Wojciech SAWCZUK OCENA ROZKŁADU ŚREDNIEGO WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA KOLEJOWEGO HAMULCA TARCZOWEGO Streszczeie Jedym z badań prowadzoych a bezwładościowym staowisku hamulcowym jest pomiar współczyika tarcia dla hamulca tarczowego lub klockowego przy różych symulacjach hamowań pociągu. Podczas symulowaych badań hamulcowych zgodie z programem badań przewidziaym dla kolejowego hamulca tarczowego [3], rejestruje się przebiegi chwilowego współczyika tarcia w fukcji czasu hamowaia. Następie obliczay jest średi współczyik tarcia wyzaczoy z całki chwilowego współczyika tarcia po drodze hamowaia. Jest to badaie jakie prowadzi się dla pary cierej hamulca w szczególości dla dopuszczeia do eksploatacji daego materiału z jakiego wykoay jest klocek lub okładzia ciera. Celem artykułu jest ocea wyików badań rozkładu średiego współczyika tarcia hamulca tarczowego uzyskaego w czasie serii hamowań w tych samych warukach początkowych przy różym staie techiczym tarczy hamulcowej. WSTĘP W pojazdach szyowych, ze względu a ciągły wzrost prędkości jazdy w celu uzyskaia wymagaej drogi hamowaia, stosuje się hamulec tarczowy jako hamulec zasadiczy. Dotyczy to w szczególości wagoów pasażerskich. W przypadku elektryczych zespołów trakcyjych EZT rówież stosuje się hamulec tarczowy, jedak hamowaie odbywa się przy użycia hamulca elektrudyamiczego wspomagaego w ostaiej fazie hamulcem elektropeumatyczym (tarczowym) [5]. Na rysuku przedstawioo widok hamulca tarczowego występującego w różych pojazdach szyowych. Do iewielu wad hamulca tarczowego zalicza się jego wrażliwość a oblodzeie pary cierej (rówież a obecość wody lub śiegu) oraz brak możliwości kotroli stau pary cierej tarczaokładzia w całym procesie eksploatacji. Jest to szczególie zauważale w wagoach kolejowych, w których tarcze hamulcowe zamocowae są a osi zestawu kołowego między kołami [7]. W celu sprawdzeia zużycia okładzi cierych i tarcz hamulcowych, koiecze jest wykorzystaie kaału rewizyjego dla przeprowadzeia kotroli a w sytuacji osiągięcia graiczego zużycia elemetów cierych rówież ich wymiay []. Na rysuku przedstawioo widok zestawu kołowego z zamocowaymi tarczami hamulcowymi wagou pasażerskiego. Rys.. Widok z kaału rewizyjego a zestaw kołowy wózka GP00 z tarczami hamulcowymi wagou pasażerskiego zamg-fp Rys.. Widok kolejowego hamulca tarczowego zamocowaego: a) a osi toczej zestawu kołowego, b) a kole zestawu kołowego, c) a osi apędej zestawu kołowego. METODYKA BADAŃ Badaia o charakterze cierym (gdzie rejestrowao zmiaę współczyika tarcia w czasie hamowaia) przeprowadzoe zostały w Istytucie Pojazdów Szyowych TABOR w Pozaiu a bezwładościowym staowisku do badań hamulców klockowych i tarczo- 350 /05
wych pojazdów szyowych. Obiektem badań były tarcze hamulcowe typu 590 0, 60 0 oraz 640 0 z wetylującymi łopatkami, co przedstawia rysuek 3 oraz komplety okładzi typu 75 i 00 FR0H. z materiału orgaiczego. W czasie badań przeprowadzoo hamowaia zatrzymujące. Rys. 3. Obiekt badań a staowisku hamulcowym kolejowego hamulca tarczowego: a) tarcza hamulcowa typu 640 0 z zamocowaym kompletem okładzi cierych typu 00, b) widok a część apędową staowiska hamulcowego z masami wirującymi Do badań wykorzystao program badawczy B (I) zgodie z załączikiem C. zawartym w Kodeksie UIC 54-3. Hamowaia zatrzymujące przeprowadzoo z prędkości v= 0km/h. Masa hamującą przypadająca a jedą tarczę wyiosła w czasie badań w zależości od zastosowaej tarczy M=4,4, 4,7 i 6,7t. Nacisk okładzi do tarczy wyiósł N=5kN (dla tarczy o średicy 590mm) oraz N=8kN (dla tarcz o średicy 60 i 640mm). Podczas badań a staowisku bezwładościowym rejestrowao chwilowy współczyik tarcia µa, w każdej chwili hamowaia zgodie z zależością () [3]: Ft a () Fb gdzie: Ft chwilowa siła stycza odiesioa do promieia Fb hamowaia r, całkowita chwilowa siła acisku a tarczę hamulcową. Następie obliczay był średi współczyik tarcia µm, wyzaczay z całki ozaczoej chwilowego współczyika tarcia po drodze hamowaia s zgodie z rówaiem () [3]: s m ads s () 0 gdzie: s droga hamowaia w metrach. Na podstawie zależości () oraz () wyzaczae zostały charakterystyki µa=f(t) oraz µm=f(v). Podczas badań staowiskowych hamulca kolejowego rejestruje się przebieg chwilowego współczyika tarcia w czasie hamowaia od zadaej prędkości hamowaia aż do zatrzymaia. Na tej podstawie określa się chwilę osiągięcia wartości maksymalej oraz miimalej chwilowego współczyika tarcia. Przebiegi otrzymae z zależości () staowią końcowe zestawieia sprawdzające zachowaie się współczyika tarcia w całym zakresie prędkości hamowaia daego pojazdu. Podczas badań rozkładu średiej temperatury tarczy hamulcowej, wykoao serię 40 hamowań do ocey statystyczej. Badaie rówież miało a celu wyzaczeie miimalej ilości powtórzeń, zapewiających otrzymaie wyików w zadowalającym przedziale ufości, wyoszącym 95%, przy przyjętym poziomie istotości, α=0,05, przy którym obserwuje się ajmiejszy współczyik zmieości. Aalizie statystyczej poddao wartość średiego współczyika tarcia w chwili zatrzymaia przy iezmieej prędkości początku hamowaia, acisku a tarczę i masie hamującej. Każde koleje hamowaie było poprzedzoe chłodzeiem tarczy a wolym powietrzu poprzez jej swobody obrót, przez co symulowao jazdę wagou z prędkością 00km/h. Po obiżeiu temperatury tarczy do wartości T=50 C przerywao jej chłodzeie i rozpoczyao koleje hamowaie. W celu wyzaczeie miimalej liczby hamowań, wykorzystao zależości a astępujące wzory statystycze [, 4]:. Wartość średia: x x i (3) i gdzie: xi i-ta wartość zmieej, x=,,,,, liczba hamowań.. Odchyleie stadardowe: S x i x i 3. Pół przedział ufości: S L t; gdzie: t współczyik testu t-studeta. 4. Góra i dola graica przedziału ufości: ( ) x x L ( ) x x L 5. Współczyik zmieości:. WYNIKI BADAŃ (4) (5) (6) S W 00% (7) x Po zastosowaiu zależości (3-7), otrzymao wyiki z obliczeń statystyczych z pomiaru średiego współczyika tarcia μm. Rysuek 4 prezetuje wartości współczyika tarcia uzyskaego z daego hamowaia oraz wartość średią współczyika tarcia z uwzględieiem górej i dolej graicy przedziału ufości przy założoym poziomie istotości α=0,05. /05 35
Rys. 4. Przebieg współczyika tarcia między okładzią a tarczą hamulcową oraz średia jego wartość uzyskaa a tarczy: a) 590 0 (owa), b) 60 0 (regeerowaa), c) 640 0 (regeerowaa) 35 /05
Rys. 5. Przebieg współczyika zmieości uzyskaego z obliczeń statystyczych dla tarczy: a) 590 0 (owa), b) 60 0 (regeerowaa), c) 640 0 (regeerowaa) /05 353
Na rys. 5 jest przedstawioy procetowy przebieg współczyika zmieości W wyzaczoego z pomiaru współczyika tarcia, a podstawie którego możliwe było określeie liczby pomiarów. Na podstawie rysuku 5, po wykoaiu 40 pomiarów stwierdzoo, że miimala liczba powtórzeń hamowań, zapewiających otrzymaie wyików średiego współczyika tarcia w oczekiwaym przedziale ufości, przy przyjętym poziomie istotości α=0,05, wyosi 5 pomiarów dla tarczy owej. W przypadku tarcz regeerowaych, a podstawie aalizy statystyczej wyików uzyskaych z pomiaru średiego współczyika tarcia przyjęto, że do badań zasadiczych a staowisku hamulcowym ależy wykoać 5 (dla tarczy typu 640) lub 8 (dla tarczy typu 60) powtórzeń hamowaia. Dla tej liczby hamowań otrzymao ajiższy współczyik zmieości w oczekiwaym przedziale ufości i przy założoym poziomie istotości. Ze względu a wartości liczbowe współczyika zmieości dla pomiarów średiego współczyika tarcia ie przekraczającego 0%, zgodie z [4], stwierdzoo ieistote zróżicowaie statystycze aalizowaych wielkości. PODSUMOWANIE Aalizując wyiki badań a staowisku hamulcowym kolejowego hamulca tarczowego w czasie hamowań zatrzymujących moża stwierdzić, że: ) Na przebieg średiego współczyika tarcia rówież wpływ ma sta tarczy hamulcowej. Regeerowae pierścieie ciere poprzez ich przetoczeie powodują wahaia średiego współczyika przy hamowaiach w tych samych warukach początkowych. ) Hamowaia zatrzymujące przeprowadzoe a owej tarczy hamulcowej (590 0) wykazały, że odchyleie stadardowe o średiej wartości współczyika tarcia wyiosło 6 0-4, w przypadku tarcz regeerowaych, wartości te odpowiedio wyiosły 30 0-4 (dla tarczy 60 0) i 84 0-4 (dla tarczy 640 0). Zadowalający wyik w przypadku tarczy o średicy 60mm może wyikać z przeprowadzoej miejszej próby (30 hamowań zamiast 40-tu w przypadku tarcz 590 i 640). 3) Czyikami wpływającymi a wahaia średiego współczyik tarcia rozumiaego ich dużym rozrzutem od wartości średiej, może mieć wpływ wartość bicia osiowego tarczy oraz mikropękięcia a powierzchi tarczy hamulcowej. Zgodie z [6] tarcz po wprasowaiu a oś zestawu kołowego ie może charakteryzować się wartością bicia osiowego większego iż 0,5mm. 4) Mikropękięcia występujące a powierzchi tarczy hamulcowej, są rówież widocze po przetoczeiu pierścieia cierego w szczególości w okolicy promieia wewętrzego. Zjawisko pękięć termiczych w wyiku cykliczego hamowaia i chłodzeia tarczy hamulcowej świadczy o zmiaach metalograficzych w warstwie wierzchiej tarczy [8]. Dodatkowo mikropękięcia mogą dodatkowo wpłyąć a zmiay płaskości powierzchi tarczy, co rówież może mieć wpływ a ograiczoy kotakt okładziy z tarczą hamulcową a w kosekwecji a iższą wartość średiego współczyika tarcia. 5) Na podstawie aalizy statystyczej wyików średiego współczyika tarcia przyjęto, że do badań zasadiczych a staowisku hamulcowym ależy wykoać 5 powtórzeia dla tarczy owej. Dla tej liczby hamowań otrzymao zadowalający współczyik zmieości w oczekiwaym przedziale ufości i przy założoym poziomie istotości, ie przekracza 0,6%. W przypadku tarcz regeerowaych przy wykoaiu 5-ciu powtórzeń współczyik zmieości zajduje się w przedziale-,3%, co moża uzać za wyik akceptowaly. Projekt jest fiasoway ze środków Narodowego Cetrum Badań i Rozwoju, program LIDER V, umowa r LIDER/0/359/L- 5/3/NCBR/04 BIBLIOGRAFIA. Gajek L., Kałuszka M., Wioskowaie statystycze modele i metody. WNT, Warszawa 000.. Gruszewski M., Wybrae zagadieia eksploatacji hamulca tarczowego, Techika trasportu Szyowego 6-7/995, s. 84-86. 3. Karta UIC 54-3, Hamulec: hamulec tarczowy i okładziy hamulcowe, waruki ogóle dla prób a staowisku badawczym, Wydaie 6-te listopad 006. 4. Krysicki W., Włodarski L., Aaliza matematycza w zadaiach, Wydawictwo PWN, Warszawa 007. 5. Piechowiak T., Hamulce pojazdów szyowych, Wydawictwo Politechiki Pozańskiej, Pozań 0. 6. Rail Cosult Gesellschaft für Verkehrsberatug mbh. Wago osobowy Z 0, układ jezdy-tom. Dokumetacja Techiczo-Ruchowa. 7. Sorochtej M., Hamulec tarczowy pojazdów szyowych. Przegląd kolejowy 6/93. 8. Ścieszka S.F., Hamulce ciere. Zagadieia materiałowe, kostrukcyje i tribologicze. Wydawictwo Gliwice-Radom 998. ESTIMATION OF THE DISTRIBU- TION OF THE AVERAGE FRICTION COEFFICIENT OF DISK BRAKE STATION Abstract Oe of the studies coducted o statioary test positio of the brake measuremet of the coefficiet of frictio for disc brakes or block brake at various imitatios of brakig of the trai. Durig the model tests of brake pads i accordace with the test program provided for the statio disk brake [3] registers the mileage of temporary frictio coefficiet i fuctio of time of brakig. The calculated the average coefficiet of frictio calculated from the itegral of the temporary coefficiet of frictio o the way of brakig. This study, coducted for frictio pairs of brakes, i particular, approval of this material, ad what made the block or frictio pad. The purpose of this paper is to assess the results of studies of the distributio of average coefficiet of frictio of disk brakes, are obtaied durig a series of brakig i the same iitial coditios uder differet techical coditio of the brake disc. Autorzy: Dr iż. Wojciech Sawczuk Politechika Pozańska, Wydział Maszy Roboczych i Trasportu, Istytut Silików Spaliowych i Trasportu, Zakład Pojazdów Szyowych, 60-965 Pozań, ul. Piotrowo 3, Tel. 6 665-03, Fax. 6 665-04, e-mail: wojciech.sawczuk@!put.poza.pl 354 /05