje zastosowanie stosunkowo niedawno. W 1999 roku po kilkudziesięciu latach badań niemieccy inżynierowie zastosowali ten typ hamulca po raz pierwszy w nowoprojektowanym składzie dużych prędkości ICE 3. Hamulec ten wykorzystywany jest głównie do wspomagania tradycyjnych hamulców tarczowych, jednakże przy hamowaniu służbowym z dużych prędkości (w przedziale km/h) stanowi on główną siłę hamującą. Z uwagi na możliwość uszkodzenia płozy hamulcowej, spowodowanej nadmiernym wzrostem magnetycznej siły pionowej, hamulec ten odłączany jest gdy prędkość pojazdu spadnie do kilkudziesięciu km/h.

13 Hamulce szynowe wiroprądowe Hamulce wiroprądowe można skategoryzować w dwóch grupach. Pierwsza to hamulce wiroprądowe liniowe, które montowane są do ram wózków na wysokości max. 1 cm od główki szyny. Hamulce te wykorzystują zjawisko indukcyjności w szynach w trakcie hamowania indukują prądy wirowe, które poprzez zakrzywienie linii sił wytworzonego uprzednio pola elektromagnetycznego powodują wytworzenie siły hamującej o zwrocie przeciwnym do kierunku jazdy. Hamulce szynowe wiroprądowe Liniowe Rotacyjne

14 Hamulce szynowe wiroprądowe Dodatkowo pionowa siła przyciągająca powoduje dociśnięcie kół do szyn, co pozytywnie wpływa na poprawę skuteczności tradycyjnego hamowania z wykorzystaniem hamulców mechanicznych, zwłaszcza w warunkach sprzyjającym poślizgowi kół. Do zasilania cewek podwieszonych do wózków pojazdu wykorzystuje się prąd stały o napięciu rzędu kilkudziesięciu volt.

15 Hamulce szynowe wiroprądowe Drugą grupę stanowią hamulce wiroprądowe kołowe umieszczone na tarczach osi zestawów kołowych. Rozwiązanie to nie poprawia parametrów istotnych w procesie hamowania (m.in. zmniejszenie drogi hamowania), lecz wpływa na znaczne obniżenie hałasu pojazdu, zmniejszenie zużycia par ciernych w wyniku stosowania hamulców mechanicznych w mniejszym zakresie oraz nie powoduje nagrzewania się toków szyn.

16 Hamulce szynowe wiroprądowe To właśnie zjawisko nadmiernego nagrzewania jak i zakłócenia urządzeń przytorowych są głównym powodem ograniczeń w użytkowaniu tego typu hamulców jedynie na liniach do tego przystosowanych. Całkowita moc wytracana w obu szynach dla pojazdów długich pojazdów dużych prędkości prowadziłaby nawet do osiągnięcia na powierzchni temperatur bliskich temperatury Curie, co prowadziłoby do odkształcenia się toków szyn, dlatego też dla tego typu pojazdów obniżono całkowitą moc traconą.

17 Hamulce szynowe wiroprądowe Hamulce wiroprądowe w porównaniu do hamulców mechanicznych cechuje bezgłośność procesu hamowania, co zresztą zostało wykorzystane w japońskich pociągach Shinkansen jeżdżącymi z prędkościami do 300 km/h do spełnienia obowiązujących na terenie Japonii surowych norm w zakresie generowanego hałasu pociągów dużych prędkości. W tym przypadku zastosowano hamulce wiroprądowe kołowe. Rys.1.6. Pociąg Shinkansen kolei JR, V MAX =350[km/h]

18 Siła hamowania w [kn] Hamulce szynowe wiroprądowe 200 Hamowanie awaryjne Hamowanie służbowe v [km/h] Zależność siły hamowania od prędkości pociągu ICE 3 dla hamulca szynowego na prądy wirowe

19 Hamulce szynowe wiroprądowe Zalety hamulca szynowego na prąd wirowe: - Siła hamowania powstaje z pominięciem styku koła z szyną a więc nie wykorzystuje się sił przyczepności kół, - hamowanie jest niezależne od współczynnika tarcia (brak tarcia), - ponieważ brak jest mechanicznego kontaktu, nie występuje tarcie i zużycie, hałas i ewentualnie zapach materiału ciernego, - Zużycie nie jest czynnikiem zwiększającym koszty eksploatacji.

20 Hamulce szynowe wiroprądowe Wady hamulca szynowego na prąd wirowe: - Wymaga dużej mocy zasilania (ok. 40kW), co jest istotne przy zasilaniu awaryjnym, - wywołuje małą siłę przyciągania do szyn przy niewielkich prędkościach jazdy, - przy niewielkim następstwie między pociągami wywołuje istotne nagrzewanie szyn, w wysokiej temperaturze otoczenia grożące wyboczeniu toru, - istnieje ryzyko zakłóceń elektromagnetycznych obwodów torowych (SRK), obecnie znacznie zminimalizowane przez zmianę konstrukcji tych urządzeń.