vrgupВестник Ростовского государственного университета путей сообщенияVestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya0201-727XРостовский государственный университет путей сообщения10.46973/0201-727X_2025_3_125vrgup-249Research ArticleПОДВИЖНОЙ СОСТАВ, БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯROLLING STOCK, TRAFFIC SAFETYРазработка математической модели динамики колодки тормозного устройства дисково-колодочного типа подвижного состава в процессе торможенияDevelopment of a mathematical model of shoe dynamics of the disc-shoe type braking device of the rolling stock during brakingПоляковП. А.PolyakovP. A.

Поляков Павел Александрович, кафедра «Механика и конструирование», доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой

Polyakov Pavel Alexandrovich, Chair “Mechanics and Design Engineering”, Doctor of Engineering Sciences, Associate Professor, Head of the Chair

polyakov.pavel88@mail.ruЯицковИ. А.YaitskovI. A.

Яицков Иван Анатольевич, кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство» доктор технических наук, профессор, декан электромеханического факультета

Yaitskov Ivan Anatolyevich, Chair “Cars and Car Facilities”, Doctor of Engineering Sciences, Professor, Dean of the Electromechanical Department

yia@rgups.ruКоржовС. Н.KorzhovS. N.

Коржов Сергей Николаевич, кафедра «Безопасность жизнедеятельности», аспирант

Korzhov Sergey Nikolaevich, Chair “Life Safety”, Postgraduate Student

ksn@engcenter.ruГалимоваГ. И.GalimovaG. I.

Галимова Гульназ Ильгизовна, кафедра «Механика и конструирование», старший преподаватель

Galimova Gulnaz Ilgizovna, Chair “Mechanics and Design Engineering”, Senior Lecturer

plosatik1208@mail.ruЗадаянчукН. А.ZadayanchukN. A.

Задаянчук Нина Александровна, кафедра «Информационные образовательные технологии», преподаватель

Zadayanchuk Nina Alexandrovna, Chair “Information and Educational Technologies”, Lecturer

nina-nuska@mail.ruНабережночелнинский институт Казанского федерального университета (НЧИ КФУ)Naberezhnye Chelny Institute of Kazan Federal University (NCI KFU)Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)Rostov State Transport University (RSTU)Кубанский государственный университет (КубГУ)Kuban State University (KubGU)20253009202503125137Copyright © Поляков П.А., Яицков И.А., Коржов С.Н., Галимова Г.И., Задаянчук Н.А., 20252025Поляков П.А., Яицков И.А., Коржов С.Н., Галимова Г.И., Задаянчук Н.А.Polyakov P.A., Yaitskov I.A., Korzhov S.N., Galimova G.I., Zadayanchuk N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.rgups.ru/jour/article/view/249

Тормозное оборудование имеет большое значение для обеспечения комплексной системы активной безопасности. Несмотря на многочисленные исследования в области тормозных устройств, в работе этого узла имеется множество проблем, которые могут отразиться на заданных эксплуатационных свойствах подвижного состава. Для оценки факторов, влияющих на кривую тормозного момента, была разработана математическая модель, учитывающая конструктивные, технологические параметры клещевого механизма как одного из основных элементов конструкции тормозного устройства. Решение системы уравнений сил и моментов позволило определить зависимости для расчета линейных и угловых перемещений колодки с учетом её инерционных характеристик, жесткостных и демпфирующих параметров. Для расчета инерционной нагрузки тормозной колодки как основной характеристики смещения колодки относительно рассчитанного положения центра давления в тангенциальном и радиальном направлениях были определены суммарные величины колебаний ускорений в продольном и поперечном направлениях колодки для её четырех краев. Согласно полученной диаграмме можно утверждать, что тормозная колодка в начале торможения смещается в направлении вращения диска и периферии тормозного диска, что приводит к кратковременному увеличению тормозного момента.

Braking equipment is the main provision of an integrated active safety system. Despite the abundance of work in the field of research on braking devices, this unit remains with numerous problems that can affect the specified operational properties of rolling stock. To assess the factors influencing the braking torque curve, a mathematical model was developed that takes into account the design and technological parameters of the caliper mechanism, as one of the main elements of the braking device design. The system of equations of forces and moments allowed us to determine the dependencies for calculating linear and angular displacements of the shoe, taking into account its inertial characteristics, stiffness and damping parameters. To calculate the inertial load of the brake pad SHOE, as the main characteristic of the shoe displacement of the pad relative to the calculated position of the center of pressure in the tangential and radial directions, the total values of acceleration fluctuations in the longitudinal and transverse directions of the shoe for its four edges were determined. According to the diagram obtained, it can be argued that the brake pad at the beginning of braking is displaced in the direction of rotation of the disc and the periphery of the brake disc, which leads to a short-term increase in braking torque.

торможениеугловые колебанияугловые ускоренияклещевой механизминерционная нагрузкатормозная колодкаbrakingangular oscillationangular accelerationcaliper mechanisminertial loadbrake shoeReferencesDynamic brake characteristics of disc brake during emergency braking of the kilometer-deep coal mine hoist / D. Wang, R. Wang, J. Zhang // Advances in Mechanical Engineering. – 2014. – Vol. 12 (5). – 23 p. – DOI 10.1177/1687814020918097.Dynamic brake characteristics of disc brake during emergency braking of the kilometer-deep coal mine hoist / D. Wang, R. Wang, J. Zhang // Advances in Mechanical Engineering. – 2014. – Vol. 12 (5). – 23 p. – DOI 10.1177/1687814020918097.Nonlinear dynamics modeling and analysis of disc brake squeal considering acting process of brake force / X. Liu, Y. Zhao, Y. Shan [et al.] // Journal of Vibroengineering. – Vol. 16, No. 4. – P. 1964–1976. – Jun. 2014.Nonlinear dynamics modeling and analysis of disc brake squeal considering acting process of brake force / X. Liu, Y. Zhao, Y. Shan [et al.] // Journal of Vibroengineering. – Vol. 16, No. 4. – P. 1964–1976. – Jun. 2014.Vehicle dynamics with brake hysteresis / B. Shyrokau, D. Wang, K. Augsburg [et al.] // J Automobile Engineering. – 2013. – Vol. 227 (2). – P. 139– 150 – DOI 10.1177/0954407012451961.Vehicle dynamics with brake hysteresis / B. Shyrokau, D. Wang, K. Augsburg [et al.] // J Automo-bile Engineering. – 2013. – Vol. 227 (2). – P. 139–150 – DOI 10.1177/0954407012451961.Effect of Vibration on Emergency Braking Tribological Behaviors of Brake Shoe of Deep Coal Mine Hoist / D. Wang, R. Wang, B. Wang [et al.] // Applied Sciences. – 2021. – Vol. 11 (14). – 23 р. – DOI 10.3390/app11146441.Effect of vibration on emergency braking tribological behaviors of brake shoe of deep coal mine hoist / D. Wang, R. Wang, B. Wang [et al.] // Applied Sciences. – 2021. – Vol. 11 (14). – 23 р. – DOI 10.3390/app11146441.Mickoski, H. Investigation of self-excited vibrations in tread brake unit for railway vehicles / H. Mickoski, I. Mickoski, F. Zdraveski // Journal of Vibroengineering. – Vol. 18, No. 6. – P. 3881–3890, Sep. 2016, DOI 10.21595/jve.2016.16914.Mickoski, H. Investigation of self-excited vibrations in tread brake unit for railway vehicles / H. Mickoski, I. Mickoski, F. Zdraveski // Journal of Vibroengineering. – Vol. 18, No. 6. – P. 3881– 3890, Sep. 2016, DOI 10.21595/jve.2016.16914.Investigation of Brake-judder through Caliper Vibrations due to the Effects of Friction Pad Properties, Disc Thickness Variation and Brake Torque Variation using a Dynamometer / A. Nikhil, K. Subramanian, W. Anand, M. P. Raajha // ARAI Journal of Mobility Technology. – 2022. – Vol. 2 (3). – P. 280–289. – DOI 10.37285/ajmt.2.3.6.Investigation of brake-judder through caliper vibrations due to the effects of friction pad properties, disc thickness variation and brake torque variation using a dynamometer / A. Nikhil, K. Subramanian, W. Anand, M. P. Raajha // ARAI Journal of Mobility Technology. – 2022. – Vol. 2 (3). – P. 280–289. – DOI 10.37285/ajmt.2.3.6.Pan, G. Impact Analysis of Brake Pad Backplate Structure and Friction Lining Material on DiscBrake Noise / G. Pan, L. Chen // Advances in Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 2018. – 9 p. – DOI 10.1155/2018/7093978.Pan, G. Impact analysis of brake pad backplate structure and friction lining material on disc-brake noise / G. Pan, L. Chen // Advances in Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 2018. – 9 p. – DOI 10.1155/2018/7093978.Поляков, П. А. Влияние амплитуд поперечных перемещений тормозных колодок на развиваемый дисково-колодочным тормозом тормозной момент / П. А. Поляков // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 3 (87). – С. 55–63. – DOI 10.46973/0201-727X_2022_3_55.Polyakov, P. A. The influence of the amplitudes of transverse movements of brake pads on the braking torque developed by the disc brake / P. A. Polyakov // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2022. – No. 3 (87). – P. 55–63. – DOI 10.46973/0201-727X_2022_3_55.Поляков, П. А. Влияние конструкции прижимающих механизмов тормоза дисковоколодочного типа на колебания, возникающие в контакте фрикционного узла / П. А. Поляков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2022. – № 5. – С. 408–420. – DOI 10.24412/2071-6168-2022-5-408-420.Polyakov, P. A. The influence of the design of the pressing mechanisms of the disc-shoe brake on the vibrations arising in the contact of the friction unit / P.A. Polyakov // News of the Tula state university. Technical sciences. – 2022. – No. 5. – P. 408–420. – DOI 10.24412/2071-6168-2022-5-408-420.Анализ неустановившихся процессов в тормозном устройстве дисково-колодочного типа при торможении / И. А. Яицков, П. А. Поляков, Е. С. Федотов [и др.] // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – 2024. – № 1 (93). – С. 248–260. – DOI 10.46973/0201-727X_2024_1_248.Analysis of unsteady processes in a disc-shoe type braking device during braking / I. A. Yaitskov, P. A. Polyakov, E. S. Fedotov [et al.] // Vestnik Rostovskogo Gosudarstvennogo Universiteta Putej Soobshcheniya. – 2024. – No. 1 (93). – P. 248–260. – DOI 10.46973/0201-727X_2024_1_248.Abdo, J. A. Vibration Response of a Disc Brake : Evaluation and Design / J. A. Abdo, G. A. Meinhardt // Int. J. of Applied Mechanics and Engineering, 2006. – Vol. 11, No. 3. – P. 467–479.Abdo, J. A. Vibration response of a disc brake : evaluation and design / J. A. Abdo, G. A. Meinhardt // Int. J. of Applied Mechanics and Engineering, 2006. – Vol. 11, No. 3. – P. 467–479.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.