Utilizarea frânelor electromagnetice la vehiculele feroviare. prezentare, soluții constructive. calcule de frânare

1. Prezentarea lucrării

Odată cu inventarea sistemului de circulaţie cu ghidare pe şină şi mai ales odată cu creşterea vitezei de circulaţie, o importanţă deosebită a primit procesul de oprire - de frânare - a vehiculelor feroviare.

Primul sistem de frânare utilizat a fost cel bazat pe aplicarea pe circumferinţa unei roţi de rulare a unui sau a doi saboţi de frână, care prin frecarea lor cu roata duc la preluarea şi disiparea parţială a energiei de înaintare a vehiculului feroviar. La rândul ei, cota parte din energia preluată de roată trebuie disipată-transmisă prin contactul dintre roată şi şină.

Cantitatea de energie maximă posibilă de disipat este limitată de puterea maximă pe care o poate prelua sistemul respectiv de frânare şi în primul rând la contactul dintre roată şi şină.

Pentru a putea efectua, în condiţii de maximă siguranţă şi optime din punct de vedere economic şi funcţional, este necesar a se introduce în paralel şi alte sisteme de frânare, care nu sunt bazate pe frânarea osiei montate, deci nu se bazează pe valoarea instantanee a aderenţei dintre roată şi şină.

Acest sistem de frânare trebuie să se deosebească fundamental de celelalte sisteme de frâne, deoarece forţa de frânare nu trebuie să depindă de contactul dintre roată şi şină, deci de aderenţă.

Până la ora actuală singura modalitate inventată pentru realizarea unei forţe de frânare suplimentare între vehicul şi cale este frâna electromagnetică, materializată prin cele două sisteme: prin inducerea de curenţi Foucault în şină şi cea magnetică care realizează apăsarea pe şină a unor patine din oţel sau din fontă care se magnetizează. Prin aceasta, forţa de frânare a vehiculului nu mai depinde de aderenţa dintre roată şi şină, ci de frecarea care se produce între patină şi şină.

Frâna electromagnetică de cale a apărut ca o necesitate pentru a asigura un procent de frânare suficient de mare pentru a realiza un spaţiu de frânare acceptabil din punct de vedere a siguranţei în circulaţie. Ea este o frână suplimentară şi se foloseşte în paralel cu frâna disc pentru intervalul de frânare cu viteze de frânare peste 50 km/h, în general ca şi frână de urgenţă.

Din punct de vedere al procesului de realizare a forţei de frânare, frâna electromagnetică cu patină de frecare se încadrează tot în categoria frânelor dependente de coeficientul de frecare dintre patină şi şină.

Electromagneţii de frână sunt plasaţi pe porţiunea ampatamentului, între roţile boghiului, fiind suspendaţi pe cadrul boghiului. Suspendarea se face astfel încât magnetul de frână să se găsească totdeauna în planul vertical al fiecărei şine de cale ferată.

Este destul de greu de stabilit o corelaţie optimă între spaţiul de frânare maxim admisibil şi deceleraţia maximă admisibilă pe care trebuie să o suporte călătorii sau marfa transportată de un vehicul, precum şi a găsi acel sistem de frânare optim care să poată disipa energia cinetică a vagonului (trenului) aflat în mişcare în cel mai scurt timp.

În lucrare prezint sistemele de frânare electromagnetice care se bazează pe transformarea energiei cinetice în energie electrică cu disiparea sau recuperarea acesteia.

Cel mai practic sistem de frânare este sistemul de frânare bazat pe generarea de câmpuri magnetice în roată sau în şină care provoacă în acestea reacţiuni, realizându-se astfel frânarea vehiculului feroviar.

Sunt prezentate câteva concluzii a unor lucrări de specialitate, care nu apar descrise în literatura publicată în România.

2. Sisteme de frânare

Pentru a obţine efectul de frânare a trenului, în speţă a unui vehicul feroviar, este necesar a se realiza printr-un mijloc oarecare consumarea energiei cinetice datorată mişcării vehiculului.

Sistemele de frânare se pot clasifica după mai multe criterii, unul din ele fiind modul de disipare a energiei de frânare, astfel se disting:

Sisteme

de frânare - recuperativă utilizată în tracţiunea electrică

- cu disipare

termică - reostatică - pe rezistenţe electrice

- hidrodinamică

- disc

- patină magnetică cu frecare pe şină

- frâna cu curenţi turbionari Foucault

în şină

- cu disipare

termică în roată - frâna cu sabot

- frâna cu curenţi turbionari Foucault

O altă clasificare poate fi făcută după elementul cu ajutorul căruia se execută frânarea:

Sistem de frânare - Frână de

osie - frâna cu saboţi

- frâna cu disc

- frâna recuperativă

- frâna reostatică

- frâna hidrodinamică

- frâna cu curenţi turbionari Foucault în roată

- Frâna de

cale - patină magnetică cu frecare pe şină

- patină cu curenţi turbionari Foucault în

şină.