Sisteme de franare utilizate pe vehicule feroviare de mare viteza

Sisteme de franare utilizate pe vehicule feroviare de mare viteza.

1.Definirea unui sistem de franare.

Sistemul de franare este principalul sistem care intervine intre doua stari energetice ale unui vehicul in miscare modificand parametrii starii energetice initiale (energia cinetica E_c si V).

La majoritatea sistemelor de franare utilizate la vehiculele feroviare de mare viteza, energia cinetica pe care o poseda vehiculul la inceputul franarii se transforma in lucru mecanic de deformare (elastica si plastica) si apoi in caldura. Efectul acestei transformari este cresterea temperaturii elementelor aflate in contact direct (de exemplu roata-sabot sau disc de frana-garnitura de frecare.

Functiile unui sistem de franare.

Un sistem de fanare este elementul care modifica energia vehiculului din momentu lin care intra in actiune, fie pana la anularea ei, cazul opririi, fie pana la energia cinetica data de viteza ce trebuie mentinuta constanta pe o panta sau de viteza impusa pe o anumita sectie de remorcare.

Principalele functii ale unui sistem de franare sunt urmatoarele:

functia de transformare a energiei cinetice a vehiculului feroviar de mare viteza,

functia de inmagazinare a rezultatului transformarii energiei cinetice (caldura),

functia de disipare a caldurii rezultate prin frecarea (uscata sau umeda) dintre elementele cuplei de frecare.

Aceste functii pot fi indeplinite fie de catre un element al sistemului fie catre toate elementele.

3.Clasificarea sistemelor de franare.

Daca se considera rezistenta totala la inaintarea trenului de mare viteza ca o frana continua involuntara, mai jos se va prezenta o clasificare a sistemelor de franare dupa criteriul fenomenului fizic care determina forta de franare.

Dintre toate sistemele de franare, forta de franare nu depinde de aderenta roata- sina doar la frana electromagnetica pe sina (sistemul mecanic de franare), frana cu curenti Foucault liniara si la frana aerodinamica.

De asemenea se observa ca toate sistemele de franare prezentate mai jos cu exceptia franei electrice recuperative, transforma in cele din urma energia vehiculului in caldura care ridica temperatura elementelor aflate in contact direct.

Astfel, un criteriu pentru utilizarea unei frane pe un vehicul feroviar de mare viteza este chiar regimul termic la care sunt supuse elementele cuplei de frecare in timpul franarii.

Sisteme de franare:

-mecanice:

frana cu saboti,

frana electromagnetica,

frana disc,

-electrice:

frana reostatica,

frana recuperativa,

frana cu curenti Foucault: -liniara,

-rotativa,

-fluidice:

frana hidrocinetica,

frana aerodinamica,

frana aerocinetica.

4.Conditiile impuse sistemelor de franare ale vehiculelor feroviare de mare viteza.

Principalele conditii care se ompun sistemelor de franare utilizate pe vehiculele feroviare de mare viteza sunt:

simplitate din punct de vedere constructiv (gabarit, volum si greutate reduse),

sa asigure o franare rapida dar lina in limitele deceleratiilor admise,

sa asigure franarea intr-un spatiu de franare cit mai redus,

sa prezinte o mare siguranta in functionare,

sa necesite forte reduse de actionare prin folosirea de echipamente compacte si usoare,

sa excluda aparitia fenomenului de autofranare.

5.Solutii constructive ale franelor vehiculelor feroviare de mare viteza.

Pentru a se putea frana de la viteze mari si foarte mari, se utilizeaza sisteme de franare a caror actiune este dependenta de aderenta roata-sina (de exemplu sistemul mecanic) impreuna cu sistemele de franare cu actiunea independenta de aderenta (sistemul electric).

Astfel se poate afirma ca la vehiculele feroviare de mare viteza combinarea sistemelor de franare prezentate anterior este foarte importanta deoarece un singur sistem de franare nu poate asigura o forta de franare (limitata de aderenta), necesara acoperirii intregii game de viteze cu care circula aceste vehicule.

In ceea ce priveste comanda sistemelor de franare, in cazul vehiculelor feroviare de mare viteza s-a trecut la o comanda simpla prin actionarea unui singur organ de comanda (de exemplu un robinet special al mecanicului), intrarea in actiune a franelor (din sisteme diferite) putandu-se face simultan sau consecutiv in timp.

In continuare se vor prezenta solutiile constructive ale franelor principalelor trenuri de mare viteza care circula cu viteze V > 200 km/h.

5.1.Sistemele de franare utilizate pe vehiculele feroviare de mare viteza.

Tabel 2

= vagon motor.

In continuare se va face o prezentare detaliata a franelor celor doua sisteme care au dat rezultate foarte bune atat la incercari cat si in exploatare.

5.1.1.Frana cu saboti

In cazul vehiculelor feroviare de mare viteza, frana cu saboti este o frana suplimentara de stationare. Caracteristicile franei cu saboti ( in majoritatea cazurilor confectionati din mateiale sinteritate) sunt eliminarea timoneriei clasice dispusa sub intreg vehiculul care pe langa zgomotul produs marea considerabil masa vehiculului si inlocuirea acestuia prin blocuri compacte de franare care deservesc o roata, formate din:

-cilindrul de frana ,

-timonerie,

-regulator de timonerie,

-portsabotul cu atarnatorul sau si conexiunea la frana de mana .

Aceste blocuri de franare de masa redusa dezvolta forte de franare cuprinse intre 30.100KN.

Pentru a modifica forta de franare exista 2 posibilitati si anume:

-modificarea raportului de amplificare al timoneriei,

-adoptarea unui alt diametru al cilindrului de frana.

In figura nr 1 se prezinta frana cu saboti utilizata ca frana de stationare pe primele rame TGV:

Figura 1

Blocurile de franare au cunoscut o dezvoltare rapida si o diversificare in functie de caracteristicile vehiculului pe care se vor muta.

Astfel in fig. 2 se prezinta blocurile de franare BF2 montate pe un boghiu al unui tren de mare viteza francez:

Figura 2

Aceste blocuri de franare de tipul BF2, BF2L, BF2L-FPX utilitate pe TGV Atlantic si TGV-R se confectioneaza atat pentru montare pe verticala (deasupra rotii), cat si orizontala (clasica).

Figura 3

In figurile 4, 5, 6 se prezinta elementele componente ale blocurilor de franare utilizate pe vehiculele feroviare de mare viteza spaniole.

Astfel se observa tendinta de eliminare a timoneriei franei cu saboti, grea si spatioasa, compactizand toate elementele care concura la franare intr-un bloc cu masa si volum reduse. Cu toate acestea frana cu saboti se utilizeaza restrans pentru echiparea trenurilor de mare viteza, servind numai ca frana suplimentara de stationare.

Figura 4

- burduf 16- saiba

- bulon al portsabotului 17- inel elastic

- parte fixa a blocului 18- canal

- portsabot 19- bolt

- atarnator 20- bucsa

- bucsa de uzura 21- bucsa de uzura

- piulita 22- arc de rapel

- saiba de arc 23- piulita

- capul pivotului 24- bolt

10 - bolt 25- bulon

11 - inel toroidal 26- saiba

12 - segment 27 -bucsa filetata

13 - nit 28 -bucsa

14 - pisa de frecare 29 -piulita

15 - inel toroidal    30 -partea fixa bloc de franare

Figura 5

Figura 6

5.1.1.1.Principiu de constructie si functionare la frana cu saboti

La franele automate cu saboti (figura 4) forta "F"care se manifesta la tija pistonului cilindrului de frana 3, este amplificata de elementele timoneriei de frana 4, 6 si 7, iar sabotii de frana 1 apasa pe suprafata de rulare a rotilor

Cand apasarea sabotului pe roata este urmarea actiunii fortei musculare a omului asupra manivelei 8 si transmiterea acestei forte multiplicata de elementele de legatura 9, 10, 11 si 12 la saboti, instalatia de frana este de tip manual.

Figura 4. Frana cu saboti actionata cu aer comprimat si manual.

Pe vagoanele de marfa de mare se monteaza adesea un cilindru de frana cu doua camere precum si unitati de franare (figura 5) cu saboti din fonta sau material plastic.

Figura 5. Schema unitatii de franare cu saboti: 1-piston; 2-parghie amplificatoare; 3-regulator automat de timonerie; 4 -sabot de frana; 5-atarnator; 6-roata; 7-cadru boghiu.

5.1.1. Partea mecanica a franei cu saboti. Timoneria franei cu saboti

Instalatia de frana a oricarui vagon de cale ferata este formata din mai multe elemente printre care si transmisia mecanica alcatuita din ansamblul organelor (leviere, bare, axe triunghiulare etc.) articulate intre ele, numita timoneria franei.

Aceasta serveste la amplificarea si transmiterea in mod egal la fiecare sabot a efortului dezvoltat de om la manivela franei de mana, sau a fortei dezvoltate de aerul comprimat pe pistonul cilindrului de frana. Pentru repartizarea in mod egal a fortelor pe saboti este necesara o anumita realizare constructiva a timoneriei de frana care trebuie adaptata modului de constructie a vehiculului feroviar.

Dupa felul de actionare a sabotilor pe roti, modul de constructie a vehiculului feroviar, timoneria de frana poate fi: cu actiune asimetrica (utilizata din ce in ce mai putin), daca sabotii apasa asupra rotilor dintr-o singura parte, sau cu actiune simetrica daca sabotii apasa asupra rotilor din ambele parti.

Timoneria de frana cu actiune simetrica prezinta o serie de avantaje fata de cea cu actiune asimetrica si anume: osia montata, fiind apasata din doua parti opuse, nu se deplaseaza fata de cutia de osie, presiunea pe sabot este mai mica, ceea ce contribuie la micsorarea uzurii sabotilor, la marirea coeficientului de frecare si la marirea efectului de franare . Timoneria cu actiune simetrica prezinta dezavantajul cu este de constructie mai complicata si are greutate mai mare fata de cea cu actiune asimetrica.

5.1.1.3. Constructia timoneriei de frana cu actiune simetrica

Frana vagoanelor de marfa de mare viteza pe doua osii sau pe boghiuri, sunt echipate cu timonerie cu actiune simetrica. In figura 3 s-a reprezentat schematic timoneria de frana a unui vagon de marfa pe doua osii. Elementele care compun aceasta timonerie pot fi grupate in trei parti si anume: timoneria centrala,timoneria osiilor, timoneria franei de mana.

Timoneria centrala cuprinde cilindrul de frana 1 de care sunt articulate levierele orizontale 2 (levierul din stanga este articulate de tija pistonului cilindrului de frana, iar levierul din dreapta este articulat de suportul fix al cilindrului de frana).

Ambele leviere sunt legate intre ele cu bara de conexiune incarcata β si cu bara de conexiune gol 4. Cele doua bare de conexiune servesc la franarea vagonului in functie de starea de incarcare gol sau incarcat.

Timoneria osiilor cuprinde levierele verticale 5, barele lor de conexiune 6, axele triunghiulare 7, sabotii de frana 8 si suspensorii de timonerie 9. Legatura dintre timoneria osiilor si timoneria centrala este realizata prin barele de tractiune 10. Pe una din aceste bare de tractiune, cea din partea levierului orizontal 2 articulat pe tija pistonului cilindrului de frana, este montat regulatorul automat de timonerie SAB.

Figura 6. Schema timoneriei de frana la un vagon pe doua osii.

Timoneria franei de mana cuprinde bara de tractiune 11, care face legatura cu timoneria centrala, arbore de frana 12, solidar cu levierele 13 si 14, eclisele 15, piulita 16, tija filetata 17, si manivela 18.

Legatura dintre levierul 2 al timoneriei centrale si bara de tractiune 11 a franei de mana este realizata prin intermediul unei culise care permite ca actiunea celor doua timonerii sa nu se impiedice reciproc. De exemplu, daca se executa o franare pe cale pneumatica, tija pistonului deplaseaza spre stanga levierul 2 al timoneriei centrale fara sa lucreze asupra barei de tractiune 11, deoarece bulonul de articulatie aluneca in golul culisei respective.

In timpul franarii, levierele pereche, orizontale sau verticale, avand acelasi raport intre lungimile bratelor, impreuna cu barele lor de conexiune, servesc la amplificarea si egalizarea fortelor in directie longitudinala, iar axele triunghiulare repartizeaza la saboti fortele de la capetele levierelor verticale, in mod egal.

In cazul vagoanelor de marfa pe boghiuri, timoneria de frana este asemanatoare cu cea a vagoanelor de marfa pe doua osii cu deosebirea ca timoneria osiilor este suspendata pe cadrul boghiului si au in plus bara de tractiune 19 care face legatura intre timoneria celor doua osii ale boghiului (figura 7).

Aceasta bara de legatura este constituita sub forma de cadru, cu scopul de a ocoli crapodina pe care se reazema cutia vagonului de marfa. In timpul franarii, aceasta bara aluneca pe traversa crapodinei si de aceea ea mai poarta denumirea de sanie.

Figura 7. Schema timoneriei de frana cu actiune simetrica

5.1.Frana electromagnetica pe sina

Franarea vehiculelor feroviare de viteze mari (200.300 km/h) cu ajutorul franei cu saboti sau franei cu disc ar conduce la incalzirea excesiva a elementelor cuplei de frecare (sabot-roata, disc de frana -garnitura de frecare ) cu efecte negative asupra elementelor materialelor acestora.

Forta de franare in cazul franei electromagnetice pe sina ia nastere datorita frecarii dintre partea superioara a ciupercii sinei si piesele de uzura ale electromagnetilor franei nefiind liitata de aderenta dintre roata sina .

In principiu, frana electromagnetica pe sina (vezi figura 8) se compune dintr-un ventil magnetic de actionare 2, alimentat cu aer comprimat de la rezervorul principal prin robinetul de izolare 1.

Figura 8

Aerul comprimat trece prin acuplarile flexibile 3 si 4 la cilindrii de actionare 5. Electromagnetii franei 6 sunt mentinuti la o distanta h deasupra ciupercii sinei.

Comanda franei electromagnetice se realizeaza prin robinetul mecanicului 7 care contine contacte electrice.

Tendintele actuale in ceea ce priveste priveste comanda franelor trenurilor de mare viteza converg spre eliminarea acestui organ de comanda -robinetul mecanicului, mecanicul avand simpla misiune de a apasa un butonde comanda iar microprocesorul comanda o anumita presiune in cilindrii de frana si actionarea franei electromagnetice (daca s-a atins viteza prescrisa pentru aceasta frana), avand la dispozitie toti parametrii vehiculului.

Astfel la vagonul AVA 200 construit la Astra Vagoane SA, sub licenta De Dietrich, intrarea in actiune a franei electromagnetice se face la comanda mecanicului de locomotiva printr-un robinet special numai daca viteza este de 160Km/h (pentru viteze inferioare la comanda franarii actioneaza doar frana disc).

Se cunosc doua tipuri principale de frane electromagnetice pe sina:

frana electromagnetica pe sina cu suspensie joasa (h 8..10mm), utilizata frecvent la vehiculele urbane

frana electromagnetica pe sina cu suspensie inalta(h=60..150mm) utilizata la vehiculele de mare viteza.

Frana electromagnetica pe sina cu suspensie inalta este frecvent folosita la vehicule de mare viteza deoarece o inaltime h mica de suspendare a electromagnetilor,la viteze mari, ar pereclita siguranta circulatiei.

In acest caz, aplicarea electromagnetilor pe sina,datorita intrefierului mare,nu se poate realizanumai prin actiune electomagnetica fiind necesara o instalatie pneumatica pentru actionarea franei.

Echipamentul mecanic al franei electromagnetice pe sina cu suspensie inalta este prezentat in fig 9 si cuprinde electromagnetii de cale 1, suspendati deasupra ciupercii sinei.

Figura 9

Fiecare electromagnet este sustinut de cate 2 cilindrii de actionare 7 montati astfel incat sa urmareasca miscarea boghiului, inlaturandu-se astfel posibilitatea ca electromagnetii sa apese neaxial pe sina.

In interiorul cilindrilor de actionare se gasesc doua arcuri (15) montate concentric care mentin pistoanele acestor cilindrii in pozitie superioara (a se vedea figura 9).

In cazul unei franari rapide se inchid contactele intrerupatorului automat de la robinetul mecanicului iar bobina ventilului magnetic 2 este excitata. Astfel supapa 3 este deplasata in jos, prin invingerea tensiunii arcului 6, iar supapa 4 se inchide si 5 se deschide (4 si 5 aflandu-se pe aceeasi tija) dand posibilitatea aerului comprimat (p 8,5..10daN/cm²) sa ajunga printr-un tub flexibil in cilindrii de actionare.

In acestia aerul comprimat apasa asupra pistoanelor invingand tensiunea arcurilor 15, determina deplasarea in jos si aplicarea pe sine a electromagnetilor. La sfarsitul cursei, fortei date de presiunea aerului din cilindrii de actionare i se adauga forta electomagnetica.

Datorita acestor forte, ia nastere o forta de frecare care este transmisa boghiului ca forta de frecare prin intermediul elementelor de legatura 13 si 14.

In momentul trecerii robinetului mecanicului in pozitia de alimentare, contactele electrice intrerup alimentarea bobinei

Astfel arcul 6 impinge supapa 3 in pozitia sa superioara, inchizand supapa 5 si deschizand supapa 4.

La franele electromagnetice pe sina utilizate la vehiculele moderne de mare viteza aerul comprimat serveste numai pentru apasarea electromagnetilor pe sine, in timp ce ridicarea si mentinerea lor in pozitie superioara de mers se realizeaza cu ajutorul unor arcuri elicoidale si a unui dispozitiv de inzavorare a tijei pistonului (notat cu 8 pe figura precedenta).

In acest fel se elimina posibilitatea aparitiei unor accidente cauzate de lipsa aerului comprimat (ruperea unor conducte de aer), frecvent intalnite la frana electromagnetica cu dispozitiv pneumatic de apasare si ridicare a electromagnetilor .

Comanda franei electromagnetice se poate face in urmatoarele moduri, in functie de momentul intrarii ei in actiune fata de frana principala (frana cu disc etc.) :

comanda unica (data de mecanic prin organul de ecomanda a franelor -robimetul mecanicului) cu intrare simultana in actiune ;

comanda unica cu intare consecutiva (in functie de viteza trenului) in actiune;

comanda separata care nu se mai utilizeaza intrucat in prezent la vehiculele de mare viteza, toti parametrii de franare sunt dati de un microprocesor de franare (sau unul care cuprinde si partea de franare) mecanicul executand doar o simpla apasare pe butonul de comanda ce se afla in cabina de conducere.

La unele constructii de vehicule feroviare comanda franei electromagnetice se relizeaza direct de catre distribuitorul KE al franei pneumatice de constructie speciala (tip Kes-KZ-14). In acest caz la franarea rapida, aerul din conducta generala este trimis in cilindrii de actionare si conecteaza circuitul curentului pentru bobinele electromagnetilor.

La scaderea vitezei sub o anumita limita, automatul de reglare a presiunii, montat de obicei in capul osiei, da un impuls de comanda care deconecteaza circuitul electric al electromagnetilor care sunt astfel ridicati de pe sina.

Frana electromagnetica pe sina se construieste de obicei pentru tensiuni de excitatie de 24.80 de V si pentru curenti de 60.200A (curent continuu).

5.1.3.Frana cu disc.

Frana cu disc este utilizata ca frana principala pe vehiculele feroviare de mare viteza datorita urmatorilor factori:

coeficientul de frecare dintre discul de frana si garnitura de frecare variaza in limite restranse, forta de apasare, temperatura si umiditatea;

simplitate constructiva ;

spatii de franare si deceleratii reduse obtinute la franari de mare viteza;

temperatura elementelor cuplei de frcare a franei cu disc este mult mai redusa fata de temperatura cuplei franei cu saboti la acelasi regim de exploatare ;

siguranta mai mare si fiabilitate ridicata in exploatare;

eliminarea zgomotului produs de frana cu saboti in timpul franarii;

forte de actionare reduse;

masa echipamentului de franare (disc de frana, garnitura de frecare, timoneria de frana, etc.) este mult mai redusa decat in cazul franei cu saboti.

In cazul franei cu disc, efectul de franare se obtine prin frecarea care ia nastere intre discul de frana 1 si garniturile de frecare fixate in portgarniturile 2, datorita fortei care apare la tija pistonului cilindrului de frana 3, amplificata de barele si levierele timoneriei de frana 4.

Figura 10

Pe figura s-au mai facut urmatoarele notatii:

5-osia montata;

6-traversa tubulara;

7-consola pentru fixarea atarnatorilor de portgarnituri;

Pe vehiculele feroviare de mare viteza se utilizeaza frana cu discul amplasat pe corpul osiei (vehicule remorcate) si frana cu discul amplasat pe rotile osiilor montate (vehicule motoare). La ambele moduri de amplasare a discului de frana pe osia montata se obtine o constructie mai simpla a timonerii de frana .

Aceasta este actionata, la majoritatea vehiculelor de mare viteza de catre un cilindru de frana pentru fiecare disc. Cilindrul de frana este de tipul cu regulator de timonerie incorporat permitand mentinerea constanta a jocului dintre discul de frana si garnitura de fracare. O sectiune prin cilindrul de frana este prezentata in figura 11:

Figura 11

In figura 12 se prezinta schematic timoneria de frana a vagonului de mare viteza AVA-200 iar in fig 13 se prezinta elementele componente ale echipamentului de franare pentru un disc:

cilindru de frana,

bara de conexiune,

levier vertical,

portgarnitura,

atarnator portgarnitura,

bulon,

garnituri de frecare .

Elementul caracteristic al franei disc de care depinde in mare masura capacitatea de franare este discul de frana. Din punct de vedere al dimensiunilor de gabarit, discul de frana se caracterizeaza prin diametrul exterior D si diametrul interior d.

Utilizarea discurilor de frana autoventilate pe vehiculele feroviare de mare viteza ridica unele probleme mai ales la viteze mai mari de 200 Km/h.

Dintre aceste probleme amintim:

masa unui disc de frana este mai mare datorita faptului ca se confectioneaza din fonta cenusie, material ce se caracterizeaza prin densitate mare,

marirea numarului de discuri autoventilate pe osie conduce la o scadere a temperaturii acestora dar si la o marire a masei nesuspendate a osiei montate care are ca efect micsorarea durabilitatii osiei,

rezistenta aerodinamica datorita miscarii de rotatie a unui disc de frana autoventilat cu palete radiale, in regim de tractiune necesita un consum suplimentar din puterea instalata pentru tractiune,

utilizarea discurilor de frana autoventilate cu nituri intre suprafetele de frecare reduce acest consum de putere dar nu-l elimina.

Figura 12

Figura 13

Astfel pentru rezolvarea problemelor enumerate s-a adoptat o noua solutie constructiva si anume discul de frana neventilat, utilizat pentru trenul de mare viteza francez TGV-Atlantic (constructie noua), dand rezultate foarte bune la incercari si in exploatare.

Aceste performante sunt datorate materialului din care este confectionat, si anume un otel aliat cu limita de elasticitate superioara si densitate mica, configuratiei geometrice (D =610 mm, grosimea 45 mm), precum si posibilitatii amplasarii unui numar mai mare de discuri pe osie fara a mari prea mult masa suspendata a osiei (pe TGV Atlantique) sunt amplasate 4 discuri pe osie ca in figura 14.

Figura 14

Se observa ca prin adoptarea acestui tip de disc de frana, pentru fixarea pe osie nu mai este necesara calarea portiuni de imbinare cu strangere pe osie ceea ce ar conduce la concentratori mari de tensiuni, micsorand durabilitatea osiei montate si deci siguranta circulatiei.

Garnitura de frecare este un element important al franei disc, care a cunoscut ca si discul de frana multe perfectionari atat din punct de vedere al materialelor utilizate cat si din punct de vedere constructiv.

Aceste garnituri au o forma speciala prezentata in figura 15 suprafata de frecare plana iar prinderea de portgarnitura se realizeaza prin inpanare in coada de randunica, asigurarea facandu-se prin stifturi filetate, putandu-se fixa pe un butuc doua discuri neventilate.

Figura 15

Astfel in figura se prezinta garnituri de frecare dintr-o bucata asigurate in portgarnituri printr-un stift, si garnituri de frecare din doua bucati asigurate in partea de jos prin doua stifturi filetate, care au avantajul unei mai bune disipari a caldurii rezultate prin frecare la franare.

Compozitia materialului garniturii de frecare trebuie sa asigure un compromis intre:

caracteristicile de franare;

uzura si durata de viata a garniturii;

,,agresivitatea " garniturii fata de discul de frana.

Materialele care au asigurat acest compromis si care sunt utilizate frecvent la confectionarea garniturilor de frecare sunt materiale compozite.

Odata cu introducerea discurilor de frana neventilate pentru o cat mai buna disipare a caldurii, s-au facut incercari si chiar s-au dat in exploatare garnituri de frecare speciale (fretate).

Acest tip de garnituri sunt formate dintr-o placa suport pe care sunt sudate sau lipite ,,ploturi" din materiale cu caracteristici de frecare foarte bune si care nu au efect distructiv asupra discului de frana .

Coeficientul de frecare dintre discul de frana si garnitura de frecare trebuie sa fie independent de viteza initiala de franare, de forta de apasare, de temperatura si de conditiile atmosferice.

Astfel conform fisei UIC 541-3 coeficientul de frecare dintre discul de frana si garnitura de frecare trebuie sa aiba valoarea de 0,35 in stare uscata iar in exploatare in celelalte stari (sina umeda, gheata, etc.) sa se mentina la inervalul 0,28..0,4

In tabelul 3 de mai jos se va prezenta tipul garniturilor de frecare pentru vehicule de mare viteza admise in trafic international conform fisei UIC 541-3:

Tabel 3

5.1.3.1. Principii de constructie si functionare la frana cu disc

Discurile de frana pot fi montate pe corpul osiei sau pe roata. Cele care se monteaza pe osie au discul de frana compus din doua parti: discul propriu-zis 1 (figura 8) care este plin sau sectionat in mai multe bucati, si butucul de otel Discul este prevazut la interior cu elemente de prindere de butuc iar partile laterale sunt pline si unite intre ele prin nervurile de racire radiale. Ansamblul disc-butuc se fixeaza pe osie prin presare la rece respectandu-se aceleasi reguli tehnologice aplicate la presarea rotilor pe osie.

La noile variante de discuri de frana nervurile de racire radiale au fost inlocuite prin nervurile rotunde sau ovale, randamentul ventilatiei putand fi redus la aproximativ o treime fara ca efectul de racire sa se inrautateasca.

   

Figura 16. Variante constructive ale    Figura 17. Disc de frana montat

discului de frana montat pe osie: pe roata: 1-roata; 2 -disc propriu

1-disc propriu-zis; 2 -butuc.    - zis.

Discurile de frana montate pe roata (figura 17) sunt de regula asamblate de corpul rotii prin suruburi. Discurile de frana propriu-zise nu sunt legate rigid intre ele si de aceea apar deformatii elastice si termice mari.

Puterea de franare a franei cu disc montata pe roata este de cca 20% mai redusa decat aceea a unui disc de frana montat pe osie.

O marime importanta pentru calculul franei cu disc este raza medie de frecare (figura 18, 19), in care, garniturile de frecare are suprafata , centrul de greutate in punctul , raza medie de frecare si punctual de aplicare al fortei caracterizat de raza . Adoptand un coeficient de frecare constant se poate deduce raza medie de frecare din ecuatia de moment:

= (3.16)

=    (3.17)

Pentru a obtine o uzura constanta a garniturii, trebuie ca punctul de aplicatie al fortei sa fie caracterizat de raza .Prin aceasta deplasare a punctului de aplicatie se evita viteze de alunecare radiale mari.

Figurile 18. Ansamblul franei cu Figura 19. Garnitura de frana.

disc montat pe osie: 1-disc de frana

montat pe osie; 2-cilindru de frana;

3-levier de frana; 4-port garnitura

de frecare; 5-bara de conexiune;

6- garnitura de frecare; 7-atarnator frana.

5.1.3.Timoneria franei cu disc

Timoneria franei cu disc este cu mult mai simpla decat cea a franei cu saboti. Aceasta simplificare rezulta din faptul ca fortele de apasare sunt relativ mai mici, iar axele triunghiulare nu mai sunt necesare.

In functie de numarul de discuri pe care le actioneaza cilindrul de frana se disting doua tipuri de timonerii:

-timonerie de frana care deserveste un singur disc de frana (figura20);

- timonerie de frana care deserveste doua discuri de frana (figura 21).

Raportul de amplificare al timoneriei franei care deserveste un singur disc de frana este dat de relatia:

= (3.17)

Raportul de amplificare al timoneriei de frana care deserveste doua discuri de frana este dat de relatia:

+= (3.18)

Figura 20. Timonerie de frana pentru un disc de frana

Figura 21. Timonerie de frana pentru doua discuri de frana