7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor...

135
TEZĂ DE ABILITARE CERCETĂRI PRIVIND DETERMINAREA, CORELAREA ȘI OPTIMIZAREA PARAMETRILOR SISTEMELOR DE FRÂNARE ÎN VEDEREA EXPLOATĂRII INDUSTRIALE A VEHICULELOR FEROVIARE DE MARE VITEZĂ DOMENIUL: INGINERIE INDUSTRIALĂ Autor: Prof.univ.dr.ing. Liviu Sevastian BOCÎI Universitatea ”Aurel Vlaicu” din Arad 2019

Transcript of 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor...

Page 1: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

TEZĂ DE ABILITARE

CERCETĂRI PRIVIND DETERMINAREA,

CORELAREA ȘI OPTIMIZAREA

PARAMETRILOR SISTEMELOR DE FRÂNARE ÎN

VEDEREA EXPLOATĂRII INDUSTRIALE A

VEHICULELOR FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

DOMENIUL: INGINERIE INDUSTRIALĂ

Autor: Prof.univ.dr.ing. Liviu Sevastian BOCÎI

Universitatea ”Aurel Vlaicu” din Arad

2019

Page 2: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

1

CUPRINS

Rezumat ......................................................................................................................... 4

Abstract.......................................................................................................................... 7

PARTEA I: REALIZĂRILE ȘTIINȚIFICE ȘI PROFESIONALE ........................ 10

Capitolul 1: SINTEZA REZULTATELOR ȘTIINȚIFICE ȘI PROFESIONALE 10

1.1. Activitatea didactică............................................................................. 10

1.2. Activitatea de cercetare științifică........................................................ 12

1.3. Vizibilitatea și impactul activității desfășurate ................................... 16

Capitolul 2: SISTEME DE FRÂNARE UTILIZATE PE VEHICULELE

FEROVIARE DE MARE VITEZĂ ............................................................................ 20

2.1. Trenuri și rețele feroviare de mare viteză ........................................... 20

2.2. Principalele sisteme de frânare utilizate pe vehiculele feroviare de

mare viteză .................................................................................................... 24

2.2.1. Definirea unui sistem de frânare ............................................. 24

2.2.2. Funcțiile unui sistem de frânare .............................................. 24

2.2.3. Clasificarea sistemelor de frânare ........................................... 24

2.2.4.Condițiile impuse sistemelor de frânare ale vehiculelor

feroviare ........................................................................................... 26

2.2.5. Soluții constructive ale frânelor vehiculelor feroviare de

mare viteză........................................................................................... 26

2.2.6. Frâna cu saboți .......................................................................... 28

2.2.7. Frâna cu disc .............................................................................. 29

2.2.8. Frâna electromagnetică pe șină ............................................... 32

2.2.9. Sistemul de frânare la vagonul de călători AVA 200 ............. 33

2.3. Analiza comparativă a soluţiilor constructive de frâne aplicate la

vehiculelor feroviare de mare viteză ........................................................... 39

Page 3: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

2

Capitolul 3: CERCETĂRI PRIVIND PARAMETRII SISTEMELOR DE

FRÂNARE ALE VEHICULELOR FEROVIARE DE MARE VITEZĂ................ 46

3.1. Studiul aderenţei roată - șină în procesul de frânare ........................ 46

3.2.Determinarea experimentală a coeficientului de frecare dintre

elementele cuplelor de frecare ale frânei cu saboți și frânei cu disc ........ 51

3.2.1. Dispozitiv tensometric pentru determinarea coeficientului

de frecare dintre sabot şi roată .......................................................... 51

3.2.2. Cercetări experimentale privind capacitatea de frânare a

vehiculelor feroviare echipate cu frâna cu disc ................................ 56

3.3.Cercetări privind energia cinetică la frânarea de oprire a

vehiculelor feroviare de mare viteză .......................................................... 59

3.3.1. Noțiuni introductive .................................................................. 59

3.3.2. Calculul energiei disipate la frânarea de oprire cu ajutorul

frânei cu disc ........................................................................................ 61

3.4. Studiul teoretic al puterii de frânare în cazul frânării de oprire cu

ajutorul frânei cu disc ................................................................................. 66

3.5.Cercetări teoretice și experimentale privind temperatura

elementelor cuplelor de frecare ale frânelor vehiculelor feroviare de

mare viteză..................................................................................................... 70

3.5.1. Stabilirea ecuației căldurii (FOURIER) pentru frânarea de

oprire .................................................................................................... 71

3.5.2. Rezolvarea ecuației lui Fourier în cazul frânării de oprire.... 73

3.5.3. Variația temperaturii în timpul răcirii (t>tb).......................... 85

3.5.4. Repartiția căldurii pe sabot și pe suprafața de frecare a

roții ....................................................................................................... 88

3.5.5. Relații de calcul al temperaturii............................................... 89

3.5.6. Determinarea temperaturii suprafeței de frecare prin

metoda Hasselgruber........................................................................... 92

3.5.7. Analiza critică a metodei lui Hasselgruber.............................. 98

Page 4: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

3

3.5.8.Determinarea temperaturii suprafeţei de frecare a

elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc ............................... 99

3.5.9. Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor

cuplei de frecare disc de frână - garnitură de frecare cu

temperatura ......................................................................................... 99

3.5.10. Influenţa variaţiei cu temperatura a proprietăţilor fizice

ale materialelor elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc.... 105

3.5.11. Determinarea temperaturii medii a suprafeţei de frecare a

elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc .................................. 107

PARTEA A II A 121

Capitolul 4: PLAN DE DEZVOLTARE A CARIEREI PROFESIONALE

DIDACTICE ȘI DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ................................................... 121

4.1. Considerații generale ............................................................................ 121

4.2. Activitatea didactică .............................................................................. 122

4.3. Activitatea de cercetare științifică ........................................................ 123

PARTEA A III A:BIBLIOGRAFIE............................................................................ 125

III.1. Referințe bibliografice proprii............................................................ 125

III.2. Referințe bibliografice generale ........................................................ 128

Page 5: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

4

REZUMAT

Teza de abilitare: Cercetări privind determinarea, corelarea și optimizarea

parametrilor sistemelor de frânare în vederea exploatării industriale a vehiculelor

feroviare de mare viteză, prezintă principalele rezultate ale activității didactice și de cercetare

științifică ale autorului reflectând preocupările pentru cercetarea inter și multidisciplinară din

cei 30 de ani de carieră profesională și didactică.

În primul capitol: Sinteza rezultatelor științifice și profesionale, s-au prezentat cele

mai importante realizări obținute de autor în activitatea didactică și de cercetare științifică. Pe

parcursul activității didactice desfășurate ca titular în cadrul Universității ”Aurel Vlaicu” din

Arad, ca asociat în alte universități din țară (Universitatea din Petroșani, Universitatea din

Craiova) și ca profesor invitat în universități din străinătate (Instituto Tecnológico de

Estudios Superiores de Monterrey, Campus Ciudad de México, Departamentul de

Mecatronică, 1 august – 17 decembrie 2014, Universidad Politécnica de Puebla, México,

departamentele: Mecatronică și Autovehicule rutiere, 7 august – 23 decembrie 2015, și

Universidad de Zaragoza, Spania) am predat discipline atât de domeniu (Structura și

proprietățile metalelor; Știința materoalelor; Mecanică) cât și de specialitate (Frâne

automate; Tracțiunea trenurilor; Calculul și construcția structurilor portante ale vehiculelor

feroviare; Sisteme de transport; Vehicule feroviare cu motoare termice; Controlul și

asigurarea calității, în cadrul programelor de studii de licență și: Legislație, calitate și

standardizare în transporturi; Sisteme de frânare pentru vehicule feroviare de mare viteză;

Sisteme de calitate; Transport rutier; Sisteme de transport nerutiere pentru studenții

masteranzi precum și cursuri și conferințe pe următoarea tematică: Dinamica căii de rulare;

Dinamica materialului rulant; Interacţiunea vehicul-cale; Interacţiunea pantograf –

catenară. Problemática vântului în marea viteză feroviară în cadrul programului de doctorat:

Nuevas Tecnologías en Automoción).

Toată activitatea didactică am desfășurat-o abordând metode de predare - învățare –

evaluare moderne și ținând cont, în permanență, de principiile asigurării calității în educație.

În capitolul 2: Sisteme de frânare utilizate pe vehiculrle feroviare de mare viteză, se

prezintă rezultatele cercetărilor teoretice și experimentale asupra sistemelor de frânare

utilizate pe vehiculele feroviare de mare viteză în vederea măririi eficacității acestora la

utilizarea industrială a vehiculelor feroviare de mare viteză. Astfel, după o scurtă prezentare a

principalelor trenuri și rețele feroviare de mare viteză din lume. s-au analizat sistemele de

frânare precizându-se: definirea sistemelor de frânare, funcțiile și clasificarea acestora

precum și condițiile impuse sistemelor de frânare pentru vehiculele feroviare de mare viteză.

Principalele sisteme de frânare utilizate pe vehiculele feroviare de mare viteză sunt

sistemul mecanic (frâna cu saboți, frâna cu disc, frâna electromagnetică pe șină) și sistemul

electric (frâna reostatică, frâna recuperativă, frâna cu curenți Foucault). Dintre aceste frâne s-

au prezentat detaliat frânele care au dat rezultate foarte bune atât la încercări (pe stand sau în

Page 6: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

5

linie curentă), cât și în exploatare (frâna cu saboți, frâna cu disc, frâna electromagnetică pe

șină).

Analiza comparativă a soluțiilor constructive de frâne aplicate la vehiculele feroviare

de mare viteză s-a făcut, în cadrul tezei de abilitare, pe baza următorilor parametrii:

coeficientul de frecare dintre elementele cuplelor de frecare ale sistemelor de frânare ();

coeficientul de absorbție (εa) a energiei cinetice a vehiculului (); spațiul de frânare (Sf) și

decelerația la frânare (af). Principala concluzie care se desprind din această analiză este

obținerea unor caracteristici de frânare optime la frânarea de oprire a vehiculele feroviare

de mare viteză prin utilizarea simultană (comandă comună) sau combinarea frânelor

sistemelor mecanic (frâna cu disc, frâna electromagnetică pe șină) și electric (frâna

dinamică reostatică sau recuperativă).

Capitolul 3: Cercetări privind parametrii sistemelor de frânare ale vehiculelor

feroviare de mare viteză, cuprinde rezultatele cercetărilor teoretice și experimentale (pe stand

și în linie curentă) privind parametrii sistemelor de frânare pentru utilizarea industrială și

eficientă a vehiculelor feroviare de mare viteză. Principalii parametri analizați și calculați

teoretic și determinați experimental sunt: coeficientul de aderență roată-șină la frânare (fa),

coeficientul de frecare dintre elementele cuplei de frecare (), energia cinetică a vehiculului

feroviar la frânarea de oprire (Ecf), puterea medie de frânare (Pmf) și temperatura medie a

suprafețelor elementelor cuplei de frecare (Tm).

Existenţa aderenţei a permis realizarea deplasării prin contactul dintre suprafeţele de

rulare ale roţilor şi ciupercile şinelor (oţel pe oţel) atingându-se prin intermediul acestui

sistem recordul mondial actual de viteză de 574,8 km/h în data de 3 aprilie 2007 de trenul

(automotorul) V-150, pe unul din tronsoanele noii linii feroviare de mare viteză Paris –

Strasbourg. Pentru a scoate în evidență importanța pe care o are acest fenomen fizic –

aderența, în cadrul acestui capitol al tezei de abilitare s-au prezentat o sinteză a criteriilor de

definire a coeficientului de aderență (fa) precum și variațiile acestuia cu viteza pentru fiecare

dintre aceste criterii.

Pentru coeficientul de frecare dintre suprafețele elementelor cuplei de frecare pentru

două frâne ale sistemului mecanic de frânare: frâna cu saboți (utilizată ca frână de staționare

în cazul vehiculelor feroviare de mare viteză) și frâna cu disc (frână principală), în cadrul

tezei de abilitare s-au prezentat rezultatele cercetărilor experimentale efectuate de autor

utilizând dispozitive tensometrice în linie curentă. Astfel, cu ajutorul acestor dispozitive s-au

putut determina, în regim dinamic, atât forța de apăsare a saboților pe roți (frâna cu saboți) și

a garniturilor de frecare pe discul de frână. Valorile coeficientului de frecare obținute

experimental se încadrează în limitele impuse de UIC (Union Internayionale des Chemins de

Fer, International Union of Railways) prin fişa UIC 541-3 (μ = 0,28 ... 0,46).

Pentru alegerea unui anumit tip de frână este necesar să se cunoască energia cinetică

care trebuie disipată de către elementele cuplei de frecare și puterea la o frânare de oprire de

la viteze mari. Astfel, după stabilirea relațiilor de calcul ale energiei cinetice disipate și ale

puterii medii de frânare corespunzătoare acestei energii pentru frâna cu disc, s-a trecut la

calculul efectiv al acestor parametri considerându-se rama de mare viteză TGV – PSE,

echipată cu frână cu disc. Cu ajutorul valorilor obținute din calcul s-au reprezentat variațiile

cu viteza a acestor parametri pentru diferite durate ale frânării de oprire (tb).

Temperatura suprafeței elementelor cuplei de frecare ale unei frâne este unul dintre

criteriile importante de alegere și utilizare a acestei frâne pe vehiculele feroviare de mare

Page 7: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

6

viteză. În cadrul tezei de abilitare s-a acordat o importanță deosebită acestui parametru

precum și materialelor elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc (garnitura de frecare și

discul de frână). Astfel, după stabilirea și rezolvarea ecuației căldurii (Fourier) pentru cazul

frânării de oprire, s-a prezentat metoda de calcul a temperaturii medii a suprafeței elementelor

cuplei de frecare a lui Hasselgruber precum și o analiză critică a acestei metode. Valorile și

alura temperaturii obținute prin această metodă conduce la concluzia că Hasselgruber a

considerat unele dintre proprietăţile fizice ale materialelor elementelor cuplei de frecare

(densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante la variația temperaturii, fapt

care nu s-a confirmat prin cercetările experimentale ale autorului tezei de abilitare. Ţinând

seama de aceste constatări, autorul tezei de abilitare a completat metoda propusă de

Hasselgruber considerând variaţia cu temperatura a căldurii specifice cd, cg şi a conductivităţii

termice d şi g ale discurilor de frână (A și B) şi garniturilor de frecare (1 și 2) utilizate

pentru cercetare. Rezultatele obținute, atât teoretic cât și experimental, sunt prezentate în

cadrul tezei de abilitare sintetic (tabel cu valorile temperaturii) și grafic (variația temperaturii

cu durata frânării de oprire).

În Partea a II a (capitolul 4): Planul de dezvoltare a carierei profesionale didactice

și de cercetare științifică, se prezintă principalele direcții și obiective care vor constitui baza

pentru dezvoltarea carierei didactice și de cercetare științifică.

Partea a III a: Bibliografia, cuprinde lista reperelor bibliografice, grupate în proprii

și generale, utilizate pe parcursul cercetărilor efectuate și elaborării tezei de abilitare.

Page 8: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

7

A B S T R A C T

Habilitation Thesis: Researches on the determination, correlation and optimization

of the parameters of the braking systems for the industrial operation of the high-speed

railways vehicles presents the main results of the author's scientific and didactic activity,

reflecting the concerns for inter and multidisciplinary research of the 30 years of professional

and teaching career.

In the first chapter: The synthesis of scientific and professional results, the most

important achievements obtained by the author in the didactic activity and scientific research

were presented. During the teaching activity carried out as a holder at the "Aurel Vlaicu"

University of Arad, as an associate in other universities of the country (University of

Petroșani, University of Craiova) and as a guest professor in universities abroad

(Technological Institute of Higher Studies of Monterrey, Mexico City Campus, Department of

Mechatronics, August 1 - December 17, 2014; Polytechnic University of Puebla, Mexico,

Departments: Mechatronics and Road Vehicles, August 7 - December 23, 2015, and

University of Zaragoza, Spain), I have taught disciplines both in the field (Structure and

properties of metals; Materials science; Mechanics), as well as speciality (Automatic brakes;

Traction of trains; Calculation and construction of structures of load of railway vehicles;

Transport Systems; Railway vehicles with thermal engines; Quality control and assurance), in

license study programs and: Legislation, quality and standardization in transport; Braking

systems for high-speed railways vehicles; Quality systems; Road transport; Non-road

transport systems, for students master's degree, as well as courses and lectures on the

following topic: The dynamics of the rails; Dynamics of rolling stock; Vehicle - rail

interaction; Pantograph - catenary interaction; The problem of wind in high speed railways,

in the doctoral program: New Automotive Technologies.

All the didactic activity I carried out by approaching modern teaching - learning -

evaluation methods and taking into account, permanently, the principles of quality assurance

in education.

In the Chapter 2: Braking systems used in high-speed railways vehicles, the results of

theoretical and experimental research on braking systems used in high-speed railways

vehicles to increase their efficiency in the industrial use of rail vehicles are presented. Thus,

after a brief presentation of the main trains and high-speed railways networks in the world, the

braking systems were analyzed, specifying: the definition of the braking systems, their

functions and classification, as well as the conditions imposed on the braking systems for

high-speed railways vehicles.

The main braking systems used in high-speed railways vehicles are the mechanical

system (shoe brake, disc brake, electromagnetic track brake) and the electrical system

(rheostatic brake, recuperative brake, Foucault currents brake). Among these brakes were

presented in detail the brakes that gave very good results both in tests (on the stand or on the

current line) and in operation (shoe brake, disc brake, electromagnetic brake on the rail).

Page 9: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

8

The comparative analysis of the construction solutions of the brakes applied to high-

speed rail vehicles was carried out, within the habilitation thesis, on the basis of the following

parameters: the coefficient of friction between the elements of friction braking systems of

braking systems (μ); the absorption coefficient of the kinetic energy of the vehicle (εa);

braking space (Sf) and deceleration when braking (af). The main conclusion to be drawn from

this analysis is to obtain optimal braking characteristics when stopping high-speed railways

vehicles by using simultaneous (common command) or by combining the brakes of

mechanical systems (disc brake, electromagnetic rail brake) and electric (rheostatic electric

brake or recuperative electric brake).

Chapter 3: Research on the parameters of the braking systems of high-speed railways

vehicles, includes the results of theoretical and experimental research (on stand and on the

running line) with respect to the parameters of the braking systems for the industrial and

efficient use of high-speed rail vehicles. The main parameters analyzed and calculated

theoretically and experimentally are: the wheel-rail adhesion coefficient in braking (fa), the

coefficient of friction between the elements of the friction couple (μ), the kinetic energy of the

rail vehicle at the stop of braking (Ecf), the average braking power (Pmf) and the average

temperature of the friction element surfaces (Tm).

The existence of the adherence allowed movement through the contact between the

rolling surfaces of the wheels and the superior parts of the rails (steel on steel), reaching

through this system the current world speed record of 574.8 km/h the April 3, 2007 by train

V-150, in one of the sections of the new high-speed train line Paris - Strasbourg. To

highlight the importance of this physical phenomenon: adherence, within this thesis chapter of

habilitation, a summary of the criteria which define the coefficient of adhesion (fa) was

presented, as well as its variations with the speed for each one.

In order to refer to the friction coefficient between the surfaces of the friction elements

of two brakes of the mechanical braking system: the brake shoe (used as a parking brake for

high-speed railways vehicles) and the disc brake (main brake), inside of the habilitation

thesis, the results of the experimental research carried out by the author using tensometric

devices in the current line were presented. Therefore, with the help of these devices, it was

possible to determine, dynamically, both the force of pressing the wheels of the shoe (brake

shoe) and the friction pads on the brake disc. The friction coefficient values obtained

experimentally fall within the limits imposed by the UIC (International Union of Railways)

through the UIC 541-3 sheet (μ = 0.28 ... 0.46).

In order to choose a certain type of brake, it is necessary to know the kinetic energy

that must be dissipated by the elements of the frictional coupling and the power at a braking

stop at high speeds. Thus, after establishing the calculation relationships of the kinetic energy

dissipated and the average braking power corresponding to this energy for the disc brake, it

was proceeded to the effective calculation of these parameters considering the high speed

frame TGV - PSE, equipped with disc brake. Using the values obtained from the calculation,

the velocity variations of these parameters were represented for different stopping braking

times (tb).

The surface temperature of the friction coupling elements of a brake is one of the

important criteria for choosing and using this brake on high-speed rail vehicles. Within the

habilitation thesis, this parameter as well as the materials of the elements of the brake disc of

Page 10: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

9

the disc brake (friction pad and the brake disc) were given special importance. Thus, after

establishing and solving the heat equation (Fourier) for the case of stopping braking, the

method of calculating the average surface temperature of the elements of the Hasselgruber

friction couple as well as a critical analysis of this method was presented. The values and the

allure of the temperature obtained by this method leads to the conclusion that Hasselgruber

considered some of the physical properties of the materials of the frictional elements (density,

specific heat, thermal conductivity) constant with temperature variation, which was not

confirmed by the experimental research of the author of the thesis. In view of these findings,

the author of the habilitation thesis completed the method proposed by Hasselgruber

considering the temperature variation of the specific heat cd, cg and the thermal conductivity

λd and λg of the brake discs (A and B) and the friction linings (1 and 2) used for research. The

results obtained, both theoretically and experimentally, are presented synthetically (table with

temperature values) and graphically (temperature variation with stopping braking duration)

within the thesis.

In Part II (chapter 4): The plan of the professional teaching and scientific research

career development , presents the main directions and objectives that will be the basis for the

development of the teaching and scientific research career.

Part III: The bibliography includes the list of bibliographic landmarks, grouped into

the author's and general, used during the Researches and the elaboration of the habilitation

thesis.

Page 11: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

10

PARTEA I

REALIZĂRILE ȘTIINȚIFICE ȘI PROFESIONALE

CAPITOLUL 1

SINTEZA REZULTATELOR ȘTIINȚIFICE ȘI PROFESIONALE

1.1.ACTIVITATEA DIDACTICĂ

Începând cu anul 1990 mi-am desfășurat activitatea didactică cu studenţii Facultății de

Inginerie din cadrul Universității ”Aurel Vlaicu” din Arad, atât de la programe de studii de

licență cât şi de la masterat ţinând seama de principiile asigurării calităţii în educaţie,

urmărind permanent ca aceasta să fie ghidată de următoarele criterii:

Adaptarea fișelor disciplinelor predate, la toate formele de învăţământ (formare

iniţială, master, etc.), la strategia de dezvoltare a facultăţii, în scopul asigurării unei

reale mobilităţi a studenţilor (ECTS) şi unei solide pregătiri profesionale a

absolvenţilor;

Utilizarea unor metodologii de predare moderne, utilizând instrumentele TIC şi

software adecvat (de exemplu PowerPoint, Prezi, etc.), astfel încât cursurile să fie

atractive şi să se poată dezvolta un dialog permanent cu studenţii pe parcursul

acestora;

Corelarea permanentă a conţinutului disciplinelor predate cu celelalte discipline din

planurile de învăţământ ale programelor de studii, în scopul asigurării unei continuităţi

a transferului de informaţii către studenţi;

Utilizarea unor metodologii de evaluare a cunoştiinţelor studenţilor (referate,

chestionare, itemi, etc.), urmărind astfel testarea capacităţii de înţelegere a studenţilor

şi nu capacitatea de memorare. Pe lângă evaluarea cunoştinţelor de specialitate se

urmăreşte astfel logica limbajului, distributivitatea atenţiei studentului, etc.;

Dezvoltarea de laboratoare și implementarea unor noi lucrări practice prin utilizarea IT

atât pe parcursul desfăşurării lucrărilor (pornirea şi reglarea regimului de funcţionare a

unor agregate şi aparate prin intermediul computerului), cât şi la prelucrarea şi

interpretarea rezultatelor obţinute (prin intermediul unei interfeţe analogic-digital,

stocarea într-o bază de date şi prelucrarea rezultatelor printr-un software specializat).

Principalele aspecte (programe de studii, discipline) ale activității didactice desfășurate

la programele de studii ale Facultății de Inginerie, Universitatea ”Aurel Vlaicu” din Arad, ca

titular, și la programe ale unor universități din țară și străinătate, ca profesor asociat sau

profesor invitat, sunt următoarele:

Page 12: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

11

În cadrul programelor de studii de licență: Tricotaje, Confecții Textile și Filatură

Țesătorie, am susținut cursul și lucrările de laborator la disciplina: Structura și

proprietățile metalelor;

La programul de studii de licență: Vehicule pentru transport feroviar am susținut

cursul la următoarele discipline: Frâne automate (inclusiv laborator); Calculul și

construcția structurilor portante ale vehiculelor feriviare (inclusiv laborator);

Tracțiunea trenurilor; Vehicule feroviare cu motoare termice (inclusiv laborator);

Fabricarea și încercarea materialului rulant;

Activitatea didactică pentru programele de studii de licență: Tehnologia construcțiilor

de mașini și Ingineria sudării la disciplina Controlul și asigurarea calității (curs și

lucrări de laborator);

La programul de studii de licență: Autovehicule rutiere îmi desfășor activitatea

didactică la disciplinele: Sisteme de transport (curs și laborator);); Transporturi

intermodale; Sisteme de propulsie neconvenționale (curs și laborator);

Activitatea didactică la programul de studii de masterat: Automatizări și sisteme

inteligente la disciplina: Sisteme de calitate;

Profesor asociat la programul de studii de masterat: Ingineria transporturilor din

cadrul Facultății de Inginerie Mecanică și Electrică, Universitatea din Petroșani, la

disciplina: Transport rutier;

Activitatea didactică ca profesor asociat la programul de studii de masterat:

Optimizarea sistemelor de transport din cadrul Facultății de Mecanică, Universitatea

din Craiova, la disciplina: Sisteme de transport nerutiere;

Profesor invitat în programul de doctorat: Nuevas Tecnologías en Automoción,

Departamento: Ingeniería Mecánica (5004), Centro: Escuela Universitaria de

Ingeniería Técnica Industrial (126), Universidad de Zaragoza, Spania, în perioada:

februarie – iunie, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, locul desfășurării:: Edificio

Betancourt (Campus Río Ebro). Temario (Tematica): Dinamica căii de rulare;

Dinamica materialului rulant; Interacţiunea vehicul-cale; Interacţiunea pantograf –

catenară. Problemática vântului în marea viteză feroviară;

Profesor invitat al Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey,

Campus Ciudad de México, Departamentul de Mecatronică (1 august – 17

decembrie 2014), în cadrul căruia am susținut activitate didactică de predare la

disciplinele: Dinámica, Tecnologías de Manufactura, Dinámica de Vehículos;

Profesor invitat al Universidad Politécnica de Puebla, México, departamentele:

Mecatronică și Autovehicule rutiere (7 august – 23 decembrie 2015), în cadrul

cărora am susținut activitate didactică de predare la disciplinele: Dinámica, Sstemas

de calidad, Sistemas automotrices.

Page 13: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

12

1.2. ACTIVITATEA DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ

Activitatea de cercetare desfăşurată este reflectată în cărţi publicate, lucrări ştiinţifice,

cursuri şi îndrumare de laborator elaborate, cuprinse în lista lucrărilor ştiinţifice prezentată

în acest dosar, axându-se în principal pe următoarele direcţii:

proiectarea sistemelor de frânare pentru vehicule feroviare motoare şi remorcate;

sisteme de tracţiune pentru vehicule feroviare şi urbane;

sisteme de frânare pentru vehicule feroviare de mare viteză;

construcţia şi calculul structurilor portante ale vehiculelor feroviare şi în special ale

vehiculelor feroviare de mare viteză;

comportarea elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc la frânările de oprire de la

viteze elevate;

studiul şi experimentarea materialelor utilizate pentru fabricarea elementelor cuplei de

frecare a frânei cu disc (garnitura de frecare şi discul de frână);

proiectarea şi realizarea efectivă a dispozitivelor tensometrice pentru determinarea

coeficientului de frecare dintre elementele cuplei de frecare a frânei cu saboţi;

modernizarea instalaţiei pneumatice de frânare la metrou;

metode de diagnoză ale vagoanelor de călători în vederea creşterii siguranţei

transportului feroviar;

marea viteză feroviară;

dezvoltarea unor sisteme performante de monitorizare şi control al elementelor de

rulare pentru îmbunătăţirea mentenanţei şi siguranţei transportului feroviar.

Rezultatele activității de cercetare științifică desfăşurată până în prezent s-au

materializat prin: 8 cărţi, din care 3 cărţi după obţinerea titlului didactic de profesor, din care

la 2 sunt prim sau singur autor (3 cărţi ca profesor), 3 cursuri şi îndrumare de laborator, 94

lucrări științifice publicate în reviste de specialitate și în volumele unor manifestări științifice

(50 articole în reviste de specialitate și 44 în volumele unor manifestări științifice din țară și

din străinătate din care 12 articole indexate în reviste ISI Thomson Reuters), 14 proiecte de

cercetare (granturi obținute prin competiții naționale și internaționale), 39 conferințe susținute

ca profesor invitat la instituții din țară (CCIA) și din străinătate (universități din Spania,

Mexic și Columbia).

Dintre cărţile publicate menţionez:

Vehicule feroviare cu motoare termice, Editura Mirton Timişoara, ISBN 973-585-207-

1, 321 pagini, 2000, republicată la cererea CNCFR SA în anul 2002 la Editura ASAB

Bucureşti, ISBN 973-85247-8-4, care reprezintă o actualizare şi în acelaşi timp o

completare a literaturii de specialitate din domeniu aducând elemente de noutate în

ceea ce priveşte transmisia electrică în curent alternativ-curent alternativ, comanda şi

frânarea vehiculelor feroviare cu motoare termice. De asemenea a constituit și

constituie un reper (referință) bibliografic atât pentru studenții de la programul de

studii: Vehicule pentru Transportul Feroviar, cât şi a personalului tehnic de

specialitate (de coordonare şi conducere operativă) din depourile CNCFR din ţară;

Page 14: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

13

High Speed Railway Vehicles (Traction and Braking Systems), Theoretical, Practical

and Social Aspects, Editura Mirton Timişoara, ISBN: 973-661-131-0, 196 pag., 2003,

editată și publicată ca rezultat al proiectului educațional (program intensiv Erasmus):

Vehicule feroviare de mare viteză (High Speed Railway Vehicles) pe care l-am

coordonat pe durata celor trei etape de desfășurare 2000 – 2003, având ca parteneri:

Universidad del Pais Vasco / EHU Bilbao, Spania; Universita degli Studi di Napoli

Federico II, Italia; Politecnico di Torino, Italia; Politecnico di Milano, Italia;

Universidad de Zaragoza, Spania.

Sisteme de frânare pentru vehicule feroviare şi urbane, Ediţia a II a, Editura Mirton

Timişoara, ISBN: 973-661-504-9, 2006, care a stat la baza pregătirii studenţilor la

disciplinele programelor de studii: Vehicule pentru transportul feroviar, Ingineria

transporturilor (licență), Sisteme avansate de modernizare a vehiculelor feroviare

(master). În această lucrare, structurată pe cinci capitole si dezvoltată pe 334 pagini, se

prezintă toate tipurile de frâne ale sistemelor de frânare (frâna cu saboţi, frâna cu disc,

frâna pneumatică, frâna electropneumatică, frâna electromagnetică pe şină, frâna cu

curenţi Foucault, frâna electrică reostatică şi recuperativă, etc.) utilizate la ora actuală

pe vehiculele feroviare clasice și de mare viteză;

Metodología de autoaprendizaje y autoevaluación en el área de estudio: Ingeniería

ferroviaria, Editura Mirton Timişoara, ISBN: 978-973-52-0705-2, 246 pag., elaborată

în colaborare cu colegul Prof.univ.dr. Nicanor Ursua Lezaun de la Universidad del

Pais Vasco/Eusko Herriko Unibertsitatea Bilbao, Spania, care conține elementele unei

metodologii moderne de evaluare a studenților utilizând itemi.

Dintre proiectele de cercetare de excelenţă (CEEX) coordonate şi la care am participat

efectiv ca membru în colectivul de cercetare menționez următoarele

1. Studiul, cercetarea şi elaborarea calculelor de rezistenţă cu elemente finite, după un

program Algor, la carcasa vagonului de călători AVA 200, contract de cercetare nr.

58/28.11.2003, beneficiar SC ASTRA Vagoane Călători SA Arad (membru);

2. Troleibuz pentru transportul urban de călători “SOLO cu chopper” cu recuperare de

energie la frânare şi cu asigurarea condiţiilor de transport de persoane cu handicap

major conform directivelor CE 85/2001, pentru asigurarea compatibilităţii cu

sistemul european, Proiect AMTRANS (2004-2006), parteneri: ICPE Bucureşti, ICPE

SAERP Bucureşti, SC ASTRA BUS Arad (membru);

3. Cercetări privind dezvoltarea unor sisteme performante de monitorizare şi control al

elementelor de rulare pentru îmbunătăţirea mentenanţei şi siguranţei transportului

feroviar (MASPROF), proiect CEEX – INFOSOC (PC-D03-PT20-1080), parteneri:

INCDMF Bucureşti, SC ASTRA Vagoane Călători SA Arad, SC AEROFINA SA

Bucureşti, 2005-2008(membru);

4. Cercetări privind metode de diagnoză ale vagoanelor de călători în vederea creşterii

siguranţei şi securităţii în transportul pe calea ferată (DIAGNOZĂ), proiect CEEX –

AMTRANS (PC-D07-PT20-1077), parteneri: INCDMF Bucureşti, SC ASTRA

Vagoane Călători SA Arad, SC AEROFINA SA Bucureşti, 2005-2008, (director de

proiect). Proiectul se încadrează în ariile tematice „Siguranță și securitate în

transport” precum şi „Mobilitate: sisteme de transport şi vehicule inteligente;

Page 15: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

14

transportul sigur, confortabil şi eficient al persoanelor şi bunurilor”. Alinierile la

normele şi standardele europene, impun ca la vagoanele de călători ale C.N.C.F.R să

existe un sistem informatizat de diagnoză a echipamentelor cu care sunt dotate

vagoanele, pentru a creşte siguranţa şi securitatea transporturilor de călători pe calea

ferată. Rezultatul proiectului, utilizat actualmente pe vagonul AVA 200 (fabricat la

SC Astra Vagoane Călători SA Arad), este un sistem de diagnoză cu următoarele

funcţii: controlul uşilor şi monitorizarea situaţiei uşilor; unitatea de comandă a

instalaţiei de climatizare; detectarea descărcării bateriilor de acumulatoare; sistemul

de comandă al instalaţiei de iluminat; sistemul de iluminat; sistemul de aer

condiţionat; instalaţia de sonorizare; sistemul de alimentare al vagonului prin

intermediul sursei statice; dispozitivul antipatinaj comandat electronic; echipamentul

sanitar şi sistemele de toalete; sistemul de codificare al vagonului; sistemul de

înregistrare şi afişare a poziţiei vagonului din garnitura de tren; temperatura la cutia

de osie; instalaţia de frână pneumatică, electromagnetică; memorarea defectelor

apărute cu specificarea timpului de apariţie a acestora.

5. Cercetări privind implementarea unui sistem ecologic etanş, vacuumatic de toalete

pentru vagoanele de călători în transportul pe calea ferată (ECO-TOALETA), proiect

CEEX – AMTRANS (PC-D07-PT20-1078), parteneri: INCDMF Bucureşti, SC

ASTRA Vagoane Călători SA Arad, SC AEROFINA SA Bucureşti, 2005-2008

(membru). Proiectul se încadrează în aria tematică „Ecologizarea transportului de

suprafata”. Noutatea proiectului constă în realizarea unui sistem automatizat de toalete

pe vagoanele de călători care să asigure, pe lângă protecţia mediului şi confortul

călătorilor, o întreţinere uşoară şi posibilitatea controlului şi monitorizării operaţiilor

de transfer a dejecţiilor în rezervorul de retenţie.

6. Impactul social economic şi ecologic al racordării României la reţeaua paneuropeană

de transport (IMPACT), proiect CEEX (modulul II), 2006-2008, parteneri: ICPE

Bucureşti, SC ASTRA BUS Arad (membru). Proiectul se încadrează în aria tematică:

Transportul de suprafaţă, domeniul „Ecologizarea transportului de suprafata”. Prin

proiect ne-am propus prezentarea impactului socio-economic şi ecologic al racordării

României la coridoarele paneuropene de transport plecând de la o analiză a stadiului

actual al sistemelor de transport din România și elaborarea unor direcţii de cercetare

comune în vederea rezolvării problemelor existente în cadrul sistemelor de transport

europene (interoperabilitate, intermodalitate, accesul persoanelor cu disabilităţi fizice

în mijloacele de transport, nivelul de confort vibratoriu şi acustic în mediile de

transport, etc.).

7. Troleibuz acţionat cu invertor trifazat și motor de curent alternativ, cu podea

coborâtă, conform normelor Uniunii Europene (TAITMA-NE), proiect CEEX

(modulul I – Dezvoltare produs-sistem), 2007-2010, parteneri: Societatea de Acționări

Echipamente și Redresoare de Putere București; Institutul de Cercetări și Proiectări în

Electrotehnică București; Fundația Academia Comercială Satu Mare; Comitetul

Electrotehnic Român; SC Astrabus SRL Arad, (membru). Gradul de noutate constă în

faptul că acest tip de vehicul nu mai există în România iar realizarea soluțiilor de

proiectare și execuție vor necesita elaborarea unor teorii noi. Se va trece la proiectare

și realizarea unui vehicul de transport în comun cu podea joasă, cu posibilitate de

Page 16: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

15

înclinare în stații și cu asigurarea condițiilor de transport de persoane cu handicap

major conform directivelor CE 85/2001, pentru asigurarea compatibilității cu sistemul

european. De asemenea, se va asimila echipamentul de acționare cu invertor trifazat și

motor asincron, cu optimizarea tehnico-economică a filtrului trifazat introdus la ieșirea

invertorului și optimizarea rotorului utilizând bare în colivie de formă specială și

izolație rezistentă la solicitarea de du/dt dată de forma tensiunii de ieșire din filtru.

Comanda întregului vehicul este realizată prin microprocesoare locale și conectate

prin linie CAN la un calculator central. Întreținerea în exploatare se realizează printr-o

instalație de diagnoză cuplată la calculatorul central. Aceasta permite accesul la toate

semnalele de intrare sau ieșire, parametrizarea lor după necesități precum și pilotarea

semnalelor de intrare și ieșire. În acest fel instalația permite depistarea tuturor

defectelor apărute atât la soft cât și la hard.

Rezultatul final al proiectului este un troleibuz performant cu facilități pentru

persoane cu disabilități, realizarea acestuia presupunând următoarele activități:

amplasarea motorului de tracțiune în locul motorului diesel și refacerea structurii

de rezistență a vehiculului;

asigurarea unei optimizări a performanțelor tehnico-economice ale echipamentului

de acționare cu invertor trifazat astfel încât construcția rotorului și izolația folosită

pentru barele din rotor și stator împreună cu filtrul de ieșire trifazat din invertor să

asigure o fiabilitate ridicată a motoarelor asincron și sincron la un preț acceptabil;

amplasarea tuturor agregatelor de forță pe acoperiș și determinarea centrului de

greutate printr-un studiu, astfel încât repartiția greutăților pe cele două axe să fie

în conformitate cu normele RAR;

realizarea unei trepte electrice de izolație suplimentară pentru toate

echipamentele, în vederea protecției împotriva atingerilor accidentale la masă

(asigurând astfel siguranța și securitatea pasagerilor);

folosirea unui calculator central și altele periferice pentru a prelua toate comenzile

instalațiilor vehiculului (repartizate în diferite zone pentru a deservi toate

instalațiile);

transmiterea semnalelor de la calculatoarele periferice la calculatorul central prin

linie CAN:

menținerea unei înălțimi constante prin reglarea automată a presiunii aerului din

suspensia pneumatică;

realizarea unei frânări de bază cu recuperarea energiei progresive în funcție de

încărcătură;

înclinarea automată a vehiculului în stații și posibilitatea transportului pasagerilor

cu disabilități fizice;

deschiderea și închiderea automată a ușilor la cererea pasagerilor;

înregistrarea tuturor informațiilor și transmiterea acestora către depou în timpul

mersului (inclusiv prin imagini captate prin camere de luat vederi plasate în

vehicul);

urmărirea de către conducătorul vehiculului a captatoarelor de curent în timpul

mersului prin imagini redate pe monitorul din bord, și urmărirea pasagerilor în

Page 17: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

16

stații la urcare și coborâre atât pe timp de zi cât și pe timp de noapte (prin imagini

filmate în infraroșu);

exploatarea și întreținerea vehiculului pe baza datelor furnizate automat prin Wlan

la fiecare intrare în depou și pe baza software-ului pentru verificările statistice.

Rezultatul semnificativ final este realizarea acestor vehicule în țară cu ajutorul

unor importuri de completare, pe baza unor colaborări cu unități de cercetare

performante din Europa pentru unele componente care necesită fiabilitate foarte

ridicată. De altfel, pentru construcția invertorului trifazat, a sursei statice pentru

serviciile auxiliare de pe troleibuz și a blocului de comandă, reglare și diagnoză

importul din Uniunea Europeană este aproape total.

8. Sistem avansat de tracţiune electrică cu invertoare de frecvenţă şi motoare de curent

alternativ pentru troleibuze (INOVARE), proiect CEEX (modulul I – Dezvoltare

produs-sistem), 2007-2010, parteneri: SC ASTRA BUS Arad, ICPE Bucureşti,

SAERP Bucureşti, director de proiect.

Unele aplicațiile dezvoltate în cadrul acestor proiecte de cercetare de excelenţă sunt

utilizate ca materiale didactice.

De asemenea, am fost cooptat de către colegii spanioli de la Universidad del Pais

Vasco/Eusko Herriko Unibertsitatea Bilbao în colectivul de cercetare a două proiecte de

cercetare internaționale, și anume:

1. La naturalización de la filosofía: Una reflexión metafilosófica en el contexto de la

cultura contemporánea (EHU09-03), proyecto de investigación, entidad financiadora:

Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea Bilbao, España;

investigador principal: José Ignacio Galparsoro (UPV-EHU); duración: 03.12.2009 –

03.12.2011, miembro en el equipo de investigación.

2. La sostenibilidad como paradigma post-kuhniano: Sistemas de distribución del

conocimiento, responsabilidad social y ética del cambio climático, proyecto de

investigación, entidad financiadora: Cátedra UNESCO de desarrollo sostenible y

educación ambiental de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea

Bilbao y Gobierno Vasco; investigador principal: Ignacio Ayestarán (UPV-EHU);

duración: 05.03.2009 – 04.03.2011, miembro en el equipo de investigación.

1.3. VIZIBILITATEA ȘI IMPACTUL ACTIVITĂȚII DESFĂȘURATE

Recunoaşterea naţională şi internaţională a activităţii didactice și de cercetare

științifică este atestată prin:

Participarea ca membru în comisiile de concurs pentru ocuparea posturilor didactice de

conferenţiar universitar şi profesor universitar atât la Universitatea ”Aurel Vlaicu”

din Arad cât şi la alte universităţi din ţară (Universitatea din Petroşani, etc.);

Desemnarea ca expert evaluator CNCS la Comisia 2 (Ştiinţe Inginereşti), iar din anul

2004 ca expert CEEX, desfăşurând, de atunci, o activitate fructuoasă de evaluare a

granturilor CNCS, CEEX, propuse de către instituţiile de învăţământ superior şi de

institutele de cercetare din ţară;

Desemnarea ca expert evaluator ARACIS la Comisia 2 (Ştiinţe Inginereşti), din anul

2007, desfăşurând, de atunci, activitatea de evaluare a programelor de studii propuse

Page 18: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

17

de către universități (Inginerie economică în domeniul mecanic, Universitatea

”Transilvania” din Braşov, februarie 2007; Design Industrial (în limba engleză),

Universitatea ”Transilvania” din Braşov, aprilie 2008; Ingineria și managementul

resurselor tehnologice în construcții, Universitatea Tehnica de Constructii din

Bucuresti, 11-12.10.2010);

Desemnarea ca ETS (expert pe termen scurt) în cadrul proiectului DOCIS

(Dezvoltarea unui sistem operațional al calificărilor din învățământul superior din

România), pentru elaborarea și descrierea calificării date de programul de studii:

Vehicule pentru Transportul Feroviar;

Desemnarea ca Expert metodologic extern ANC în cadrul proiectului IMI PQ Net

România (Sistemul de Informare al Pieței Interne), domeniul TRANSPORTURI. În

cadrul acestui proiect am elaborat ghiduri de certificare și recunoaștere (limba

română și limba engleză) pentru următoarele profesii: controlor de trafic aerian

dirijare (iulie 2013, 110 pagini); mecanic de locomotivă (iulie 2013, 107 pagini);

motorist și marinar (iulie 2013, 120 pagini); ofițer mecanic (iulie 2013, 100 pagini).

De asemenea am elaborat analize comparative a proceselor de certificare a

competențelor și de recunoaștere a calificărilor în Spania (martie 2013, 128 pagini)

și în Portugalia (februarie 2014, 91 de pagini);

Desemnarea ca ETS (expert pe termen scurt) în cadrul proiectului DECIS

(Dezvoltarea capacității de implementare a sistemului de calificări din învățământul

superior), pentru programul de studii: Vehicule pentru Transportul Feroviar;

Începând cu anul universitar 2003-2004 am fost profesor invitat în programul de

doctorat: Nuevas Tecnologías en Automoción, Departamento: Ingeniería Mecánica

(codigo 5004), Centro: Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial (126),

Universidad de Zaragoza, perioada: februarie – iunie, 2004, 2005, 2006, 2007,2008,

2009, locul: Edificio Betancourt (Campus Río Ebro), Tematica: Sisteme de tracţiune

pentru vehicule feroviare de mare viteză; Sisteme de frânare pentru vehicule feroviare

de mare viteză; Dinamica căii de rulare; Dinamica materialului rulant; Interacţiunea

vehicul-cale; Interacţiunea pantograf – catenară. Problematica vântului în marea

viteză feroviară, etc.

Profesor invitat al Escuela Tecnica Superior de Ingenieros Industriales y de

Telecomunicación din Bilbao, Escuela Tecnica Superior de Ingenieros Industriales din

San Sebastian, Universidad de Zaragoza, Spania, Camera de Comerţ Industrie şi

Agricultură din Arad, să susţin conferinţe pe tema vehiculelor feroviare de mare

viteză, contribuind astfel, la ridicarea prestigiului învăţământului superior din

România;

Citarea lucrărilor științifice reprezentative de către specialiști din domeniu, din țară și

străinătate;

Co-chairman (vicepreşedinte) al secţiunii Electrotehnică, domeniul Inginerie

Electrică (Electrical Engineering), Simpozionul Internaţional ”Universitaria ROPET

2002”, 17-19 octombrie 2002, Petroşani;

Page 19: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

18

Chairman al secţiunii Mașini și echipamente tehnologice, domeniul Inginerie

Mecanică (Mechanical Engineering), Simpozionul Internaţional ”Universitaria

ROPET 2004”, 15 octombrie 2004, Petroşani;

Membru: Consiliul de Administraţie al SC CET SA Arad, 2004-2006;

Membru: The International honorary committee, International Multidisciplinary

Conference, North University of Baia Mare, Romania, may 17-18, 2007;

Membru: The International scientific committee, Scientific symposium „Transport

and Logistics – Post- E.U. Integration Development”, Timişoara, 2-3 November 2007;

Membru: The International scientific committee, Scientific symposium „Transport

and Logistics – Post- E.U. Integration Development”, Timişoara,16-17 October 2008;

Membru: The International scientific committee, Second International Congress

Automotive, Safety and Environment (SMAT 2008), Craiova, 23-25 October 2008;

Membru: Scientific Board al Buletinului Științific al Universității Politehnica din

Timișoara, Seria: Științe Economice și Socio-Umane, ISSN: 1583-7475,

http://www.mpt.upt.ro/pag/411.html;

Membru: Editorial Board al revistelor: International Journal of Engineering &

Sciences Researchers Promotion Group (http://www.ijens.org); International Journal

of Excellence Innovation and Development (http://www.ijeid.com/pages/Editorial-

board.html); International journal of scientific research in information systems and

engineering (IJSRISE) (http://www.ijsrise.com/index.php/IJSRISE); Journal of

Mechanical Engineering (http://www.scirea.org/journal/Mechanical); Journal of

Mechanics&Industry Research și Journal of Electrical and Power Engineering

(http://www.sciknow.org/journals/show/id); American Journal of Traffic and

Transportation Engineering

(http://www.sciencepublishinggroup.com/journal/editorialboard?journalid=187);

American Journal of Science and Technology și Engineering and Technology

( http://www.aascit.org);

Referent (reviewer) al revistelor: Advances in Mechanical Engineering

(https://journals.sagepub.com/home/ade); Open Journal of Information Engineering;

Journal of Manufacturing and Design Science; Journal of Mechanics&Industry

Research; Journal of Electrical and Power Engineering

(http://www.sciknow.org/journals/show/id); International Research Journal of

Mechanical Engineering, (www.internationalscholarsjournals.org); Psysical Science

International Journal, www.sciencedomain.org/journal-home.php?id=33; Current

Journal of Applied Science and Technology (http://www.sciencedomain.org/);

Membru în comisii de susținere a tezelor de doctorat:

2 teze în 2008: Contribuții la studiul și cercetarea comportării arcurilor de tip

flexicoil de la locomotiva electrică CFR 060-EA de 5100 kW (doctorand: ing.

Luisa-Izabel Dungan), Ordinul nr. 56/05.02.2008 al rectorului Universităţii

Politehnica din Timişoara; Contribuții la opimizarea parametrilor cuplei elastice

și a influenței acesteia asupra circulației în curbă a locomotivelor cu boghiuri

articulate (doctorand: Gabriel Ursu-Neamț) Ordinul nr. 56/05.02.2008 al

rectorului Universităţii Politehnica din Timişoara;

Page 20: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

19

2 teze în 2009:Cercetări teoretice şi experimentale privind optimizarea izolării

fonice în transporturile feroviare (doctorand: Dan Simion Stepan), Ordinul nr.

59/19.06.2009 al rectorului Universităţii Politehnica din Timişoara; Contribuții

la studiul termic al funcționării cutiilor de osie cu lagăre de rostogolire, la

trenuri de mare viteză, (doctorand: Cristian Ioan Damian) Ordinul nr.

65/29.10.2009 al rectorului Universităţii Politehnica din Timişoara;

(http://www.upt.ro/pdf/doctorat/Teze_doctorat_sustinute_2009.pdf

1 teză în 2011: Cercetări teoretice şi experimentale privind reducerea emisiilor

de NOx. Aplicaţie la locomotiva LDH 125 modernizată (doctorand: ing. Ramon-

Mihai Balogh), Ordinul nr.76/08.09.2011 al rectorului Universității Politehnica

din Timișoara.

1 teză în 2013: Contribuţii privind creşterea siguranţei transportului rutier de

mărfuri periculoase (doctorand: ing. Eugen-Dumitru Buşa), Ordinul nr.

6/15.03.2013 al rectorului Universității Politehnica din Timișoara.

Membru: Adunarea Generală a Acționarilor a SC CET-Hidrocarburi SA Arad, 2018-

prezent.

Page 21: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

20

CAPITOLUL 2

SISTEME DE FRÂNARE UTILIZATE PE VEHICULELE FEROVIARE

DE MARE VITEZĂ

2.1.TRENURI ȘI REȚELE FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

Dezvoltarea sistemelor de tracţiune şi frânare precum şi perfecţionarea celor existente,

prin introducerea elementelor componente (aplicațiilor) TIC, au permis realizarea acestui

obiectiv, de către unele administraţii de cale ferată (SNCF, JR, RENFE, DB, BR, SJ, FS,

etc.), iar într-un viitor apropiat şi de către CN CFR SA.

Preocupări privind mărirea vitezei de circulaţie au existat, pe plan mondial, încă din

1829 când locomotiva ROCKET (La Fusée) proiectată şi executată de Stephenson a atins

viteza de 85 km/h depăşind astfel viteza de 47 km/h considerată mare la aceea vreme.

Locomotiva ROCKET (La Fusee)

Stephenson 1829

Locomotiva ROCKET (La Fusee)

Stephenson 1829 (Replică construită pentru

muzeu)

Figura 1. Locomotiva ROCKET (La Fusée)

Recordul actual de viteză pe sistemul clasic: roată-șină de 574,8 km/h a fost atins în

data de 3 aprilie 2007 de trenul (automotorul) ALSTOM, V-150 (a se vedea figura 2) pe

unul din tronsoanele noii linii feroviare de mare viteză Paris – Strasbourg, la ora locală

13.15 (11.15 GMT), între staţiile Lorena şi Meuse, (punctele kilometrice 191 şi 194), la

aproximativ 210 km de Paris, bătând astfel vechiul record mondial de viteză de 515,3 km/h,

stabilit la 18 mai 1990, de către rama nr. 325 a TGV – Atlantique, pe linia Paris – Tours (a

se vedea tabelul 1).

Page 22: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

21

Figura 2. Trenul V-150 (TGV 4402)

Tabelul 1. Principalele trenuri de mare viteză care circulă pe reţelele feroviare de mare

viteză din lume

Nr.

crt.

Trenul de mare

viteză

Anul

intrării în

serviciu

Compunere

Viteza

maximă

[km/h]

Adminstraţia de

cale ferată

deţinătoare

Număr

de rame

Număr de

locuri pe

ramă

1 TGV-PSE 1981 L + 8V + L 270 SNCF 108 368

2 TGV –

Atlantique 1989 L + 10V + L 300 SNCF 105 485

3 IC 225 1989

L + 8/9V

Mark IV + V

DVT cu

cabină de

conducere

225 BR 31 550

4 X 2000 1990

L + 4V + V cu

cabină de

conducere

220 SJ 20 198

5 ICE 1991 L +13V + L 280 DB 60 615

6 TGV – R 1992 L + 8V + L 300 SNCF 50 375

7 AVE 1992 L + 8V + L 300 RENFE 16 329

8 EUROSTAR 1994 L + 18V + L 300 SNCF, BR,

SNCB 38 794

9 WIN 350 1994 L + 6V + L 350 JR - -

10 ETR450

PENDOLINO 1994 L + 9V + L 250 FS 15 396

11 ETR 500 1995 L + 11V + L 300 FS 2 590

12 VFT 1996 - 350 AUSTRALIA - -

13 KTX (TGV

Coreea) 2004 - 300 Coreea - -

14 TGV POS 2006 - 320 SNCF 95 377

15 V150 2007 L + 3 V

(2etaje) +L 350 SNCF - -

Page 23: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

22

În figura următoare (3) s-au prezentat, pentru exemplificare, elementele componente

ale vehiculului de tracțiune al trenului de mare viteză X2000 al căilor ferate suedeze (SJ –

Statens Järnvägar).

Rama electrică de mare viteză suedeză X2000 [42], este caracterizată de supleţe, fiind

compusă dintr-un vehicul de tracţiune şi un vehicul de comandă între care avem patru

vehicule intermediare (vehicule remorcate). Este posibilă înlocuirea vehiculului de comandă

cu al doilea vehicul de tracţiune, de acelaşi tip, şi echiparea întregului tren cu un singur

pantograf eficient.

Figura 3. Vehiculul de tracțiune al trenului de mare viteză suedez X2000

(1 – modul de tracţiune. Din motive (raţiuni) de siguranţa circulaţiei, circuitele de putere sunt

repartizate în două module de tracţiune identice. Fiecare modul este format din două convertizoare de

curent (pentru curentul de la reţea), un circuit intermediar, un convertizor de frecvenţă pentru

motoare, un convertizor de frecvenţă pentru curentul de recuperare şi două motoare electrice de

tracţiune. 2 – disjunctor; 3 – convertizorul de frecvenţă auxiliar; 4 – tabloul de 380 V; 5 – tabloul

microprocesorului; 6 – transformatorul auxiliar; 7 – filtru de 33 Hz; 8 – circuit intermediar al

tensiunii continue – este alimentat la 2400 V prin intermediul a două convertizoare de curent. Este

constituit din condensatoare care provoacă impedanţa necesară (joasă) pentru convertizorul de

frecvenţă; 9 – ventilatoare motoare de tracţiune; 10 – circuit de răcire a uleiului; 11 – pompe de

ulei; 12 – dulap cu utilităţi; 13 – circuitul pneumatic; 14 – compresor; 15 – coloana de uscare a

aerului; 16 – dulap COLIS – EXPRESS; 17 – transformatorul principal – suspendat pe şasiul

vehiculului între boghiuri. Cele patru înfăşurări de putere pe secundar sunt prevăzute pentru o tensiune

de 1500 V şi o putere de 3,8 MVA; 18 – filtru reţea; 19 – baterie de acumulatoare; 20 – antenă; 21 –

echipament de 15 kV)

Circulația trenurilor de mare viteză ale căror principale caracteristici funcționale

sunt prezentate în tabelul anterior (tabelul 1), la viteze comerciale de 300 – 350 km/h, a fost și

Page 24: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

23

este posibilă datorită rețelei feroviare de mare viteză existentă actualmente în exploatare în

lume, cu o lungime de 40.832 km (a se vedea tabelul 2). Astfel, merită scos în evidență faptul

că japonezii au fost pionierii marii viteze feroviare în lume construind, în a doua jumătate a

anilor `50, linia feroviară de mare viteză între Tokyo şi Osaka, actualmente având o rețea cu

o lungime de 3.041 km (9,65% din rețeaua feroviară în exploatare a Asiei). Prima linie ferată

europeană de mare viteză a fost linia franceză Paris – Lyon, Franța deținând astăzi o rețea

cu o lungime de 2.696 km (30,13 % din rețeaua feroviară în exploatare a Europei).

Tabelul 2. Lungimea liniilor feroviare de mare viteză*

Linii feroviare de mare viteză, [km]

Europa

În exploatare 8.948

În construcție 1.708

Planificate 9.690

TOTAL 21.949

Asia

În exploatare 31.523

În construcție 11.836

Planificate 2.239

Planificate pe termen lung 12.906

TOTAL 58.504

Alte linii

feroviare de

mare viteză

În exploatare 362

În construcție 666

Planificate 0

Planificate pe termen lung 9.169

TOTAL 10.197

Total linii

feroviare de

mare viteză în

lume

În exploatare 40.832

În construcție 14.210

Planificate 3.843

Planificate pe termen lung 31.765

TOTAL 90.650

*sursa: UIC High Speed Department, updated 1st september 2017

Page 25: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

24

2.2. PRINCIPALELE SISTEME DE FRÂNARE UTILIZATE PE VEHICULELE

FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

2.2.1. Definirea unui sistem de frânare

Sistemul de frânare este principalul sistem care intervine între două stări energetice ale

unui vehicul în mişcare, modificând parametrii stării energetice iniţiale (energia cinetică Ec şi

viteza V).

La majoritatea sistemelor de frânare utilizate la vehiculele feroviare de mare viteză,

energia cinetică pe care o posedă vehiculul la începutul frânării se transformă în lucru mecanic

de deformare (elastică şi plastică) şi apoi în căldură. Efectul acestei transformări este creşterea

temperaturii elementelor aflate în contact direct (de exemplu roată - sabot sau disc de frână -

garnitură de frecare).

2.2.2. Funcțiile unui sistem de frânare

Modificarea stării energetice a unui vehicul feroviar este posibilă datorită funcţiilor

principale ale unui sistem de frânare, prezentate în schema din figura următoare:

Figura 4. Funcțiile unui sistem de frânare

Din această schemă se observă că un sistem de frânare este elementul care modifică

energia vehiculului din momentul în care intră în acţiune, fie până la anularea acesteia, cazul

opririi, fie până la energia cinetică dată de viteza care trebuie menţinută constantă pe o pantă sau

de viteza impusă pe o anumită secţie de remorcare.

Page 26: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

25

Principalele funcţii ale unui sistem de frânare sunt următoarele:

funcţia de transformare a energiei cinetice a vehiculului feroviar;

funcţia de înmagazinare a rezultatului transformării energiei cinetice (căldura);

funcţia de disipare a căldurii rezultate prin frecarea (uscată sau umedă) dintre elementele

cuplei de frecare.

Aceste funcţii pot fi îndeplinite fie de către un element al sistemului fie de către toate

elementele.

2.2.3. Clasificarea sistemelor de frânare

Dacă se consideră rezistenţa totală la înaintarea trenului ca o frână continuă involuntară,

în schema din figura 5 se prezintă o clasificare a sistemelor de frânare după criteriile: fenomenul

fizic care determină forţa de frânare (criteriul 1) şi modul de comandă şi execuţie a frânării

(criteriul 2).

Figura 5. Clasificarea sistemelor de frânare

Page 27: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

26

2.2.4. Condiţiile impuse sistemelor de frânare ale vehiculelor feroviare

Dintre toate aceste sisteme de frânare, forţa de frânare nu depinde de aderenţa roată-şină

doar la frâna electromagnetică pe şină (sistemul mecanic de frânare), la frâna cu curenţi Foucault

liniară şi la frâna aerodinamică. De asemenea, se observă că toate sistemele de frânare prezentate

în schema din figura 5, cu excepţia frânei electrice recuperative, transformă în cele din urmă

energia vehiculului în căldură care ridică temperatura elementelor aflate în contact direct.

Astfel, un criteriu pentru utilizarea unei frâne pe un vehicul feroviar de mare viteză este

chiar regimul termic la care sunt supuse elementele cuplei de frecare în timpul frânării.

Principalele condiţii care se impun sistemelor de frânare utilizate pe vehiculele feroviare,

[11], sunt:

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

să asigure o frânare rapidă dar lină în limitele deceleraţiilor admise;

să asigure frânarea într-un spaţiu de frânare cât mai redus;

să prezinte o mare siguranţă în funcţionare;

să necesite forţe reduse de acţionare prin folosirea de echipamente compacte şi uşoare;

să excludă apariţia fenomenului de autofrânare.

2.2.5. Soluții constructive ale frânelor vehiculelor feroviare de mare viteză

Pentru a se putea frâna de la viteze mari şi foarte mari, se utilizează sisteme de frânare a

căror acţiune este dependentă de aderenţa roată-şină (de exemplu sistemul mecanic) împreună cu

sisteme de frânare cu acţiunea independentă de aderenţă (sistemul electric).

Astfel se poate afirma că la vehiculele feroviare de mare viteză, combinarea sistemelor de

frânare este foarte importantă deoarece un singur sistem de frânare nu poate asigura o forţă de

frânare (limitată de aderenţă) necesară acoperirii întregii game de viteze cu care circulă aceste

vehicule.

În ceea ce priveşte comanda sistemelor de frânare, în cazul vehiculelor feroviare de mare

viteză s-a trecut la o comandă simplă prin acţionarea unui singur organ de comandă (de exemplu

un robinet special al mecanicului), intrarea în acţiune a frânelor (din sisteme diferite) putându-se

face simultan sau consecutiv în timp. În continuare se vor prezenta soluţiile constructive ale

frânelor principalelor trenuri de mare viteză care circulă cu viteze V > 200 km/h.

În tabelul 2 se prezintă sintetic sistemele de frânare ale principalelor trenuri de mare

viteză din Europa. Din acest tabel se observă că principalele sisteme de frânare utilizate pe

vehiculele feroviare de mare viteză sunt:

sistemul mecanic;

sistemul electric.

Page 28: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

27

Tabelul 3. Frâne utilizate pe vehiculele feroviare de mare viteză

Nr.

Crt.

Trenul de

mare viteză

Viteza

maximă

[km/h]

Sistem de frânare

Vehicul motor Vehicule remorcate Vehicule cu cabina

de conducere

1 TGV-PSE 280

Frână electrodinamică

(reostatică);

Frână cu disc (4 discuri pe

osie, garnituri de frecare

organice);

Frână electrodinamică

(reostatică);

Frână cu saboţi

(sinterizaţi). Frână cu saboţi .

Frână cu saboţi

sinterizaţi.

2 TGV-

Atlantique 300

Frână electrodinamică

(reostatică);

Frână cu disc (4 discuri pe

osie, garnituri de frecare

sinterizate);

Frână electrodinamică

(reostatică);

Frână cu saboţi

(sinterizaţi).

Frână cu saboţi

sinterizaţi

3 ICE 280-300

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc (4 discuri pe

osie, garnituri de frecare

sinterizate);

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc

(2 discuri/osie, garnituri

sinterizate).

Frână electromagnetică pe

şină.

Frână cu disc

(2 discuri/osie,

garnituri sinterizate).

4 ICE-V 300-350

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc (2 discuri pe

osie, garnituri de frecare

sinterizate);

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc

(3 discuri/osie, garnituri

sinterizate).

Frână electromagnetică pe

şină.

Frână cu disc

(3 discuri/osie,

garnituri sinterizate).

Frână cu curenţi

Foucault.

Frână cu curenţi

Foucault.

Page 29: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

28

Nr.

Crt.

Trenul de

mare viteză

Viteza

maximă

[km/h]

Sistem de frânare

Vehicul motor Vehicule remorcate Vehicule cu cabina

de conducere

5 ICE-2 280

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc (4 discuri pe

osie, garnituri de frecare

sinterizate);

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc

(3 discuri/osie, garnituri

sinterizate).

Frână electromagnetică pe

şină (dispusă pe un boghiu

al fiecărui vagon).

Frână cu disc

(3 discuri/osie,

garnituri sinterizate).

Frână cu curenţi

Foucault.

Frână cu curenţi

Foucault.

6 X2000 210

Frână electrodinamică

(recuperativă);

Frână cu disc

(2 discuri pe osie);

Frână cu disc

(2 discuri pe osie);

Frână cu disc(disc de

frână montat pe roată);

Frână electromagnetică pe

şină.

Frână electromag-

netică pe şină.

Frâna cu saboţi (de

staţionare)

Sistemul mecanic poate fi realizat prin:

frâna cu saboţi;

frâna cu disc;

frâna electromagnetică pe şină.

2.2.6. Frâna cu saboți

În cazul vehiculelor feroviare de mare viteză, frâna cu saboţi este o frână suplimentară de

staţionare. Caracteristic frânei cu saboţi (în majoritatea cazurilor confecţionaţi din materiale

nemetalice sinterizate) este eliminarea timoneriei clasice, dispusă sub întreg vehiculul, care pe

lângă zgomotul produs mărea considerabil masa vehiculului, şi înlocuirea acesteia prin blocuri

compacte de frânare (a se vedea figura ) care deservesc o roată, [13], formate din:

cilindrul de frână;

timonerie;

regulator de timonerie;

portsabotul cu atârnătorul său;

conexiunea la frâna de mână.

Page 30: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

29

Figura 6. Grup compact de frână cilindru - timonerie - sabot

Aceste blocuri de frânare de masă redusă (mb < 100 kg) dezvoltă forţe de frânare cuprinse

în intervalul (30, ... , 100) kN.

Blocurile de frânare au cunoscut o dezvoltare rapidă şi o diversificare în funcţie de

caracteristicile vehiculului pe care se vor monta.

Aceste blocuri de frânare de tipul BF2, BF2L, BF2L-FPX utilizate pe TGV-Atlantique şi

TGV-R se confecţionează atât pentru montare verticală (deasupra roţii) cât şi orizontală (clasică).

2.2.7. Frâna cu disc

Frâna cu disc este utilizată pe trenurile de mare viteză ca frână principal datorită

următorilor factori:

simplitate constructivă;

suprafața de frecare a elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc este plană ceea ce

conduce la o suprafață de contact efectiv mai mare;

variația coeficientului de frecare dintre discul de frână și garnitura de frecare cu viteza,

forța de apăsare, temperatura și umiditatea se încadrează în limite restrânse;

decelerații (accelerații la frânare) și spații de frânare reduse la frânarea de la viteze mari

(V 200 km/h);

fiabilitate ridicată și siguranță mare în exploatare;

eliminarea zgomotului produs de frâna cu saboți în timpul frânării;

Page 31: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

30

timonerie de frână de tip ”clește” și forțe de acționare reduse;

masa echipamentului de frânare (disc de frână, garniturile de frecare, timoneria de frână,

cilindru de frână, etc.) este mult mai mică decât în cazul frânei cu saboți;

temperatura elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc este mai redusă față de

temperatura elementelor frânei cu saboți (saboți de frână – roată de rulare).

Forța de frânare, în cazul frânei cu disc, se obține prin fenomenul fizic de frecare, care se

produce între cele două suprafețe plane ale discului de frână 1 și garniturile de frecare fixate în

portgarniturile 2 (a se vedea figura 7) datorită forței de apăsare care apare la tija cilindrului de

frână 3 și amplificată de barele și levierele care compun timoneria de frână 4.

Figura 7. Elementele componente ale frânei cu disc

(1 – disc de frână; 2 – garnitura de frecare; 3 – cilindru de frână; 4 – timoneria de frână;

5 – osia montată; 6 – traversă suport tubulară; 7 – consolă pentru fixarea portgarniturilor)

Pentru echiparea vehiculelor feroviare de mare viteză se utilizează două variante de frână

cu disc:

în cazul vehiculelor remorcate (nemotoare) discul de frână este amplasat pe corpul osiei

prin intermediul unui butuc (a se vedea figura următoare);

Page 32: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

31

Figura 8. Frâna cu două discuri amplasate pe corpul osiei

pentru vehiculele motoare, în cazul cărora nu există spațiu pentru amplasarea discurilor

de frână pe corpul osiilor, s-a abordat soluța dispunerii discurilor de frână pe roata de

rulare (de o parte și de alta a membrane roții ca în figura următoare).

Figura 9. Frâna cu disc amplasat pe roata de rulare

Page 33: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

32

În ambele soluții constructive de amplasare a discului de frână timoneria de frână a

acestuia, de tip clește, este acționată de un cilindru de frână de tipul cu regulator de timonerie

încorporat (a se vedea secțiunea prin acesta din figura următoare), care permite menținerea

constantă a distanței dintre discul de frână și garniturile de frecare printr-o reglare automată a

cursei pistonului cilindrului de frână.

Figura 10. Cilindru de frână cu regulator de timonerie încorporat

(1 – capacul cilindrului; 2 – corpul cilindrului; 3 – piston; 4 – manșeta pistonului; 5 – inelul de

glisare; 6 – arc de presiune; 7 – tub de ghidare; 8 – piuliță filetată de presare; 9 – lagăr de

rostogolire; 10 – arc de presiune; 11 - piuliță; 12 – manșon de cuplare; 13 – arc de presiune;

14 – ax filetat; 15 – limitator de cursă; 16 – capul tijei pistonului; 17 – piuliță de revenire)

2.2.8. Frâna electromagnetică pe şină

Frânarea vehiculelor feroviare de la viteze mari (200...300 km/h) cu ajutorul frânei cu

saboţi sau frânei cu disc ar conduce la încălzirea excesivă a elementelor cuplei de frecare (sabot -

roată, disc de frână - garnitură de frecare) cu efecte negative asupra proprietăţilor fizico-

mecanice ale materialelor acestora.

Forţa de frânare, în cazul frânei electromagnetice pe şină, ia naştere datorită frecării

dintre partea superioară a ciupercii şinei şi piesele de uzură ale electromagneţilor frânei nefiind

limitată de aderenţa dintre roată şi şină.

În principiu, frâna electromagnetică pe şină (a se vedea figura 11) se compune dintr-un

ventil magnetic de acţionare 2, alimentat cu aer comprimat de la rezervorul principal prin

Page 34: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

33

robinetul de izolare 1. Aerul comprimat trece prin acuplările flexibile 3 şi 4 la cilindrii de

acţionare 5. Electromagneţii frânei 6 sunt menţinuţi la o distanţă h deasupra ciupercii şinei.

Figura 11. Frâna electromagnetică pe şină

Comanda frânei electromagnetice se realizează prin robinetul mecanicului 7 care conţine

contacte electrice. Tendinţele actuale în ceea ce priveşte comanda frânelor trenurilor de mare

viteză converg spre eliminarea acestui organ de comandă (robinetul mecanicului), mecanicul

având simpla misiune de a apăsa un buton de comandă iar microprocesorul comandă o anumită

presiune în cilindrii de frână şi acţionarea frânei electromagnetice (dacă s-a atins viteza prescrisă

pentru această frână), având la dispoziţie toţi parametrii vehiculului. Astfel la vagonul AVA 200

construit la S.C. Astra Vagoane Călători S.A. Arad, sub licenţă De Dietrich, intrarea în acţiune a

frânei electromagnetice se face la comanda mecanicului de locomotivă, numai dacă viteza de

circulaţie este de 70 km/h, pentru viteze inferioare, la comanda frânării acţionează doar frâna cu

disc.

2.2.9. Sistemul de frânare la vagonul de călători AVA 200

Construite să circule cu viteze până la 200 km/h, aceste vagoane [162], sunt prevăzute cu

sistemele de frânare corespunzătoare. În acest fel, ele sunt dotate cu:

1. frână cu disc;

2. frână electromagnetică pe şină.

Din punct de vedere al execuţiei, la vagoanele de călători AVA 200, instalaţia de frânare

se clasifică în :

1. frâna automată ordinară sau rapidă, comandată de către mecanicul de locomotivă prin

conducta generală a trenului;

Page 35: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

34

2. frâna automată rapidă, comandată de către călători în caz de urgenţă prin semnalul de

alarmă;

3. frâna de mână sau de ţintuire, comandată de către conductorul de tren prin manivela

corespunzătoare şi care acţionează direct timoneria de frână de la un boghiu;

4. frâna electromagnetică pe șină, acţionată în mod automat de către microprocesorul

vagonului, în funcţie de viteză, prin intermediul conductei generale a trenului.

Frâna cu disc

Potrivit normelor de frânare, toate vehiculele care depăşesc în funcţionare viteza de 120

km/h sunt dotate cu frână disc.

Aceasta acţionează prin intermediul timoneriei de frână asupra celor două discuri fixate

rigid pe osia montată.

Din punct de vedere constructiv, instalaţia de frână pneumatică se compune din :

conducta generală;

distribuitorul de aer KEs-a 9/1,27;

rezervoarele de aer;

robineţii de izolare;

dispozitiv de antipatinare;

manometre indicatoare;

conductele de legătură rigide;

conductele de legătură flexibile.

În figura următoare (12) se prezintă elementele componente ale instalaţiei de frână a

vagonului AVA 200:

1- distribuitor de aer KEs-a 9/1,27;

2 - rezervor de comandă 5 bar pentru frâna electromagnetică;

3 - rezervor tampon 8 bar pentru frâna electromagnetică;

4 - indicator pentru frâna pneumatică şi frâna de mână;

6 - mecanism de izolare frână vagon;

7 - mecanism pentru schimbătorul de regim;

8 - ventil pneumatic acţionat de frâna de mână;

9 - supapă de selectare;

10 - manometru pentru presiunea de comandă a frânei electromagnetice;

11 - manometru pentru presiunea din cilindrii de frână;

12 - furtun flexibil de legătură între instalaţia de aer de pe şasiu şi cea de pe boghiu;

13 - furtun flexibil de alimentare a cilindrilor de frână;

14 - cilindru de frână – dreapta;

15 - cilindru de frână – stânga;

Page 36: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

35

Fig

ura

4.6

. In

sta

laţia

de frâ

la

va

go

an

ele

AV

A 2

00

Page 37: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

36

20 - timoneria de frână;

21 - garniturile de frecare;

22 - discurile de frână;

23 - cablu pentru antrenarea frânei de mână;

24 - rezervor tampon de 9l pentru comandă;

25 - ventil de alarmă;

27 - semnal de alarmă;

28 - robinet de izolare conductă principală şi generală stânga;

29 - robinet de izolare conductă principală şi generală dreapta;

30 - semiacuplamente conductă generală;

31 - semiacuplamente conductă principală;

32 - microprocesor;

34 - ventil antiblocare;

35 - traductoare de turaţie;

36 - presostat conducta generală pentru frâna electromagnetică;

38 - filtru de aer;

39 - supapă de sens unic;

40 - robinet de izolare frâna electromagnetică;

41 - supapă de reducţie la 5 bar;

42 - ventil auxiliar KVM pentru comanda frânei electromag-netice;

43 - ventil electromagnetic pentru comanda frânei magnetice;

45 - baterii de acumulatoare;

46 - indicator frâna electromagnetică;

47 - drosel de cale;

48 - drosel ştrangulare;

50 - cilindri de coborâre cadru electromagnetic;

60 - furtun flexibil pentru legătura conductelor frânei electro-magnetice

Modul de funcţionare a frânei pneumatice

În momentul în care distribuitorul de aer, sesizează o reducere a presiunii de aer din

conducta generală, acesta comandă trecerea aerului spre cilindrii de frână.

Presiunea aerului din aceşti cilindrii este cu atât mai mare cu cât are loc o scădere mai

pronunţată a presiunii din conducta generală.

La o frânare ordinară totală, când presiunea în conductă scade până la 3,5 bar, atunci şi

presiunea în cilindrii de frână este maximă.

În orice poziţie de frânare, se menţine în cilindrii de frână o presiune constantă

conferindu-i astfel frânei proprietatea de inepuizabilitate.

Dacă în timpul procesului de frânare are loc o tendinţă de blocare a roţilor frânate, atunci

prin intermediul microprocesorului (care primeşte informaţii de turaţie de la toate osiile frânate

Page 38: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

37

ale vagonului), comandă alimentarea electrică a ventilului 34, care eliberează în atmosferă o

parte a aerului din cilindrii de frână, până când osia respectivă se deblochează,

Această valoare depinde de poziţia schimbătorului de regim, şi anume:

P: p = 3,0 0,1 bar

R: p = 3,8 0,15 bar

R + Mg: p =3,8 0,15 bar

Timpii necesari pentru stabilirea presiunii la o valoare de cel puţin 95% din presiunea

maximă prescrisă sunt:

P: t = 3 5 s

R: t = 3 5 s

R + Mg: t = 3 5 s

Timpii pentru destrângerea frânei, până la atingerea unei presiuni reziduale în cilindrii de

frână de max. 0,4 bar, sunt:

P: t = 15 20 s

R: t = 15 20 s

R + Mg: t = 15 20 s

Reducerea presiunii aerului în conducta generală, se poate face gradat (prin intermediul

robinetului KD2 de pe locomotivă), situaţie în care se menţine o valoare bine determinată a

presiunii atât în conducta generală, cât şi în cilindrii de frână (iar frâna este inepuizabilă).

În situaţia în care robinetul mecanicului KD2 este pus în poziţia de “frânare de urgenţă”

(adică se reduce presiunea în conducta generală până la zero), sau un pasager a acţionat semnalul

de alarmă (prin deschiderea ventilului 25), atunci viteza de intrare în acţiune a frânei este mai

mare. La acest tip de frânare, dacă apar pierderi de aer din cilindrii de frână, atunci frâna nu mai

este inepuizabilă.

Defrânarea are loc în momentul în care prin intermediul robinetului KD2, se alimentează

conducta generală a trenului.

Poziţia frânată a vagonului este semnalizată de către indicatorul 4, care primeşte aer

comprimat de la supapa de selectare 9, atât la prezenţa aerului în cilindrii de frână, cât şi la

acţionarea frânei de mână.

Valoarea presiunii aerului din cilindrii de frână este sesizată de manometrul 11 din

peronul vagonului.

Modul de funcţionare a frânei electromagneticepe șină

Aceasta intră în acţiune odată cu frâna disc numai dacă sunt îndeplinite următoarele

condiţii:

frâna cu aer comprimat trebuie să fie cuplată;

conducta principală de aer şi rezervorul poziţia 3, trebuie să conţină aer comprimat la

8,5÷10 bar până la capătul trenului iar frâna să fie slăbită;

bateria de acumulatoare trebuie să fie eficientă, de mare putere, să prezinte tensiunea

minimă prescrisă şi curentul minim;

Page 39: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

38

vagonul de călători să aibă o viteză V 70 km/h;

schimbătorul de regim să fie în poziţia <R> + <Mg>;

trebuie iniţiată o frânare rapidă sau de alarmă;

presiunea aerului în conducta generală p1,5 bar.

Pentru funcţionarea frânei electromagnetice este necesară alimentarea conductei

principale de la locomotivă la presiunea de 8 10 bar.

Această alimentare independentă, este necesară pentru a permite funcţionarea frânei

electromagnetice şi în situaţia în care presiunea aerului din conducta generală a scăzut la zero.

Scăderea presiunii în conducta generală până la 1,5 bar este sesizată de către presostatul

34, care transmite un semnal către microprocesor.

Semnalul de viteză este captat de către traductoarele de turaţie 35, fiind şi acesta transmis

spre microprocesor printr-o valoare analogică (acest semnal mai este folosit şi la antiblocarea

frânei pneumatice). Poziţia schimbătorului R – Mg este transmisă de asemenea către

microprocesor.

Tensiunea de alimentare a electromagneţilor este de 24 Vcc şi se obţine de la bateriile de

acumulatoare din fiecare vagon. Această tensiune este transmisă în lungul trenului de la fiecare

vagon în parte printr-o cuplă electrică.

În timpul cât vagonul este defrânat rama metalică cu electromagneţi este ridicată la o

distanţă minimă de 14

10115

mm.

Când se comandă o frânare iar condiţiile sunt îndeplinite, pe lângă frâna pneumatică intră

în acţiune şi frâna electromagnetică.

Comanda acesteia se face de către microprocesorul 32 ce alimentează ventilul

electropneumatic 43. Acesta opreşte trecerea aerului comprimat către ventilul auxiliar 42, care va

comanda alimentarea cu aer comprimat a cilindrilor de coborâre a instalaţiei de frânare

electromagnetică. Aerul trece prin droselul de cale 47 şi furtunele flexibile 60.

Odată deplasat cadrul metalic al electromagneţilor până la o distanţă de şină ce asigură un

întrefier corespunzător, se alimentează electric şi electromagneţii ce creează forţa necesară de

atracţie cu şina, şi astfel dă naştere forţei de frânare.

Defrânarea are loc într-un proces de comandă invers faţă de cel prezentat anterior.

De această dată forţa de frânare nu mai depinde de aderenţa dintre roată şi şină.

Presiunea necesară comenzii de alimentare a cilindrilor pneumatici de coborâre a

electromagneţilor este de 5 bar şi este asigurată din conducta principală a trenului prin :

robinetul 38;

supapa de sens unic 39;

supapa de reducţie 41;

supapa de sens unic 39;

rezervorul 2.

Page 40: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

39

Umplerea cu aer comprimat a cilindrilor frânei electromagnetice se face prin droselul de

cale 47 cu secţiune mare (la presiune minim 7 bar), iar golirea se face prin acelaşi drosel, dar

secţiunea este mai mică.

Poziţia frânată a vagonului în această situaţie este semnalizată prin intermediul

indicatorului 46, iar manometrul 10 din peron va indica valoarea zero.

2.3. ANALIZA COMPARATIVĂ A SOLUŢIILOR CONSTRUCTIVE DE FRÂNE

APLICATE LA VEHICULELOR FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

Frânarea vehiculelor feroviare de la viteze mari se face cu ajutorul unor sisteme de

frânare a căror acţiune este dependentă (frâna cu disc, frâna cu curenţi Foucault rotativă, etc.) sau

independentă (frâna electromagnetică pe şină, frâna cu curenţi Foucault liniară, etc.) de aderenţa

roată – şină. Pentru a utiliza cât mai bine coeficientul de aderenţă vagoanele de călători de mare

viteză au fost prevăzute cu o combinaţie a acestor sisteme de frânare, de obicei o frână

dependentă de aderenţă (frâna cu disc) şi o frână a cărei acţiune este independentă de aderenţă

(frâna electromagnetică pe şină).

Principalele condiţii care se impun sistemelor de frânare pentru vehiculele feroviare de

mare viteză sunt următoarele:

Să asigure o frânare lină în limitele deceleraţiilor admise;

Să asigure frânarea în spaţii de frânare cât mai reduse;

Să necesite forţe de acţionare cât mai mici;

Să prezinte siguranţă în funcţionare şi fiabilitate mare;

Să fie simple din punct de vedere constructiv şi în acelaşi timp ieftine;

Să excludă apariţia fenomenului de autofrânare.

Aceste condiţii, uneori antagoniste, pot fi respectate printr-o optimizare a elementelor

sistemelor de frânare atât din punct de vedere al materialelor utilizate cât şi din punct de vedere

constructiv.

Analiza comparativă a sistemelor de frânare utilizate pe vehiculele feroviare de mare

viteză se face pe baza următorilor parametri:

Coeficientul de frecare dintre elementele cuplei de frecare a sistemului de frânare ();

Coeficientul de absorbţie a energiei cinetice a vehiculului de către elementele cuplei de

frecare asistemului de frânare (a);

Spaţiul de frânare realizat de către vehicul sau tren de mare viteză cu sistemele de

frânare prezentate (Sf);

Deceleraţia vehiculului sau trenului de mare viteză.

În figura 13 se prezintă dependenţa de viteză a coeficientului de frecare dintre elementele

cuplei de frecare ale sistemelor de frânare mecanic, fluidic şi electric (frâna reostatică).

Page 41: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

40

Figura 13. Variaţia coeficientului de frecare în funcţie de viteză pentru diferite sisteme de

frânare (1 – aderenţa, 2 – mecanică cu două trepte, 3 – hidrocinetică, aerocinetică,

4 – reostatică, 5 – Foucault rotativă, 6 – Foucault liniară, 7 – rezistenţa la înaintare)

Urmărind figura 13 se observă că sistemele de frânare, a căror acţiune este independentă

de aderenţa dintre roată şi şină, nu pot fi utilizate ca frâne principale ci numai suplimentare

întrucât pe anumite intervale de viteză variaţia coeficientului de frecare nu permite oprirea

vehiculului.

Coeficientul de frecare dintre elementele cuplei de frecare ale acestor sisteme de frânare

descreşte brusc (frâna electrică reostatică) sau lent (frâna hidrocinetică) spre zero impunându-se

utilizarea de la anumite viteze a unei frâne din sistemul mecanic de frânare (de exemplu frâna cu

disc) a cărei alură este asemănătoare cu a coeficientului de aderenţă (curba 1 pe figura 1).

Din figura 1 reiese deci faptul că singurul sistem de frânare care poate să oprească efectiv

vehiculul feroviar de mare viteză este sistemul mecanic al cărui efect optim se manifestă pe

intervalul de viteze V (0 … 50) km/h.

Pentru a profita cât mai mult posibil de aderenţa dintre roată şi şină în anumite condiţii de

climă (şină umedă sau acoperită cu o pojghiţă de gheaţă sau pată de ulei) vehiculele feroviare de

mare viteză sunt prevăzute cu dispozitive antipatinaj care intră în acţiune în momentul în care

forţa de frânare depăşeşte forţa de aderenţă.

Vehiculele motoare de mare viteză sunt prevăzute cu trei tipuri de frâne (electrică

reostatică sau recuperativă, frâna cu disc, frâna cu curenţi Foucault) având astfel posibilitatea

Page 42: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

41

opririi cu cel puţin două din aceste frâne datorită utilizării pentru tracţiune a motoarelor electrice

asincrone care permit o frânare electrică până la oprirea vehiculului.

Coeficientul de absorbţie a energiei cinetice a vehiculului feroviar (a) [11], [16],

[27], este raportul dintre energia cinetică a vehiculului care urmează să fie anulată prin frânarea

de oprire şi energia cinetică totală:

c

cfa

E

E (1)

Considerând o frânare de oprire, în aliniament şi palier, şi utilizând expresiile energiei

cinetice se obţine relaţia de definiţie a coeficientului de absorbţie:

2

tf2

tf

2

a

6,3

Vm1

RS201

2

6,3

Vm1

RS102

6,3

Vm1

[adimensional] (2)

Înlocuind expresiile spaţiului de frânare (3) şi rezistenţei la înaintare (4) în relaţia 2,

expresia coeficientului de absorbţie devine:

2,7

tuV

rtg

V193,3Sf

s

2

[m] (3)

2VcVbaRt [daN] (4)

2

2

ts

2

a

6,3

Vm1

VcVba2,7

tV

rg

V193,320

1

(5)

Cu ajutorul relaţiei 5 s-a reprezentat în figura 14 variaţia coeficientului de absorbţie a

energiei cinetice pentru un vehicul cunoscut.

Page 43: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

42

a3 i

1 ( ) mVi

3.6

2

210 Sf3 i Rti

1 ( ) mVi

3.6

2

2

20 38 56 74 92 110 128 146 164 182 2000

0.09

0.18

0.27

0.36

0.45

0.54

0.63

0.72

0.81

0.9

a i

Vi

Figura 14. Variaţia coeficientului de absorbţie a energiei cinetice

a vehiculului considerat în funcţie de viteză

Se observă o descreştere a coeficientului de absorbţie a energiei cinetice a vehiculului

respectiv odată cu creşterea vitezei, alură justificată prin variaţia energiei cinetice cu pătratul

vitezei.

În ceea ce priveşte spaţiul de frânare se observă o micşorare a acestuia odată cu

combinarea sistemelor de frânare cu care este prevăzut vehiculul de mare viteză respectiv.

Pentru comparaţie în figura 15 se prezintă spaţiul de frânare în trei situaţii:

Utilizarea numai a frânei cu disc (pentru o forţă de apăsare a garniturii de frecare pe

discul de frână de 20 KN), Sfd;

Utilizarea numai a frânei electromagnetice pe şină, Sfem;

Utilizarea ambelor tipuri de frână, Sfc.

Page 44: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

43

20 38 56 74 92 110 128 146 164 182 2000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Sfdi

Sfemi

Sfci

Vi

Figura 15. Variaţia spaţiului de frânare în funcţie de viteză în situaţiile considerate

Se observă că la utilizarea simultană sau consecutivă în timp a ambelor sisteme de frânare

se pot obţine spaţii de frânare mai mici în limitele deceleraţiilor admise. De asemenea, se

observă că utilizând doar frâna cu disc se poate respecta distanţa de semnalizare (de avertizare)

de 1000 m numai la circulaţia cu viteze mai mici de 160 km/h. În cazul utilizării şi frânei

electromagnetice pe şină la aceeaşi viteză (160 km/h) se obţine o micşorare a spaţiului de frânare

cu aproximativ 330 m, iar la viteza de 200 km/h cu aproximativ 500 m.

În figura 16 s-a prezentat variaţia deceleraţiei la frânare pentru cele trei situaţii analizate

(frânarea numai cu frâna cu disc afd, frânarea numai cu ajutorul frânei electromagnetice pe şină

afem şi frânarea combinată afc).

Din această figură reiese faptul că la utilizarea numai a frânei electromagnetice pe şină

deceleraţiile obţinute sunt mari atingându-se afem = 1,034 m/s2 la o viteză de 180 km/h. La

aceeaşi viteză însă prin utilizarea ambelor frâne (frâna cu disc şi frâna electromagnetică pe şină)

se obţine o deceleraţie afc = 0,48 m/s2, cu aproximativ 50% mai mică decât afem.

Utilizarea numai a frânei cu disc nu ar crea mari probleme din punct de vedere al

deceleraţiilor, care se încadrează în limitele impuse de UIC, dar elementele cuplei de frecare disc

de frână – garnitura de frecare sunt supuse unui regim termic care le alterează proprietăţile

fizico – mecanice.

Page 45: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

44

20 38 56 74 92 110 128 146 164 182 2000

0.12

0.24

0.36

0.48

0.6

0.72

0.84

0.96

1.08

1.2

afdi

afemi

afci

Vi

Figura 16. Variaţia deceleraţiei la frânare în funcţie de viteză

Concluzii

Pe vehiculele feroviare de mare viteză se utilizează ca frână principală frâna cu disc (cu

două, trei sau chiar patru discuri pe osie) precum şi frâna electromagnetică pe şină.

Ţinând cont de performanţele acestor frâne publicate în literatura de specialitate [4], [11],

[16], [21],. [42],... şi de analiza comparativă prezentată se pot desprinde următoarele concluzii:

La vehiculele motoare de mare viteză utilizarea motoarelor electrice de curent alternativ

asincrone permite frânarea electrică până la oprire, mărind în acest fel siguranţa

circulaţiei şi durata de viaţă a elementelor celorlalte frâne;

Frâna cu curenţi Foucault, faţă de frâna electromagnetică pe şină, dezvoltă un efect

decelerator aproximativ dublu la aceleaşi caracteristici constructive ale patinei, evitând în

acelaşi timp frecarea şi deci uzura. Cerinţele de putere ale frânei cu curenţi Foucault sunt

de aproximativ zece ori mai mari la acelaşi efort decelerator, motiv pentru care se

utilizează numai pe vehiculele motoare oferind reale posibilităţi de a folosi de două ori

acelaşi curent pentru frânare (o dată de către motoarele electrice de tracţiune funcţionând

în regim de generator şi a doua oară de către frâna cu curenţi Foucault care funcţionează

cu curenţi daţi de aceste generatoare);

Page 46: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

45

Frâna cu curenţi Foucault prezintă avantajul că nu are piese în frecare, uzura este practic

nulă, iar reglajul se face uşor prin variaţia curentului de excitaţie;

Frâna cu saboţi se utilizează pe vehiculele de mare viteză doar ca frână suplimentară de

siguranţă (de staţionare);

Performanţele frânei cu disc sunt superioare în comparaţie cu ale frânei cu disc

(coeficient de frecare, coeficient de absorbţie, spaţiu de frânare, deceleraţie, temperatură,

etc.) justificând utilizarea acestei frâne ca frână principală a vehiculelor feroviare de mare

viteză;

Frâna cu disc este mai simplă din punct de vedere constructiv şi mai uşoară ceea ce

conduce la un preţ de cost mai scăzut;

Rezistenţa aerodinamică dată de mişcarea de rotaţie a discurilor de frână autoventilate cu

palete radiale, în regim de tracţiune, conduce la un consum de aproximativ 3 % din

puterea instalată pentru tracţiune;

Reducerea consumului de putere datorită rezistenţei aerodinamice a discurilor de frână

autoventilate s-a realizat prin înlocuirea paletelor radiale cu nuturi amplasate între

suprafeţele de frecare ale discului, care permit o răcire mai bună în ambele sensuri de

mers;

Diminuarea până la eliminarea completă a acestui consum de putere s-a obţinut prin

utilizarea discurilor neventilate cu grosime mică (aproximativ 45 – 50 mm), uşoare,

permiţând în acelaşi timp şi mărirea numărului de discuri pe osie (patru discuri

neventilate pe osie la TGV - Atlantique), regimul termic al elementelor cuplei de frecare

fiind mai redus;

Utilizarea frânei electromagnetice pe şină împreună cu frâna cu disc conduce la spaţii de

frânare mai mici şi deceleraţii în limitele celor admise de către UIC;

Frâna electromagnetică pe şină utilizată pe vehiculele feroviare de mare viteză are

electromagneţii alcătuiţi din poli articulaţi iar suspensia este înaltă (distanţa la care sunt

suspendaţi electromagneţii în timpul mersului este cuprinsă în intervalul 60 – 150 mm);

Pentru un control permanent al parametrilor frânării pe vehiculele feroviare de mare

viteză s-a prevăzut un microprocesor asigurându-se, pe lângă o protecţie antipatinaj la

coeficient de aderenţă scăzut (condiţii atmosferice nefavorabile) şi un control automat al

traductorilor de viteză, consum de aer comprimat mic, afişarea erorilor şi a defecţiunilor.

Page 47: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

46

CAPITOLUL 3

CERCETĂRI PRIVIND PARAMETRII SISTEMELOR DE FRÂNARE AI

VEHICULELOR FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

3.1. STUDIUL ADERENŢEI ROATĂ - ȘINĂ ÎN PROCESUL DE FRÂNARE

Odată cu inventarea sistemului de circulaţie cu ghidare pe şină şi mai ales odată cu

creşterea vitezei de circulaţie a vehiculelor feroviare, o importanţă deosebită a primit procesul de

oprire - de frânare a acestora.

La începuturile căilor ferate, deşi în anul 1804 Trevichck a folosit cu rezultate

convenabile la o locomotivă minieră roţi cu simplă aderenţă, problema aderenţei a fost tratată cu

foarte multă îndoială şi neîncredere. Este important de amintit că în anul 1812 Blenkisep

împreună cu un număr destul de însemnat de susţinători, considerau ca imposibilă rularea unui

vehicul pe o cale metalică prin frecare simplă şi propuneau aplicarea unui sistem de şine cu

cremalieră.

Existenţa aderenţei roţilor pe cale a permis realizarea deplasării prin contactul dintre

suprafeţele de rulare ale roţilor şi şinelor (oţel pe oţel) atingându-se prin intermediul acestui

sistem recordul mondial de viteză de 574,8 km/h în data de 3 aprilie 2007 de trenul

(automotorul) ALSTOM, V-150 (a se vedea figura 2) pe unul din tronsoanele noii linii feroviare

de mare viteză Paris – Strasbourg.

Aderenţa ca fenomen fizic [62-65], constituie frecarea de repaus, tangenţială la suprafaţa

de contact dintre roţile unui vehicul şi calea de rulare având direcţia şi sensul de înaintare a

vehiculului (când roţile se rostogolesc fără să alunece).

Forţa de aderenţa aF este determinată de produsul dintre greutatea aderentă aG ,

greutatea vehiculului feroviar, repartizată pe osii şi un coeficient af numit coeficient de aderenţă

fizic:

aaa GfF (6)

Coeficientul de aderenţă fizic af exprimă gradul de atracţie moleculară, respectiv

interatomică, dintre cele două suprafeţe de rulare (şină şi roată) în contact, indiferent de gradul

de prelucrare a suprafeţelor.

Page 48: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

47

Coeficientul de aderenţă fizic af reprezintă astfel raportul dintre momentul motor (de

frânare), respectiv forţa tangenţială maximă tF , care poate fi aplicată la periferia unei roţi şi

greutatea Q pe roată, fără ca roata să alunece:

Q

Ff ta (7)

Pentru a realiza rostogolirea pură a roţilor, adică rularea fără alunecare a vehiculului, este

necesar să fie îndeplinită următoarea condiţie între forţa de frânare fF la periferia roţilor frânate

şi aderenţa aF :

af FF (8)

Limita de aderenţă reprezintă valoarea cea mai mare posibilă a aderenţei dintre roţi şi

şină. La limita de aderenţă, repausul relativ dintre suprafeţele de contact ale roţilor şi şinei

încetează şi apare rularea cu patinare. Rularea roţilor la limita de aderenţă începe deci să fie

determinată de frecarea de alunecare.

Este cunoscut faptul că, în exploatare, coeficientul de aderenţă este supus la variaţii

importante în funcţie de numeroşi factori [95], [21],. cum ar fi:

factori dependenţi de starea roţilor şi a căii de rulare (calitatea materialului roții și al

șinei; modificarea datorită uzării a profilului de rulare al roții și ciupercii șinei; diametrul

roților pe cercul de rulare și profilul acesteia care definesc mărimea suprafeței de contact

și presiunea de contact, etc.);

factori dependenți de construcția vehiculului (factori dinamici: deficienţe ale suspensiei

vehiculului; mase nesuspendate mari; oscilați date de circulația prin curbe; variația

sarcinii pe osie la frânarea vehiculului feroviar, etc.);

factori dependenţi de condiţiile meteorologice (şinele cu picături sau depuneri de: ulei,

frunze, noroi, particule metalice şi suprafeţele de rulare oxidate, conduc la scăderea cu

40% a coeficientului de aderență).

În tabelul următor (4) se prezintă principalele relații de definire a coeficientului de

aderență , empirice și/sau determinate prin cercetări experimentale, care s-au utilizat și se

utilizează pentru determinarea variației cu viteza de mers acestui important coeficient pentru

regimul de frânare. Considerând intervalul de viteză [0, 300] km/h, în figura 17 s-au prezentat

variațiile coeficientului de aderență în funcție de viteză utilizând definițiile din tabelul 4.

Page 49: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

48

Tabelul 4. Criterii de definire a coeficientului de aderență, [62-65], [95], [102]

CRITERII DE DEFINIRE A COEFICIENTULUI DE ADERENŢĂ

Criteriul căilor

ferate ruseşti [7]

Pentru locomotive diesel V035,0

1fa

cu 7,4....8,3

pentru locomotive diesel-

electrice V20100

825,0fa

pentru locomotive electrice V15100

828,0fa

Criteriul Curtius-Kniffler V2,08

V1,08ff

oaa

Criteriul Curtius-Dobrowolski V00012,0220,0fa

Criteriul Garreau V2,08

V1,08333,0fa

Criteriul Köther 116,042V

9fa

Criteriul Meineke 2a V00015,0220,0f

Criteriul Metzkow șine uscate 23,0...17,0fa

șine umede 14,0...12,0fa

Criteriul Müller-Werchert

de la V01,01

32,0fa

până la V1,01

32,0fa

Criteriul Müller-Genf 85,0aV45

15f

Criteriul Parodi-Tětrel V01,01

3,0fa

Criteriul Wiechert V06,01

V0112,01ff oaa

Page 50: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

49

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3000

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

0.24

0.26

0.28

0.3

0.32

0.34

0.36

0.38

0.4

1 - dupa CF rusesti cu 3,82 - dupa CF rusesti cu 4,73 - dupa CF rusesti pentru Diesel si LECC4 - dupa CF rusesti pentru LE monofazat

5 - dupa Curtis-Kniffler6 - dupa Dobrowolsky7 - dupa Garreau8 - dupa Meineke9 - dupa Muller-Genf10 - dupa Muller-Genf11 - dupa - dupa Muller-Werchert, valori maxime12 - dupa - dupa Muller-Werchert, valori minime13 - dupa Patin14 - dupa Parodi-Tetrel15 - dupa Wechert

16 - valoarea medie determinata statistic

Variatia coeficientului de aderenta

Viteza [km/h]

Co

efi

cie

ntu

l d

e a

dere

nta

fa

Figura 17. Variaţiile coeficienţilor de aderenţă în funcţie de viteză şi valoarea

medie determinată pe cale statistică

Page 51: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

50

Prin cercetări experimentale [166,167], s-a stabilit că majoritatea criteriilor prezentate pot

fi utilizate pentru determinarea variației coeficientului de aderență cu viteza de circulație, cel mai

utilizat pentru cazul trenurilor de mare viteză fiind criteriul Curtius – Kniffler.

Asstfel, cu ajutorul criteriului Curtius – Kniffler de definire a coeficientului de aderență

[95], în tabelul următor (5) sunt prezentate valorile acestuia (fa) și ale coeficientului de frecare

(s) dintre discul de frână și garniturile de frecare pentru trenul de mare viteză TGV PSE al

căilor ferate franceze (SNCF) în intervalul de viteză V [0, 200] km/h. .

Tabelul 5. Valorile coeficientului de aderență (fa) și a coeficientului de frecare (s)

Viteza V

[km/h] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Coeficientul

de aderență

fa

0,331 0,2782 0,250 0,233 0,221 0,213 0,207 0,202 0,198 0,194 0,192

Coeficientul

de frecare

µs

0,422 0,396 0,377 0,363 0,352 0,343 0,335 0,329 0,324 0,319 0,315

Cu ajutorul valorilor din tabelul 5 în figura 18 este sunt prezentate variațiile coeficienților

de aderență și de frecare pentru trenul de mare viteză TGV- PSE având o compunere: L + 8V + L

și o masă totală de 390 t.

Figura 18. Variația coeficientului de frecare S și a coeficientului de aderență fa cu viteza

Page 52: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

51

3.2. DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A COEFICIENTULUI DE FRECARE

DINTRE ELEMENTELE CUPLELOR DE FRECARE ALE FRÂNEI CU SABOȚI

ȘI FRÂNEI CU DISC

3.2.1. Dispozitiv tensometric pentru determinarea coeficientului de frecare dintre

sabot şi roată

În vederea determinării capacităţii de frânare la vehicule feroviare echipate cu frână cu

saboţi, pe lângă măsurarea în regim static a forţei de apăsare a saboţilor pe roţi şi în regim

dinamic a drumului de frânare, pentru aflarea procentului masei frânate şi a masei frânate,

prezintă o importanţă deosebită, măsurarea în regim dinamic a forţelor normale de apăsare şi

tangenţiale de frecare dintre saboţi şi roţi.

Cunoscând valorile acestor forţe se poate determina valoarea coeficientului de frecare

dintre saboţi şi roţi în condiţii reale de exploatare.

În continuare se prezintă un dispozitiv tensometric de tip portsabot pentru determinarea

forţelor normale de apăsare şi tangenţiale de frecare în regim dinamic precum şi rezultatele

încercărilor experimentale corespunzătoare [11], [148].

Descrierea dispozitivului

Dispozitivul realizat înlocuieşte portsabotul de frână, păstrând saboţii originali, se

compune, conform figurii , din două plăci portsabot pe care sunt sudate plăcile frontale cu

locaşuri de fixare a saboţilor. Între plăcile portsabot şi plăcile laterale prins cu ştifturi filetate se

găseşte elementul elastic echipat tensometric. Plăcile laterale se sprijină pe axa triunghiulară prin

două bucşe mari şi pe atârnător prin două bucşe mici.

Forţa de apăsare de la axa triunghiulară la saboţi şi de frecare de la saboţi la atârnător, se

transmit prin acelaşi element elastic.

Pe elementul elastic s-au aplicat traductori tensometrici rezistivi, constituiţi în două punţi

întregi, cu ajutorul dispozitivului putându-se determina forţele pe două direcţii ortogonale.

Dispozitivul tensometric a fost proiectat pentru o forţă de apăsare nominală de 50 KN şi

pentru o forţă de frecare nominală de 20 KN.

Efectuarea încercărilor şi rezultatele obţinute

Încercările în regim dinamic s-au efectuat în linia curentă folosind un tren de probă

format din locomotivă, vagon laborator şi vagon prototip de tip platformă–Rgss.

Dispozitivul de măsurare a forţelor de tip portsabot, a fost montat pe axa triunghiulară a

timoneriei de frână a vagonului, pe poziţia 1 la dus şi pe poziţia 2 la întors. Pentru asigurarea

unei verificări suplimentare a forţelor de apăsare axa triunghiulară utilizată a fost de tip doză de

măsurare (a se vedea figura 19), iar pe conducta generală a vagonului şi pe cilindrii de frână s-au

montat traductoare de presiune.

Page 53: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

52

În timpul încercărilor s-au efectuat frânări de urgenţă de la diferite trepte de viteză (100,

80, 60 şi 40 km/h) şi au fost înregistrate următoarele mărimi:

forţa normală de apăsare (FN);

forţa tangenţială de frecare (FT);

forţa de apăsare pe axa triunghiulară;

presiunea în conducta generală şi din cilindrii de frână (p).

Pentru înregistrare s-a folosit un sistem complex de achiziţie a datelor instalat pe un

laptop IBM.

Figura 19 . Axă triunghiulară tip doză de măsură şi portsabot special

pentru experimentare

În figurile 21, 22 şi 23 sunt prezentate pentru exemplificare, variaţiile în timp,

determinate experimental, ale următoarelor mărimi: forţa normală de apăsare; forţa tangenţială

de frecare şi presiunea în cilindrii de frână pentru portsabotul numărul 2, la o frânare de oprire de

urgență de la viteza de 100 Km/h.

În figurile 24 şi 25 sunt prezentate variaţiile coeficienţilor de frecare dintre saboţi şi roţi

în funcţie de viteză, determinate prin măsurători pentru portsabotul 1, respectiv pentru

portsabotul 2.

Page 54: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

53

Figura 20. Doze de măsură fixate pe portsabotul special construit

pentru experimentare [123]

Figura 21. Variaţia în timp a forţei normale de apăsare a saboţilor pe roţi pentru portsabotul 2

la o frânare de la viteza de 100 km/h

Page 55: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

54

Figura 22 . Variaţia în timp a forţei tangenţiale de frecare a saboţilor pe roţi pentru portsabotul

2 la o frânare de la viteza de 100 km/h

Figura 23. Variaţia în timp a presiunii în cilindrul de frână pentru portsabotul 2 la o frânare de

la viteza de 100 km/h

Page 56: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

55

Figura 24. Variaţia coeficientului de frecare în funcţie de viteză

pentru portsabotul 1

Figura 25. Variaţia coeficientului de frecare în funcţie de viteză

pentru portsabotul 2

Dispozitivul tensometric tip portsabot prezentat permite determinarea în regim dinamic a

forţelor normale de apăsare, tangenţiale de frecare dintre saboţi şi roţi şi a coeficientului de

frecare realizat în condiţii reale de exploatare.

Page 57: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

56

3.2.2. Cercetări experimentale privind capacitatea de frânare a vehiculelor feroviare

echipate cu frâna cu disc

Pentru determinarea caracteristicilor de frânare a vehiculelor feroviare echipate cu frâna

cu disc, pe lângă măsurarea în regim static a forţei de apăsare a garniturilor de frecare pe discul

de frână şi în regim dinamic a spaţiului de frânare, pentru stabilirea procentului masei frânate

respectiv a masei frânate, prezintă o mare importanţă măsurarea în regim dinamic a forţelor

normale de apăsare a garniturilor de frecare pe discul de frână şi a forţelor tangenţiale de frecare

dintre aceste elemente.

Descrierea dispozitivului

Dispozitivul propus [11], înlocuieşte portgarnitura de frecare păstrând garniturile

originale este alcătuit din următoarele elemente:

Figura 26. Elementele componente ale dispozitivului propus

Portgarnitura 1;

Două plăci laterale 2;

Elementul elastic 3;

Manşoanele 4;

Garniturile de frecare 5 şi 6.

Pe elementul elastic 3 s-au aplicat timbre tensometrice rezistive, constituite în două punţi

Wheatstone, astfel încât cu ajutorul acestui dispozitiv să se poată determina forţe pe două direcţii

ortogonale.

Dispozitivul a fost proiectat pentru următorii parametrii:

Forţă de apăsare nominală – 4000 daN;

Forţă de frecare nominală – 2000 daN.

Page 58: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

57

Efectuarea încercărilor experimentale şi rezultatele obţinute

Pentru experimentare a fost echipată o timonerie de frână aferentă unei osii a vagonului

laborator, prevăzut cu frâna cu disc, cu patru doze de măsurare care au fost amplasate pe

portgarnituri păstrând garniturile de frecare originale. Au fost efectuate frânări totale de la

diferite viteze de început al frânării (100 km/h, 80 km/h şi 40 km/h), semnalele dispozitivelor de

măsurare, opt pentru forţe şi unul pentru presiunea din cilindrul de frână, au fost preluate de

amplificatoarele tensometrice şi apoi înregistrate pe un înregistrator cu patru canale (prin

intermediul unei interfeţe analogic – digital semnalele au fost introduse într-o bază de date şi

prelucrate cu ajutorul unui software specializat).

Utilizând un filtru RFT şi un înregistrator grafic XY tip 622.01 au rezultat următoarele

diagrame:

Presiunea aerului comprimat din cilindrul de frână în funcţie de timp (p = f (t)) – figura

27;

Forţa de apăsare normală a garniturii de frecare pe discul de frână în funcţie de timp (FN

= f (t)) – figura 28;

Forţa tangenţială de frecare în funcţie de timp (FT = f (t)) – figura 29;

Forţa tangenţială în funcţie de forţa normală (FT = f (FN)) care reprezintă de fapt valoarea

coeficientului de frecare dinamic – figura 30.

Alura diagramelor enumerate pentru celelalte trei doze de măsurare este asemănătoare

celor din figurile 27, ... , 30 (trasate pentru o viteză de început al frânării de 100 km/h), iar în

tabelul 6 sunt prezentate valorile coeficienţilor de frecare pentru toate cele patru doze de

Figura 27. Variaţia presiunii aerului

comprimat din cilindrul de frână în funcţie de

timp

Figura 28. Variaţia forţei de apăsare normală

a garniturii de frecare pe discul de frână în

funcţie de timp

Page 59: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

58

măsurare, obţinute la frânări totale de la viteze de început al frânării de 100 km/h, 80 km/h şi 40

km/h.

Figura 29. Variaţia forţei tangen-ţiale de

frecare în funcţie de timp

Figura 30. Variaţia forţei tangenţiale în

funcţie de forţa normală

Tabelul 6. Valorile coeficienţilor de frecare pentru cele patru doze de măsurare

Viteza [km/h] 40 80 100

Coeficientul

de

frecare

()

Doza 1 0,284 0,284 0,320

Doza 2 0,295 0,309 0,325

Doza 3 0,436 0,435 0,436

Doza 4 0,325 0,325 0,325

Concluzii

Dispozitivul prezentat permite determinarea în regim dinamic a forţei de apăsare şi de

frecare dintre garniturile de frecare şi discul de frână şi coeficientul de frecare între aceste

elemente ale cuplei de frecare în condiţii reale de exploatare.

Analizând rezultatele experimentale se pot trage următoarele concluzii:

Coeficientul de frecare determinat în regim dinamic, în linie curentă, este aproximativ

constant la variaţia vitezei de circulaţie.

Diferenţele între coeficienţii de frecare obţinuţi la aceeaşi viteză cu cele patru doze sunt

date de uzura diferită a discurilor de frână (două pe osie) şi de variaţia forţei de apăsare

normală a garniturilor de frecare pe discul de frână.

Coeficientul de frecare dinamic determinat cu ajutorul dozelor se încadrează în limitele

impuse de UIC prin fişa UIC 541-3, valorile obţinute experimental fiind cuprinse în

domeniul μ = 0,28 ... 0,46.

Page 60: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

59

3.3. CERCETĂRI PRIVIND ENERGIA CINETICĂ LA FRÂNAREA DE OPRIRE

A VEHICULELOR FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

3.3.1. Noțiuni introductive

Frânarea vehiculelor feroviare [4], [11], poate fi :

frânare de oprire cînd viteza vehiculului tinde la zero, într-o perioadă de timp scurtă

(frânarea de urgenţă, oprirea într-o staţie, etc) în limitele admise;

frânare de durată necesară pentru coborârea unor pante lungi sau pentru menţinerea

constantă a vitezei pe o anumită secţie de remorcare.

Indiferent de tipul frânării vehiculului feroviar energia cinetică a acestuia este disipată

prin intermediul elementelor sistemului de frânare (mecanic, electric, fluidic,etc). În cazul

vehiculelor de mare viteză a căror frână principală în majoritatea cazurilor face parte din sistemul

mecanic de frânare, transformarea energiei cinetice a acestora se face prin intermediul

elementelor cuplelor de frecare conform schemei următoare:

Figura 31. Modul de disipare a energiei cinetice a vehiculului feroviar

Page 61: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

60

La o analiză microscopică a suprafeţelor, elementelor cuplei de frecare, care vin în

contact direct, s-a constatat că acestea sunt formate din "micromunţi" (proeminenţe) şi

"microvăi" (adâncituri) (figura 32) :

Figura 32. Suprafața de contact a elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc

(analiză microscopică)

Rezultă deci că energia cinetică a vehiculului este transformată în primul rând în lucru

mecanic de deformare (elastică şi plastică) a acestor proeminenţe şi în final în căldură, mărindu-

se astfel temperatura elementelor cuplei de frecare. De asemenea, se remarcă faptul că suprafaţa

efectivă de contact a celor două elemente este diferită de suprafaţa nominală şi anume constituie

numai o parte din aceasta determinată de suma suprafeţelor proeminenţelor în contact:

n

1iin21e SS...SSS (9)

Întrucât circulaţia la viteze mari implică energii cinetice ale vehiculelor de asemenea mari

este foarte importantă stabilirea regimului termic al elementelor cuplei de frecare care vin în

contact direct şi care sunt elemente înmagazinatoare şi disipatoare de căldură.

În figura următoare (33) s-a prezentat la o scară mărită zona de contact a două corpuri

solide diferite ca material evidenţiindu-se liniile de flux termic.

Se observă că suprafaţa de contact efectivă este net inferioară celei nominale, transferul

de căldură făcându-se aproape în totalitate prin intermediul proeminenţelor celor două suprafeţe.

Interstiţiile dintre zonele în contact au forme mai mult sau mai puţin regulate, în acestea găsindu-

se în cazul de faţă aerul.

Astfel se poate afirma că transferul de căldură între două corpuri solide din materiale

diferite (1 2) are loc printr-un mecanism combinat şi anume :

conducţie prin zonele de contact real;

conducţie prin fluidul (aer) din interstiţii;

convecţie şi radiaţie prin acest fluid.

Page 62: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

61

Figura 33. Zona de contact a două corpuri solide diferite ca material

Datorită dimensiunilor reduse ale interstiţiilor şi presiunii de contact mari, efectul

convecţiei în aerul din acestea se poate neglija. De asemenea, existenţa unei diferenţe mici de

temperatură între cele două suprafeţe produce o diminuare a ponderii radiaţiei termice. Ca

urmare, transferul de căldură între două corpuri solide în contact are loc, în principal, prin

conducţie atât prin zonele efective de contact, cât şi prin fluidul din interstiţii.

3.3.2. Calculul energiei disipate la frânarea de oprire cu ajutorul frânei cu disc

Proiectarea unui vehicul feroviar de mare viteză (sistemul de tracțiune, sistemul de

frânare, etc.) se face cunoscând profilul liniei pe care va circula.

Întrucât în lume, la ora actuală, se circulă cu viteze comerciale de 250 – 350 km/h,

rețelele feroviare de mare viteză au un profil predominant în aliniament și palier, și curbe cu raze

foarte mari.

Astfel, în cele ce urmează se va determina energia cinetică în cazul frânării de oprire,

regim predominant la viteze mari în comparație cu frânarea de durată.

La frânarea de oprire, energia cinetică a trenului de mare viteză, echipat cu frână cu disc,

se transformă în lucru mecanic al forțelor rezistente și apoi în căldură ridicând astfel temperatura

elementelor cuplei de frecare disc de frână – garnitură de frecare.

Energia cinetică care urmează să fie anulată prin frânare în timpul tb (durata frânării), [7],

[11], este dată de relația:

J

2

RS206,3

Vm1

E

tf

2

cf

(10)

Se va considera trenul de mare viteză TGV – PSE, a cărui rezistență totală la înaintare a

fost determinată experimental, [87], pentru o compunere L + 8V + L și o masă totală de 390 t.

Expresia spațiului de frânare (Sf) din relația (10) are următoarea formă:

Page 63: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

62

m

2,7

tV

rg

V193,3S u

ts

2

f

(11)

în care s-au făcut următoarele notații:

µs – coeficientul de frecare dintre discul de frână și garnitura de frecare;

- coeficientul de frânare;

rt – rezistența specifică la înaintare a trenului, [N/kN], (în calcule rt = 20 N/kN);

tu – timpul de umplere a cilindrului de frână cu aer comprimat, [s].

Înlocuind relația (11) în (10) se obține energia cinetică a trenului de mare viteză

considerat, care trebuie disipată prin frânare la circulația în aliniament și palier (relația 12):

JVcVba

2,7

tV

rg

V193,310

2

6,3

Vm1

E 2u

ts

2

2

cf

(12)

Utilizând relația (12) și a parametrilor prezentați mai jos se calculează, pentru diferite

viteze de început al frânării, V [0, 200] km/h, spațiul de frânare (Sf), energia cinetică (Ecf) a

trenului respectiv, energia cinetică preluată de o osie (Ecfo) și energia cinetică preluată de un disc

de frână (Ecfd).

timpul de umplere a cilindrului de frână cu aer comprimat, tu = 4 s;

coeficientul de frânare, = 0,35;

diametrul roții de rulare, D = 920 mm;

raza medie de frânare a discului de frână, rm = 215 mm;

coeficientulde aderență fa calculat cu relația lui Curtius – Kniffler, [102]:

161,044V

5,7fa

(13)

Valorile calculate sunt prezentate în tabelul 7, iar în figurile 34, 35 și 36 sunt reprezentate

variațiile cu viteza ale mărimilor calculate, (V [km/h], Sf [m] și Ecf [J]).

Page 64: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

63

Tabelul 7. Valorile spațiului de frânare (Sf), energiei cinetice a trenului (Ecf), energiei cinetice preluată de o osie (Ecfo) și ale energiei

cinetice preluată de un disc de frână (Ecfd)

Viteza

V [km/h]

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Spațiul de

frânare Sf [m]

0 23,07791 72,453034 150,74475 259,73333 400,67100 574,46423 781,78534 1023,1435 1298,9315 1609,457

Energia

cinetică

frânată, Ecf

[kJ]

0 63116,44 252436,97 567768,22 1008834,3 1575263,1 2266587,5 3082244,8 4021574,3 5083817 6268115

Energia

cinetică pe

osie, Ecfo [kJ]

0 445,8172 1781,140 3992,373 7059,599 10956,28 15649,11 21097,84 27255,30 34067,28 41472,54

Energia

cinetică pe

disc, Ecfd [kJ]

0 148,6057 593,7136 1330,791 2533,531 3652,095 5216,370 7032,616 9085,102 11355,76 13824,18

Page 65: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

64

Figura 34. Variația spațiului de frânare Sf cu viteza

Figura 35. Variația energiei cinetice a trenului Ecf cu viteza

Page 66: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

65

Figura 36. Variația energiei cinetice preluată de o osie (Ecfo) și de un disc de frână (Ecfd) cu viteza

Page 67: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

66

3.4. STUDIUL TEORETIC AL PUTERII DE FRÂNARE ÎN CAZUL FRÂNĂRII DE

OPRIRE CU AJUTORUL FRÂNEI CU DISC

Energiei cinetice a trenului de mare viteză considerat îi corespunde o putere medie de frânare

dată de relația:

Wt

EP

b

cfmf (14)

Înlocuind în relația (14) expresia energiei cinetice dată de relația (13) se obține puterea medie

de frânare, [10,11], [156], (relația 15):

WVcVba

2,7

tV

rg

V193,3

t

10

t2

6,3

Vm1

P

2

u

ts

2

bb

2

mf

(15)

Considerând că se execută o frânare de oprire, utilizând numai frâna cu disc, puterea de frânare

pe disc se obține din relația următoare (16):

WVcVba

2,7

tV

rg

V193,3

nt

10

nt2

6,3

Vm1

PPnP

2

u

ts

2

dbdb

2

mfdmfddmf

(16)

Întrucât trenul de mare viteză considerat (TGV-PSE) are o compunere cunoscută: 6 boghiuri

motoare și 7 boghiuri nemotoare, numărul de discuri de frână nd, considerând 3 discuri autoventilate pe

osie, este:

nd = 3·nb·nob = 3·7·2 = 42 discuri

În acest caz puterea de frânare pe discul de frână se calculează cu ajutorul relației (16) în care se

înlocuiește nd = 42 discuri.

Valorile calculate se prezintă în tabelul următor (8) iar cu ajutorul acestora în figurile 37, 38 și

39, s-a reprezentat variația puterii de frânare a trenului de mare viteză (Pmf – puterea de frânare totală;

Pmfo – puterea de frânare pe osie; Pmfd – puterea de frânare pe disc) în funcție de viteză, pentru diferite

durate ale frânării (tb = 30 s; 40 s; 50 s și 60 s).

Page 68: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

67

Tabelul 8.Valorile puterii de frânare pentru diferite durate ale frânării de oprire (tb)

Viteza V [km/h] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

tb = 30 s

Pmf [kW] 0 208,0480 831,1991 1863,107 3294,479 5112,933 7302,918 9845,662 12719,14 15898,06 19353,8

Pmfo [kW] 0 14,86057 59,37136 133,0791 235,3199 365,2095 521,6370 703,2616 908,5102 1135,576 1382,41

Pmfd [kW] 0 4,953524 19,79045 44,35970 78,43999 121,7365 173,8790 234,4205 302,8367 378,5254 460,806

tb = 40 s

Pmf [kW] 0 156,0360 623,3993 1397,330 2470,859 3834,700 5477,188 7384,246 9539,358 11923,55 14515,3

Pmfo [kW] 0 11,23829 44,93543 100,9781 179,2003 279,3810 401,2425 544,4496 708,6090 893,2690 1097,91

Pmfd [kW] 0 3,715174 14,84284 33,26977 58,82999 91,30238 130,4092 175,8154 227,1275 283,8940 345,604

tb = 50 s

Pmf [kW] 0 124,8288 498,7194 1117,864 1976,687 3067,760 4381,750 5907,397 7631,486 9538,841 11612,3

Pmfo [kW] 0 8,91634 35,6228 79,8474 141,1919 219,1257 312,9822 421,9569 545,1061 681,3445 829,450

Pmfd [kW] 0 2,972114 11,8742 26,6158 47,0639 73,0419 104,3274 140,6523 181,702 227,1152 276,483

tb = 60 s

Pmf [kW] 0 104,0240 415,5995 931,5538 1647,239 2556,466 3651,459 4922,831 6359,572 7949,034 9676,92

Pmfo [kW] 0 7,430287 29,68568 66,53955 117,6599 182,6047 260,8185 351,6308 454,2551 567,7881 691,209

Pmfd [kW] 0 2,47675 9,89522 22,1798 39,2199 60,8682 86,9395 117,210 151,418 189,262 230,403

Page 69: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

68

Figura 37. Variația puterii de frânare a trenului Pmf cu viteza pentru diferite durate ale fânării

Figura 38. Variația puterii de frânare pe osie Pmfo cu viteza pentru diferite durate ale fânării

Page 70: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

69

La reprezentarea grafică a puterii de frânare în funcție de viteza trenului s-a utilizat ca unitate de

măsură [W] și următoarele prescurtări:

Pmf1, Pmfo1, Pmfd1 – puterile de frânare corespunzătoare duratei de frânare: tb1 = 30 s;

Pmf2, Pmfo2, Pmfd2 – puterile de frânare corespunzătoare duratei de frânare: tb1 = 40 s;

Pmf3, Pmfo3, Pmfd3 – puterile de frânare corespunzătoare duratei de frânare: tb1 = 50 s;

Pmf4, Pmfo4, Pmfd4 – puterile de frânare corespunzătoare duratei de frânare: tb1 = 60 s.

Figura 39. Variația puterii de frânare pe disc Pmfd cu viteza pentru diferite durate ale fânării

Page 71: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

70

3.5. CERCETĂRI TEORETICE ȘI EXPERIMENTALE PRIVIND TEMPERATURA

ELEMENTELOR CUPLEOR DE FRECARE ALE FRÂNELOR VEHICULELOR

FEROVIARE DE MARE VITEZĂ

Temperatura elementelor cuplei de frecare ale unei frâne este unul dintre criteriile importante

de utilizare a acestei frâne pe vehiculele feroviare de mare viteză.

Tendinţele actuale în proiectarea şi construcţia vehiculelor de mare viteză converg spre:

Reducerea cât mai mult posibil a masei vehiculului;

O formă aerodinamică a vehiculului care să nu necesite consum mare de putere pentru tracţiune;

Utilizarea unor materiale cu caracteristici mecanice şi fizico – chimice care să asigure siguranţă

maximă în exploatare şi o mare fiabilitate.

Deoarece principalele funcţii ale roţii de rulare sunt susţinerea şi ghidarea şi datorită

temperaturilor destul de mari atinse la frânarea de la viteze mai mari de 160 km/h, frâna cu saboţi nu se

pretează a fi utilizată pe vehicule feroviare de mare viteză ca frână principală ci numai ca frână

suplimentară (de staţionare).

Micşorarea temperaturii elementelor cuplei de frecare disc de frână – garnitură de frecare se

poate realiza prin:

Mărirea numărului de discuri pe osie;

Utilizarea unor discuri cu configuraţie deosebită (neventilate) şi din materiale cu densitate

mică (aliaje pe bază de aluminiu) sau materiale ceramice;

Utilizarea frânei cu disc împreună cu o frână a cărei acţiune este independentă de aderenţa

dintre roată şi şină.

Figura 40. Amplasarea discurilor de frână neventilate pe osia unui

vehicul feroviar de mare viteză nemotor

Page 72: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

71

Prin mărirea numărului de discuri autoventilate, confecţionate din fontă, amplasate pe osie se

măreşte masa nesuspendată a vehiculului cu efecte negative asupra duratei de viaţă a osiei montate şi

indirect asupra fiabilității vehiculului în ansamblu.Prin utilizarea discurilor neventilate (a se vedea

figura 40) confecționate din oţel aliat cu înaltă limită de elasticitate se obţin temperaturi mai mici în

comparaţie cu cele obţinute cu discurile autoventilate precum şi reducerea considerabilă a rezistenţei

aerodinamice dată de mişcarea de rotaţie a discurilor de frână autoventilate în regim de tracţiune

(această rezistenţă conduce la un consum de aproximativ 3 % din puterea instalată pentru tracţiune).

3.5.1. Stabilirea ecuației căldurii (FOURIER) pentru frânarea de oprire

După ipotezele și cercetările lui Hasselgruber [91, 92], și Ehlers [80], principalul mod de

transmitere a căldurii, în cazul frânării de oprire este conducția, întrucât căldura transmisă prin

convecție și radiație este foarte mică (mai ales la frânarea de oprire de la viteze mari care se desfășoară

într-un timp foarte scurt) și nu afectează, în mare măsură, temperatura elementelor cuplelor de frecare

ale frânelor din sistemul mecanic de frânare (frâna cu saboți și în special frâna cu disc).

Conducția este procesul de transmitere a căldurii în interiorul unui corp sau între corpuri aflate

în contact direct de la particulă la particulă (la nivel atomic).

În cazul frânării de oprire a vehiculelor feroviare echipate cu frâne din sistemul mecanic de

frânare (de exemplu cu frâna cu saboți considerată deja clasică), conducția are loc între roată (cu bandaj

sau monobloc) și saboții de frână, două corpuri diferite ca material și proprietăți fizico-mecanice.

În acest caz câmpul de temperaturi se poate scrie cu ecuația diferențială a căldurii, considerând

că transmiterea căldurii de la suprafața de frecare se face numai în direcție perpendiculară pe aceasta.

Astfel, considerând un element de volum infinitezimal (a se vedea figura 41) cu suprafața dS și

grosimea dx (dintr-o bară de lungime x) și presupunând o variație liniară ,[151], a temperaturii în

lungul lui dx se obține:

Cantitatea de căldură intrată în elementul de volum considerat în unitatea de timp este dată de

relația:

dS

x

TdQ1

(17)

Cantitatea de căldură care iese din elementul de volum infinitezimal este dată de relația:

dS

x

TT

xdQ2

(18)

unde: λ – este coeficientul de conductibilitate termică.

Căldura înmagazinată în volumul elementar considerat este dată de diferența primelor două

relații (17 și 18):

Page 73: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

72

dSdx

x

T

dSdxx

TdS

x

TdS

x

T

dSx

TT

xdS

x

TdQdQ

2

2

2

2

21

(19)

Figura 41.Element de volum infinitizemal cu suprafața dS și grosimea dx

Deci:

dSdx

x

TdQdQ

2

2

21

(20)

Căldura înmagazinată în volumul elementar considerat, ținând cont de caracteristicile

materialului din care este confecționat corpul, este dată de relația:

Page 74: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

73

dSdx

t

TcdQ

(21)

unde: ρ – densitatea materialului respectiv;

c – căldura specifică a corpului în punctul considerat.

Deci:

dSdx

t

TcdSdx

x

TdQdQdQ

2

2

21

(22)

care devine:

2

2

x

T

ct

T

(23)

Ținând cont de relația de definiție a coeficientului de difuzitivitate:

ca

(24)

relația (23) devine:

2

2

x

Ta

t

T

(25)

Această ecuație diferențială cu derivate parțiale de ordinul II este ecuația căldurii pentru un corp

neomogen dar izotrop.

3.5.2. Rezolvarea ecuației lui Fourier în cazul frânării de oprire

Ecuația lui Fourier (25) descrie fenomenul conducției într-o formă generală. Se caută pentru

rezolvarea acestei ecuații soluții particulare netriviale (care nu sunt identic nule) de forma următoare:

tTxXx,tT (26)

care satisfac condițiile la limită spațiale:

0l,tT0,tT (27)

Page 75: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

74

Presupunând că T depinde exclusiv de t iar X numai de x și substituind relația (26) în relația

(25) se obține:

tTxXatTxX ,,, (28)

sau:

2,,,

cttTa

tT

xX

xX

(29)

În relația precedentă (13), membrul stâng nu depinde de t iar membrul drept nu depinde de x,

prin urmare: xX

xX ,,

și tT

tT ,

nu depind nici de x și nici de t, deci sunt egale cu o constantă.

Astfel, ecuația (29) se descompune în două ecuații (una în funcție de t iar cealaltă în funcție de

x), deci variabilele s-au separat, obținându-se:

0tTatT

0xXxX

2,

2,,

(30)

Formulele care dau soluția generală reală a primei ecuații din sistemul (30):

0xXxX 2,,

au o formă diferită în funcție de dependența de zero a constantei utilizate. Pentru constanta negativă se

obține soluția generală a ecuației de forma:

xsinCxcosCxX 21 (31)

Punând condițiile la limită (spațiale) se obține:

l

kkl0lsinC0lX

0C0xX

2

1

(32)

cu k ϵ Z, k ≠ 0 deoarece s-a presupus constanta negativă.

A doua ecuație din sistemul (30) are soluția generală:

t2a3 eCtT (33)

Page 76: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

75

iar soluțiile particulare ale sistemului sunt de forma:

t2aexsinBxcosA,x,tT (34)

unde: A și B sunt funcții arbitrare de parametrul real μ ( 0 ).

Dacă se înmulțește relația (34) cu dμ și se integrează de la 0 la +∞ rezultă:

0 0

t2a dexsinBxcosAd,t,xTt,xT (35)

Considerând repartiția temperaturii în lungul barei exprimată prin funcția g(x) la timpul t=0:

0tTxg (36)

care trebuie să fie absolut integrabilă de la 0 la +∞ și netedă pe porțiuni, condiția (36) conduce la

integrala Fourier a funcției g(x):

0

dxsinBxcosAxg (37)

unde: A(μ) și B(μ) sunt date de integralele convergente:

0

dvvcosvg1

A (38)

0

dvvsinvg1

B (39)

Introducând expresiile (38) și (39) în relația (19) se obține forma soluției generale:

0 0

t2a dvevxcosvgd1

t,xT (40)

Schimbând ordinea de integrare în relația (40), se va obține:

Page 77: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

76

0

t2a

0

dvxcosedvvg1

t,xT (41)

Luând separat a doua integrală din relația (41) și făcând substituțiile următoare:

taz și vxz

ta

dzd

ta

vx

se obține relația:

0 0

2zt2a Ita

1dzzcose

ta

1dvxcose (42)

Derivând relația (42) în raport cu ν de sub semnul integrală:

0

2z, dzzsinzeI (43)

care integrată prin părți conduce la relația:

0

2z0

2z, I2

dzzcose2

zsine2

1I (44)

Făcând raportul:

I

I,

rezultă din relația (44):

aI

I,

integrând se obține:

4

2

ecI

(45)

Constanta de integrare c se determină făcând pe ν = 0 în relația (45):

Page 78: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

77

0

2z

2dze0Ic (46)

care se deduce din integrala Euler – Poisson:

dze2z

Deci, I(ν) este de forma:

4

2

e2

I

(47)

Introducând expresia I(ν), relația (47) în relația (26) se va obține:

ta4

2vx

0

t2a eta2

1dvxcose

(48)

Cu aceasta soluția generală dată de relația (41) va deveni:

0

ta4

2vx

dvevgta2

1t,xT (49)

Considerând pentru g(v) valorile:

dx,0vctvg

dx,0,0v0vg

(50)

se va obține următoarea distribuție de temperatură în bara semiinfinită:

dx

0

ta4

2vx

dvetetanconsta2

1t,xT (51)

Aplicând prima formulă de medie în calculul integral:

Page 79: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

78

FdxxF

unde: , se obține:

tetanconsdxeta2

1t,xT ta4

2vx

(52)

Relația (52) este valabilă pentru un dx mic, în jurul originii, (x = 0), temperatura g(v) în

intervalul mic (0,dx) este constantă, iar t oarecare.

Considerând fluxul termic q și t = tb (durata frânării), rezultă temperatura:

bta4

2x

bb e

tc

qt,xT

(53)

Mărimile λ (conductivitatea termică), ρ (densitatea), c (căldura specifică) și a (coeficientul de

difuzitivitate a temperaturii) sunt valori ale materialelor corpurilor în contact direct, tb este durata de

frânare iar x distanța de la suprafața de frecare.

Notând cu b lățimea sabotului de frână, coeficientul lui Fourier este dat de relația:

2b

ob

taF

(54)

Din această expresie (54) se observă că Fo ≈ 0, pentru b→∞, iar tb și a sunt deosebit de mici,

situație care nu se poate realiza practic.

Valabilitatea ecuației (53) poate fi exprimată prin condiția ca Fo să rămână mic. La frânarea de

oprire, trebuie să-i fie asociate în timp mici concentrări de căldură de forma: dq (a se vedea

figura 42), care produc, la timpul t, temperatura:

ta4

2x

etc

dqTd (55)

Prin integrare se obține temperatura la timpul t:

Page 80: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

79

Figura 42. Concentrare mică de căldură obținută în timp la frânarea de oprire

1

0

ta4

2x

Ac

1d

t

eq

c

1T (56)

unde:

1

0

ta4

2x

dt

eqA (57)

Pentru rezolvarea acestei integrale (A), se vor face următoarele substituții:

Page 81: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

80

tpentruzsi0pentruta4

xz

za2

xtiardz

za4

x2d

za4

xt

ta4

xz

ta4

xz

3

2

2

222

(58)

Cu aceste substituții (58), expresia lui A va deveni:

ta4

x3

22z

2

2

dzza4x

x2za2e

za4

xtqA

ta4

x2

2z

2

2

Ba

xdz

za

xe

za4

xtqA (59)

În cazul frânării de oprire, considerând o scădere liniară a căldurii, de forma:

b

aa

t

qqq (60)

unde qa este fluxul termic la începutul frânării, și făcând schimbarea de variabilă:

2

2

za4

xt

expresia lui q(ι) poate fi scrisă sub forma:

2

2

b

a

b

aa2

2

za4

x

t

qt

t

qq

za4

xtq

(61)

Cu acestea integrala B din relația (59) va fi exprimată cu relația:

Dta4

xqCt

t

qqdz

z

e

za4

x

t

qt

t

qqB

b

2a

b

aa2

2z

ta4

x2

2

b

a

b

aa

în care:

Page 82: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

81

z

1ddz

z

1

z

1

dz

z

1d

dar,dzz

eC

22

ta4

x2

2z

(62)

ta4

x

ta4

x

ta4

x

2z duvvudvuz

1deC (63)

Aplicând formula de integrare prin părți, se obține:

22z zwz

1veu

z2dz

dwiaree

dw

dudar

dz

dw

dw

du

dz

du 2zw

Rezultă:

ta4

x

2z

2z2z dze2

ta4

xz

eCsiez2

dz

du (64)

ta4

x

00

ta4

x

ta4

x

2zta4

2x

deoarecesaudze2ex

ta4C

ta4

x

0

2z

0

2zta4

2x

dze2dze2ex

ta4C

Page 83: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

82

Expresia: z

0

2z dze2 se exprimă cu ajutorul funcției erorilor lui Gauss:

z

0

2z dze2

(65)

astfel încât:

ta4

xe

x

ta4C ta4

2x

(66)

unde: Φ(∞) = 1

ta4

x1e

x

ta4C ta4

2x

(67)

Integrând prin părți pe D se obține o relație care se poate exprima cu ajutorul expresiei lui C:

344

3

z

1d

3

1dz

z

1

z

3

dz

z

1d

făcând substituțiile:

3

2z2z

z

1v,dzez2dueu

rezultă:

duvvu3

1dvu

3

1

z

1de

3

1D

ta4

x3

2z (68)

C3

2e

x

ta4

3

1

C2

ta4

xz

e

3

1dz

z

e2

ta4

xz

e

3

1D

ta4

2x3

3

2z

ta4

x3

2z

3

2z

Page 84: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

83

Cu acestea B va deveni:

ta4

2x

b

a2

b

aa

2

b

aa

ta4

2x

ta4

2x32

b

a2

b

a

b

aa

ta4

2x32

b

a

b

aa

ex3

tat2

t

q

ta43

x21t

t

qq

ta4

x1

ta43

x21t

t

qqe

x

ta4

ex

ta4

3

1

a4

x

t

q

a43

x2

t

qt

t

qqC

C3

2e

x

ta4

3

1

a4

x

t

qCt

t

qqB

Având determinată expresia lui B, A va avea următoarea formă:

ta4

2x

b

a2

b

aa

2

b

aa

ta4

2x

ett3

2

t

q

ta43

x21t

t

qq

ta4

x1

a

x

ta43

x21t

t

qqet2A

Astfel, temperatura căutată, în funcție de spațiu (x) și de timp (t), va avea următoarea expresie

(69):

ta4

x

3

21t

t

qq

ta4

x1

x

ta4

x1t

t

q

3

2q

c

et2t,xT

2

b

aa

2

b

aa

ta4

2x

(69)

Pentru frânarea de oprire, ecuația (69) are următoarea formă (70):

Page 85: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

84

ta4

x

3

21

t

t1

ta4

x1

qx

ta4

x1

t

t

3

21

c

eqt2t,xT

2

b

a

2

b

ta4

2x

a

(70)

În multe cazuri este suficientă cunoașterea temperaturii suprafețelor de frecare ale elementelor

cuplei de frecare a frânei cu saboți (roata de rulare și sabotul de frână):

b

a

t

t

3

21

c

tq20,tT (71)

Pentru a obține timpul după care se atinge temperatura maximă a suprafețelor de frecare se

diferențiază ecuația (71):

b

aa

t2

t3

3

2

c

q2

t2

1

c

q2

dt

0,tTd

0

t

t

t2

1

c

q20

dt

0,tTd

b

a

dar:

2

tt0

tt2

t2t0

t

t

t2

10

c

q2 b

b

b

b

a

(orientativ)

Pentru determinarea temperaturii maxime a suprafețelor de frecare se va înlocui relația

anterioară (72) în relația (71), obținându-se:

c3

tq220,

2

ttT

bab

(73)

Temperatura finală a suprafețelor de frecare se determină din relația (71) unde se va înlocui: t =

tb:

Page 86: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

85

c3

tq20,ttT

bab

(74)

Raportul dintre temperatura maximă (73) și temperatura finală (74) va fi:

2

2

22

c3

tq2

c3

tq22

0,ttT

0,2

ttT

ba

ba

b

b

(75)

3.5.3. Variația temperaturii în timpul răcirii (t>tb)

Deoarece la t = tb producerea de căldură se termină, pentru determinarea temperaturii la t > tb se

integrează ecuația (55) între limitele: 0 și bt :

bt

0

bt

0

ta4

2x

etc

dqTd

bt

0

ta4

2x

Ac

1d

t

eq

tc

1T

Soluția matematică a integralei A, din relația precedentă, se va găsi utilizând metoda schimbării

variabilei:

bt

0

ta4

2x

dt

eqA

Făcând substituția:

ta4

xz rezultă:

ta4

xz

pentru 0 și

btta4

xz

pentru bt .

Integrala A va deveni:

Page 87: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

86

btta4

x

ta4

x 2

2z

2

2

Ba

xdz

za

xe

za4

xtqA (76)

unde:

btta4

x

ta4

x b

2a

b

aa2

2z

2

2

b

a

b

aa D

ta4

xqCt

t

qqdz

z

e

za4

x

t

q

t

tqqB

unde:

btta4

x

ta4

x

btta4

2x

bta4

2x

2

2z

ettetx

a2dz

z

eC

ta4

x

tta4

x

b

(77)

iar

C3

2ettet

x3

aa8dz

z

eD

btta4

x

ta4

x

btta4

2x

3b

ta4

2x

3

34

2z

Rezultă deci că:

Page 88: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

87

ta4

x

3

21

t

qq

ta4

x

tta4

x

t

t

2

1

ta4

x1

t

q

3

2q

ettta4

x1t

t3

q2qet

x

a2B

2

b

aa

b

b2

b

aa

btta4

2x

b

2

b

aa

ta4

2x

Dar:

ta4

x

3

21

t

qq

ta4

x

tta4

x

t

t

2

1

ta4

x1

t

q

3

2qett

ta4

x1t

t3

q2qet

2Ba

xA

2

b

aa

b

b2

b

aa

btta4

2x

b

2

b

aa

ta4

2x

Astfel, ecuația care va da variația temperaturii în timpul răcirii (t > tb), va avea următoarea

formă (78):

ta4

x

3

21

t

t1

ta4

x

tta4

xqx

ta4

x1

t

t1ett

3

2

ta4

x1

t

t

3

21et

c

q2x,ttT

2

bb

a

2

b

btta4

2x

b

2

b

ta4

2x

ab

Pentru x = 0 se va obține din ecuația precedentă (78) temperatura suprafețelor de frecare în

cazul t > tb:

Page 89: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

88

bb

b

ab

t

t1tt

3

2

t

t

3

21t

c

q20,ttT (79)

3.5.4. Repartiția căldurii pe sabot și pe suprafața de frecare a roții

În stratul limită de contact roată și sabotul de frână au aceeași temperatură, deoarece pe locul de

producere a căldurii au aceeași suprafață.

Astfel, conform relației (71) la frânarea de oprire, pe partea sabotului rezultă temperatura:

bkkk

ak

t

t

3

21

c

tq20,tT (80)

iar pe partea roții:

bRRR

aR

t

t

3

21

c

tq20,tT (81)

Expresia: c reprezintă o valoare care depinde exclusiv de material.

Pentru același coeficient Fourier cu relațiile (80) și (81) se obține repartizarea căldurii pe sabot

și roată:

RRR

kkk

aR

ak

c

c

q

q

(82)

Dacă ținem seama, însă, de neegaliatatea coeficienților Fourier pentru sabot și roată, rezultă

pentru repartiția căldurii:

RRR

kkk

k0FaR

ak

c

c

f

1

q

q

(83)

unde: fF0k – este factorul de corecție definit ca fiind raportul dintre temeperaturile medii ale suprafeței

de frecare pentru F0 ≈ 0 și F0 >0.

Din relațiile (82) și (83) ținând cont de: akaRa qqq , rezultă partea căldurii care revine roții:

RRR

kkk

okF

aaR

c

c

f

11

qq

(84)

Page 90: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

89

3.5.5. Relații de calcul al temperaturii

La frânarea de oprire variația temperaturii roții în raport cu temperatura mediului ambiant,

pentru un timp inferior duratei de frânare (t < tb), este dată de relația:

RRR

kkk

okFRRR

ba

b

c

c

f

11c

t

t

3

21tq2

0,ttT (85)

Temperatura maximă a suprafețelor de frecare ale elementelor cuplei de frecare se obține prin

înlocuirea lui t cu bt2

1t , relația (70):

RRR

kkk

okFRRR

babmax

c

c

f

11c3

tq220,t

2

1tTT (86)

Temperatura suprafețelor de frecare la sfârșitul frânării este dată de expresia:

RRR

kkk

okFRRR

bab

c

c

f

11c3

tq20,ttTT (87)

În cazul răcirii (t > tb) variația temperaturii suprafețelor de frecare, ale roții și sabotului de frână,

are expresia:

RRR

kkk

okFRRR

bb

ba

b

c

c

f

11c

t

t1tt

3

2

t

t

3

21tq2

0,ttT (88)

Page 91: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

90

În cazul în care se dorește determinarea variației temperaturii într-un punct situat la o distanță

xR față de suprafața de frecare, se utilizează relațiile de mai jos:

Pentru t < tb:

ta4

x1

t

t

3

21

c

et2

c

c

f

11

qx,ttT

2R

bRRR

ta4

2R

x

RRR

kkk

okF

aRb

ta4

x

3

21

t

t1

ta4

x1

x

R

2R

bR

R

R

R (89)

Pentru t >tb, relația (90):

ta4

x

3

21

t

t1

ta4

x

tta4

xx

ta4

x1

t

t1

ett3

2

ta4

x1

t

t

3

21

c

et2

c

c

f

11

qx,ttT

R

2R

b

R

R

bR

R

R

R

R

2R

b

bttRa4

2R

x

b

2R

bRRR

ta4

2R

x

RRR

kkk

okF

aRb

Valoarea fluxului termic care apare la începutul frânării (qa) este dată de relația:

boR

2R

atSg

vQ1q

(91)

unde: (1+γ) – factorul de masă determinat experimental;

Page 92: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

91

v – viteza, [m/s];

g – accelerația gravitațională, [m/s2];

tb – durata frânării, [s];

QR – sarcina pe roată, [daN];

SoR – suprafața de frecare a roții, [m2].

Pentru introducerea vitezei în km/h, relația (92) ia forma:

2

boR

2R

a6,3tSg427

3600VQ1q

[W/m2] (92)

Factorul de corecție fFo se determină cu relația:

oo

ooF

F15

1

2

1F

F12

5f (93)

Coeficientul Fourier necesar pentru determinarea factorului de corecție fFo rezultă din relația:

R,K

bR,KR,Ko

b

taF

(94)

unde indicele K reprezintă sabotul iar indicele R reprezintă roata.

Page 93: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

92

3.5.6. Determinarea temperaturii suprafeței de frecare prin metoda HASSELGRUBER

Variaţia temperaturii elementelor cuplei de frecare a fost cercetată de diferiţi autori [43], [67],

[75], [80], [82], în funcţie de timp şi de distanţa faţă de suprafaţa de frecare a celor două elemente ale

cuplei (garnitură de frecare - disc de frînă).

Dintre ipotezele stabilite de către Hasselgruber la determinarea temperaturii suprafeței de

frecare a elementelor cuplei de frecare, se remarcă următoarele:

A considerat liniară variația puterii de frânare cu viteza vehiculului;

Proprietățile fizice (densitatea, căldură specifică, conductivitate termică) ale materialelor

elementelor cuplei de frecare au fost considerate constante la variația temperaturii;

A considerat că temperatura maximă a suprafeței de frecare se atinge la jumătatea duratei

frânării (Tmax pentru t = tb/2).

Ținând cont de ipotezele enumerate, Hasselgruber, [91, 92], a stabilit pentru temperatura

suprafeței de frecare a elementelor cuplei, următoarea relație:

qfc9

t8T m

ddd

bmax

[C] (95)

unde:

tb – durata frânării, [s];

ρd – densitatea materialului discului de frână, [kg/m3];

cd – căldura specifică a discului de frână, [J/kg· oC];

λd – conductivitatea termică a discului de frână, [W/m·oC];

fm – factor de material, adimensional;

q – fluxul termic, [W/m2].

În această relaţie factorul fm ţine seama de distribuţia căldurii pe garnitură şi pe disc fiind dat de

următoarea relaţie :

ddd

gggm

c

c1

2f

(96)

unde:

ρg – densitatea materialului garniturii de frecare, [kg/m3];

cg – căldura specifică a garniturii de frecare, [J/kg· oC];

λg – conductivitatea termică a garniturii de frecare, [W/m·oC].

Fluxul termic la începutul frânării q pentru două suprafeţe de fricţiune ale unui disc este dat de

relaţia:

Page 94: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

93

bd

2d

tSg

VQ11891425,0q

[W/m2] (97)

unde :

Qd - cota parte din sarcina pe osie care revine unui disc, [N];

Sd - suprafaţa de frecare a discului de frînă, [m2];

tb - durata frânării, [s];

(1+γ) – coeficient care ține seama de masele în mișcare de rotație;

0,1891425 – coeficient rezultat din bilanțul dimensional.

Înlocuind relaţiile (96) şi (97) în relaţia (95) se obţine temperatura suprafeței elementelor cuplei

de frecare (T = Tamb+T, unde Tamb se consideră 20 C):

bg

2d

ddd

gggddd

bmax

tgS

VQ1

c

c1

3782851,0

c9

t8T

[C] (98)

Pentru aplicarea relaţiei (98) este necesară respectarea condiţiei :

1t

c

taF

2

b

dd

d

2

bdo

unde:

Fo - coeficientul lui Fourier;

dd

dd

ca

- coeficientul de difuzitivitate termică;

- grosimea peretelui discului;

tb - durata frânării.

Dacă Fo > 1 temperatura suprafeţei de frecare se va calcula cu ajutorul formulei de corectare:

o

o

omaxcormax

F90

7

2

F

F8

9TT (99)

La sfîrşitul duratei frânării, temperatura suprafeţelor de frecare se va calcula ţinînd seama că t =

tb / 2 cu relaţia :

Page 95: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

94

bd

2d

ddd

ggg

ddd

bm

ddd

bf

tgS

VQ1

c

c1

3782851,0

c9

t4qf

c9

t4T

[C] (100)

Raportul dintre temperatura maximă şi temperatura elementelor cuplei la sfîrșitul frânării

determină următoarea legătură între cele două temperaturi :

bd

2d

ddd

gggddd

b

bd

2d

ddd

gggddd

b

f

max

tgS

vQ1

c

c1

3782851,0

c9

t4

tgS

vQ1

c

c1

3782851,0

c9

t8

T

T

=>

2T

T

f

max

=> fmax T2T (101)

Utilizând relaţiile (97) și (98) în tabelelul 9 se prezintă valorile calculate ale temperaturii

maxime (după Hasselgruber, [91, 92]) pentru două tipuri de discuri de frână şi anume:

disc de frână autoventilat (A) din fontă cenuşie perlitică cu următoarele caracteristici:

- d1 = 7330 kg / m3

- cd1 = 753,66 J / kg·C

- d1 = 29,2 W / m·C

disc de frână neventilat (B) din oțelul aliat 30MoCrNi20 cu următoarele caracteristici:

- d2 = 7840 kg / m3

- cd2 = 465 J / kg·C

- d2 = 49,8 W / m·C

Compoziţia tipurilor de garnituri de frecare este atât de diferită încât şi caracteristicile

materialelor diferă mult între ele. Pentru calcul s-au considerat caracteristici ale materialelor

garniturilor din următoarele domenii de dispersare [61], [91, 92]:

Page 96: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

95

- g = (1000 2800) kg / m3

- cg = (628,05 2093,5) J / kg·C

- g = (0,16282 1,01181) W / m·C

În tabelul 9 s-au prezentat valorile temperaturii maxime a suprafeței de frecare a elementelor

cuplei de frecare: disc de frână - garnitură de frecare, pentru cele două discuri (A, B) şi garniturile de

frecare 1 (g = 2800 kg / m3; cg = 2093,5 J / kg·C și g = 1,01181 W / m·C) şi 2 (g = 1900 kg / m3;

cg = 1360,77 J / kg·C și g = 0,587315 W / m·C), la două sarcini care revin unui disc de frână (Qd1 =

5000 daN adică 4 discuri de frână pe osie și Qd2 = 10000 daN ceea ce corespunde la 2 discuri montate

pe osie) din sarcina maximă admisă pe osie, pe intervalul de viteze V [100, 200] km/h.

Figura 43. Variația temperaturii suprafeței de frecare (A, 1) în funcţie de viteza de mers

(T11 → Qd1 = 5000 daN și T12 → Qd2 = 10000 daN pentru tb = 30 s; T13 → Qd1 = 5000 daN și T14 → Qd2 =

10000 daN pentru tb = 40 s; T15 → Qd1 = 5000 daN și T16 → Qd2 = 10000 daN pentru tb = 50 s)

Cu ajutorul acestor valori calculate în figurile 43 și 44 s-au reprezentat variaţiile temperaturii

suprafeței elementelor cuplei de frecare, astfel:

în figura 43 variația temperaturii în funcţie de viteză pentru discul de frână A și garnitura de

frecare 1 pentru trei durate ale frânării (tb = 30 s; tb = 40 s și tb = 50 s) şi o suprafaţă de frecare

a discului de frână (Sd = 0,2 m2);

Page 97: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

96

Tabelul 9. Valorile temperaturii suprafeței de frecare a elementelor cuplei de frecare (discurile de frână A, B și garniturile de frecare 1 și 2)

TEMPERATURA [C]

Discul de frână A (d = 7330 kg/m3; cd = 753,66 J/kg C; d = 29,2 W/m C)

Garnitura de frecare nr. 1 (g = 2800 kg/m3; cg = 2093,5 J/kg C; g = 1,01181 W/m C)

Viteza V [km/h] 100 120 140 160 180 200

tb = 30 s Qd1 = 5000 daN 64,968 93,553 127,337 166,318 210,496 259,872

Qd2 = 10000 daN 129,936 187,107 254,674 332,636 420,992 519,744

tb = 40 s Qd1 = 5000 daN 56,263 81,020 110,277 144,035 182,295 225,055

Qd2 = 10000 daN 112,527 162,040 220,554 288,071 364,590 450,111

tb = 50 s Qd1 = 5000 daN 50,324 72,466 98,635 128,829 163,049 201,296

Qd2 = 10000 daN 100,648 144,933 197,270 257,659 326,099 402,592

Discul de frână B (d = 7840 kg/m3; cd = 465 J/kg C; d = 49,8 W/m C)

Garnitura de frecare nr. 2 (g = 1900 kg/m3; cg = 1360,77 J/kg C; g = 0,587315 W/m C)

tb = 30 s Qd1 = 5000 daN 44,577 64,192 87,372 114,119 144,432 178,311

Qd2 = 10000 daN 89,155 128,384 174,745 228,238 288,864 356,623

tb = 40 s Qd1 = 5000 daN 38,605 55,592 75,666 98,830 125,082 154,422

Qd2 = 10000 daN 77,211 111,184 151,333 197,660 250,164 308,844

tb = 50 s Qd1 = 5000 daN 34,529 49,723 67,678 88,396 111,876 138,119

Qd2 = 10000 daN 69,059 99,446 135,357 176,793 223,753 276,239

Page 98: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

97

în figura 44 variația temperaturii în funcţie de viteză pentru discul de frână B și garnitura de

frecare 2 pentru trei durate ale frânării (tb = 30 s; tb = 40 s și tb = 50 s) şi o suprafaţă de frecare

a discului de frână (Sd = 0,3 m2).

Figura 44. Variația temperaturii suprafeței de frecare (B, 2) în funcţie de viteza de mers

(T21 → Qd1 = 5000 daN și T22 → Qd2 = 10000 daN pentru tb = 30 s; T23 → Qd1 = 5000 daN și T24 → Qd2 =

10000 daN pentru tb = 40 s; T25 → Qd1 = 5000 daN și T26 → Qd2 = 10000 daN pentru tb = 50 s)

Concluzii

Din analiza tabelului 9 şi diagramelor prezentate în figurile 43 și 44, se observă că frâna cu disc

compensează, prin simplitate constructivă și eficacitate, limitele frânei cu saboţi deoarece:

elimină solicitarea termică a suprafeţei de rulare a roţii la frânare (de oprire sau de durată), roţii

revenindu-i numai funcţiile de ghidare şi susţinere a vehiculului, funcţia de frânare fiind

preluată de discul de frână;

la aceeaşi durată a frânării, odată cu creşterea suprafeţei de frecare a discului de frână (prin

mărirea diametrului acestuia în limitele impuse de gabaritul feroviar) temperatura elementelor

cuplei de frecare a frânei cu disc scade. Pentru exemplificare, considerând tb = 30 s, Sd = 0,2 m2,

Qd1 = 5000 daN, la viteza de 200 km / h se obţine o temperatură de aproximativ 259,872C

(figura 43), iar pentru Sd = 0,3 m2 la aceeaşi viteză şi durată a frânării, temperatura este de

178,311C (figura 44), mai mică cu aproximativ 80C;

Page 99: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

98

la o creştere a duratei de frânare (care are ca efect mărirea spaţiului de frânare la deceleraţie

constantă) pentru aceeaşi suprafaţă de frecare se obţin valori mai scăzute ale temperaturii

elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc. De exemplu, pentru tb = 50 s, Sd = 0,2 m2, Qd1

= 5000 daN şi V = 200 km/h se obţine o temperatură de 201,296 °C (figura 43), iar la Sd = 0,3

m2 şi aceleaşi condiţii, se obţine o temperatură de aproximativ 138,119 °C (figura 44);

temperatura suprafeței de contact a elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc scade odată cu

creșterea duratei frânării la viteză şi suprafaţă de frecare a discului de frână, constante. Pentru

exemplificare, la V = 120 km/h, tb = 40 s, Sd = 0,2 m2 şi Qd1 = 5000 daN, se obţine o

temperatură de 81,02 °C, iar pentru tb = 50 s în aceleaşi condiţii se obţine o temperatură de

72,466°C (figura 43);

utilizarea discului de frână neventilat (discul B cu caracteristicile fizice prezentate în tabelul 9)

conduce la obţinerea unor temperaturi mai scăzute ale elementelor cuplei de frecare. Explicația

acestei valori a temperaturii este posibilitatea de a utilize mai multe discuri pe osie fără a mări

masa nesuspendată a osiei montate;

rezistenţa aerodinamică dată de mişcarea de rotaţie a discurilor de frână autoventilate, în

regimul de tracţiune, conduce la un consum de aproximativ 3% din puterea instalată pentru

tracţiune. Acest consum de putere este neglijabil în cazul utilizării discurilor de frână

neventilate datorită faptului că acestea prin formă şi dimensiuni constructive (lipsa paletelor

radiale) nu determină o rezistenţă la înaintarea trenului în regimul de tracţiune.

3.5.7. Analiza critică a metodei lui Hasselgruber

Metoda de determinare a temperaturii suprafeţei de frecare a discului de frână, propusă de

Hasselgruber [91, 92], prezintă o serie de deficienţe şi anume:

proprietăţile fizice ale materialelor elementelor cuplei de frecare (densitatea, căldura specifică,

conductivitatea termică) s-au considerat constante cu variaţia temperaturii, fapt care nu s-a

confirmat prin încercările experimentale efectuate ulterior;

în relaţiile propuse pentru determinarea fluxului termic şi temperaturii la frânare, Hasselgruber

nu a luat în considerare variaţia vitezei vehiculului cu timpul;

s-a considerat o variaţie liniară a puterii de frânare în funcţie de viteză, lucru care nu corespunde

realităţii.

Ţinând seama de aceste deficienţe, autorul tezei de abilitare a completat metoda propusă de

Hasselgruber. În acest sens s-a considerat variaţia cu temperatura a căldurii specifice cd, cg şi a

conductivităţii termice d şi g ale discului şi garniturii de frecare. De asemenea, s-a luat în considerare

variaţia puterii de frânare cu viteza cât şi variaţia vitezei cu timpul de frânare la o frânare de oprire.

Page 100: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

99

3.5.8. DETERMINAREA TEMPERATURII SUPRAFEŢEI DE FRECARE A

ELEMENTELOR CUPLEI DE FRECARE ALE FRÂNEI CU DISC

La determinarea temperaturii suprafeţei de frecare, a elementelor cuplei de frecare disc de frână

- garnitură de frecare, s-au luat în considerare următoarele ipoteze:

viteza vehiculului variază liniar cu timpul la o frânare de oprire;

proprietăţile fizice (căldura specifică şi conductivitatea termică) ale materialelor elementelor

cuplei de frecare variază în funcţie de temperatură;

durata optimă a frânării s-a considerat tb = 60 s, ţinând seama de spaţiile de frânare şi de

deceleraţiile admise;

variaţia puterii de frânare în funcţie de viteză este determinată de alura diagramei V= f(t);

neglijarea influenţei radiaţie şi convecţiei căldurii la frânarea de oprire datorită duratei mici

a acesteia;

densităţile materialelor din care sunt confecţionate elementele cuplei de frecare s-au

considerat constante cu temperatura. În intervalul 0 - 350 C acestea variază neesenţial cu

temperatura;

coeficientul de frecare dintre discul de frână şi garnitură determinat cu ajutorul formulei lui

Karwatsky [96], pentru trei forţe de apăsare a garniturii pe disc: Fb1 = 20 KN , Fb2 = 45 KN ,

Fb3 = 50 KN (forţa Fb2 este forţa de apăsare la încercările experimentale);

determinarea temperaturii suprafeţei de frecare pe baza metodei propusă de autor s-a făcut

pentru aceleaşi elemente ale cuplei de frecare utilizate la încercările experimentale (disc de

frână × b = 640 × 110 mm, garnitură de frecare Jurid 874 cu suprafaţa de frecare de 800

cm2).

3.5.9. Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor cuplei de frecare disc

de frână - garnitură de frecare cu temperatura

Proprietăţile fizice ale materialelor elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc (căldura

specifică, conductivitatea termică) prezintă o anumită variaţie în funcţie de temperatură şi de natura

constituenţilor structurali fapt care nu poate fi neglijat la determinarea temperaturii suprafeţei de

frecare a elementelor cuplei amintite.

Aşa cum s-a arătat mai sus pentru a pune în evidenţă concordanţa dintre cercetările teoretice şi

cele experimentale la calculul temperaturii, prin metoda propusă în prezenta lucrare, s-au considerat în

calcul aceleaşi materiale ale elementelor cuplei ca şi cele utilizate pentru încercări şi anume:

pentru discul de frână fonta cenuşie perlitică (Fc 250 STAS 8541-86);

pentru garnitura de frecare materialul compozit JURID 874.

Cercetările teoretice şi experimentale prezentate în [139], [140] demonstrează că densitatea ()

fontelor cenuşii, cu matrice feritică şi perlitică, are o anumită variaţie cu temperatura în domeniul

Page 101: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

100

temperaturilor înalte T 1000 C (descreşte liniar de la 1000 C până la aproximativ 1150C , creşte

pronunţat până la 1175 C şi apoi descreşte liniar după această temperatură).

Ţinând cont de faptul că la o frânare de oprire de la 200 km/h, în limitele deceleraţiilor admise,

într-un timp de 60 s, nu se ating temperaturi, ale suprafeţelor de frecare ale frânei cu disc, mai mari de

400 C în calcul s-a considerat densitatea, materialului discului de frână, constantă (d = 7330 kg/m3).

În ceea ce priveşte densitatea materialelor garniturilor de frecare, cercetările experimentale

efectuate de către Ehlers [80], au scos în evidenţă următorul domeniu de dispersare: g = (1000 - 2800)

kg/m3 . De asemenea, Ehlers a stabilit pentru garnitura de frecare Jurid 874, la o frânare de durată o

scădere a greutăţii acesteia aproape neglijabilă (0,5 %) la temperaturi până la 150 C şi o scădere

importantă la temperaturi de peste 400 C. Astfel , pentru garnitura de frecare utilizată, în calcule s-a

adoptat densitatea determinată experimental de către Ehlers şi prezentată în [80] şi anume: g = 2500

kg/m3.

Căldura specifică (c) a fontelor cenuşii creşte cu creşterea temperaturii, având loc un salt la

temperatura de transformare (aproximativ 720 C), [139, 140].

Alegerea fontei cenuşii ca material pentru confecţionarea discurilor de frână autoventilate s-a

făcut şi datorită faptului că fonta cenuşie perlitică are căldura specifică cu aproximativ 60% mai mare

decât a oţelului turnat. Acest lucru are un efect pozitiv asupra capacităţii de înmagazinare a căldurii la

discul de frână din fontă cenuşie.

Căldura specifică a materialului garniturii de frecare a fost determinată experimental şi

prezentată în [80], aceasta încadrându-se în domeniul de dispersie: cg = (628 - 2094) J/kgC la variaţia

temperaturii.

Utilizând căldurile specifice ale materialelor elementelor cuplei de frecare prezentate în

literatura de specialitate [80], [138, 139], s-au calculat coeficienţii polinoamelor de aproximare a

funcţiilor cd = f (T) şi cg = f( T) prin metoda celor mai mici pătrate.

Coeficienţii polinomului de aproximare de grad m:

mi1m

2i3i21 TcTcTcc (102)

care aproximează prin metoda celor mai mici pătrate familia de puncte (Ti , cdi) sau (Ti , cgi), i=1,...,n ,

se obţin ca soluţie a sistemului algebric liniar:

1m1m1m222m11m

21m2m2312

11m1m2211

bcScScS

bcScScS

bcScScS

(103)

unde:

Page 102: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

101

n

1i

1kik TS , k = 1 , ... , 2m+1

1ki

n

1iik

n

1i

1kiik TcgbsauTcdb

k = 1 , ... , m+1

Pentru o rezolvare rapidă şi exactă a sistemului liniar (103) s-a utilizat programul de calcul în

MathCAD.

Cu ajutorul coeficienţilor determinaţi şi prezentaţi în tabelul 10 se pot scrie polinoamele de

aproximare ale funcţiilor cd = f (T) şi cg = f (T) (relațiile 104).

Tabelul 10.Valorile coeficienților polinoamelor de aproximare pentru căldura specifică (cd și cg)

Coeficienţii polinomului

de aproximare

cd = f (T)

( m = 9 )

cg = f (T)

( m = 9 )

c1 533,9886915171519 1,467884741488844103

c2 0,787618786096573 -0,60434927791357

c3 - 0,003382872091606 -0,0379491224118313

c4 5,73679135413840410-5 0,001173866607132

c5 -9,81495077212457610-7 -1,78769652166010910-5

c6 9,32436039491335610-9 1,49588752051954510-7

c7 -5,06561997209997710-11 -7,20099535556073510-10

c8 1,57432931708473310-13 1,98471242966822410-12

c9 0 -2,9064341574903710-15

c10 0 0

9i10

2i3i21i

9i10

2i3i21i

TcTcTcccg

TcTcTcccd

(104)

În figurile 45 și 46 s-au reprezentat variaţiile căldurii specifice ([J/kg·oC]) pentru materialele

elementelor cuplei de frecare pe intervalul de temperaturi (0 - 350) oC, cu ajutorul funcţiilor de

interpolare spline cubice.

Se observă, analizând figurile următoare, o variaţie complet diferită cu temperatura a căldurii

specifice celor două materiale din care sunt confecționate elementele cuplei de frecare (discul de frână

și garnitura de frecare): alura crescătoare cu temperatura a căldurii specifice în cazul discului de frână

şi descrescătoare a căldurii specifice a materialului garniturii de frecare. Această variaţie diferită ca

alură a căldurii specifice a celor două materiale are o influenţă foarte mare asupra regimului termic al

suprafeţei de frecare a elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc.

Page 103: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

102

Figura 45. Variația cu temperatura a căldurii specifice a materialului discului de frână (cd)

Figura 46. Variația cu temperatura a căldurii specifice a materialului garniturii de frecare (cg)

Page 104: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

103

Conductivitatea termică () a fontelor este dependentă atât de structura masei metalice cât şi de

temperatură. O influenţă importantă asupra conductivităţii termice a fontei o au conductivităţile

principalilor constituenţi structurali (grafit, perlită, ferită) şi forma sub care se găseşte grafitul în

structură (fonta cenuşie cu grafit lamelar are conductivitatea termică mai mare decât fonta cu grafit

nodular). Asupra conductivităţii termice a fontei mai acţionează şi conţinutul de carbon şi elementul de

aliere. Astfel, creşterea conţinutului de carbon poate conduce la micşorarea sau creşterea conductivităţii

termice în funcţie de constituenţii pe care-i avantajează această creştere. Pentru exemplificare, creşterea

cantităţii de perlită şi cementită conduce la micşorarea conductivităţii termice în timp ce creşterea

cantităţii de grafit determină creşterea conductivităţii termice.

Elementele de aliere (siliciul, manganul, aluminiul, cromul, cuprul, nichelul, wolframul,

molibdenul, vanadiul, etc.) au o influenţă diferită asupra conductivităţii termice pe intervale

determinate de temperaturi, [139], (siliciul, manganul, aluminiul, cuprul şi nichelul conduc la

micşorarea conductivităţii termice iar cromul, molibdenul şi wolframul determină creşterea acesteia).

Conductivitatea termică a materialului garniturii de frecare se încadrează, la variaţia cu

temperatura, în domeniul de dispersie: g = ( 0,16282 - 1,01181) W/mC.

Utilizând conductivităţile termice ale materialelor elementelor cuplei de frecare, pentru diferite

temperaturi, prezentate în literatura de specialitate [80], [138], [139], s-au determinat coeficienţii

polinoamelor de aproximare a funcţiilor d = f (T) şi g = f (T) prin metoda celor mai mici pătrate.

Determinarea coeficienţilor polinoamelor de aproximare se face utilizând sistemul algebric

liniar (103), unde:

n

1i

1kik TS , k = 1 , 2 , .... , 2m+1

n

1i

1kiik Tdb sau

n

1i

1kiik Tgb k = 1 , 2 , ... , m+1

unde: m = gradul polinomului de aproximare.

Cu ajutorul utilitarului MathCAD, s-au determinat valorile coeficienţilor polinomului de

aproximare ale conductivității termice prezentate în tabelul 11.

În figurile 47 și 48 s-au reprezentat variaţiile conductivităţilor termice ([W/m·oC]), pentru

materialele elementelor cuplei de frecare, pe intervalul de temperaturi amintit, cu ajutorul funcţiilor de

interpolare spline cubice. Analizând diagramele din figurile următoare se observă variaţii diferite în

funcţie de temperatură ale conductivităţii termice ceea ce conduce la o variaţie a factorului de material

(fm) în funcţie de temperatură cu influenţă asupra regimului termic al suprafeţelor de frecare ale

elementelor cuplei frânei cu disc.

Page 105: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

104

Tabelul 11.Valorile coeficienților polinoamelor de aproximare pentru conductivitatea termică

(d și g)

Coeficienţii

polinomului de

aproximare

d = f (T)

(m = 8)

g = f (T)

(m = 9)

c1 49,98876826936612 0,88662325560199

c2 0,196361989452271 0,004346684328084

c3 - 0,003016241846126 -2,53391448268303110-5

c4 1,49636425135213410-5 -5,66105880395184610-7

c5 - 1,00696258886756610-7 9,630772956903410-9

c6 6,12916509212801910-10 -6,69275797976487410-11

c7 -1,77362281355815710-12 2,40394073631946110-13

c8 2,08685413039173310-15 0

c9 0 0

c10 0 0

Figura 47. Variația cu temperatura a conductivității termice a materialului discului de frână (d)

Page 106: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

105

Figura 48. Variația cu temperatura a conductivității termice a materialului garniturii de frecare (g)

3.5.10. Influenţa variaţiei cu temperatura a proprietăţilor fizice ale materialelor

elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc

Căldura specifică şi conductivitatea termică a materialelor elementelor cuplei de frecare variază

mult cu temperatura, lucru care influenţează mărimea temperaturii medii a suprafeţelor de frecare ale

discului de frână şi garniturii de frecare.

Factorul de material fm considerat constant cu temperatura s-a reconsiderat ţinând cont de

modificarea căldurii specifice (c) şi conductivităţii termice () la variaţia temperaturii. Astfel factorul

fm nu mai este constant cu temperatura ci depinde de aceasta. Relaţia de calcul a acestuia este

următoarea:

)T()T(c

)T()T(c1

2)T(f

ddd

gggm

(104)

unde: cg (T), cd (T) sunt legile de variaţie ale căldurilor specifice, ale materialelor garniturii de frecare

şi discului de frână, cu temperatura;

g (T) , d (T) sunt legile de variaţie ale conductivităţilor termice, ale materialelor garniturii de

frecare şi discului de frână, cu temperatura;

Page 107: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

106

g , d sunt densităţile materialelor discului de frână şi garniturii de frecare considerate

constante cu variaţia temperaturii.

Cu ajutorul relaţiei (104) şi a legilor de variaţie ale proprietăţilor fizice cu temperatura s-au

determinat valorile factorului de material, pentru intervalul de temperaturi (0 - 350) C , prezentate în

tabelul 12, iar în diagrama din figura 49 s-a reprezentat variaţia acestui factor în funcţie de temperatură.

Tabelul 12. Valorile factorului de material (fm)

Temperatura

[C]

Factorul de material

fm [adimensional]

0 1,7675546671

20 1,7692311740

40 1,7707183180

60 1,7718700944

80 1,7724014406

100 1,7721022945

120 1,7709978086

140 1,7695004282

160 1,7684867293

180 1,7692154797

200 1,7730164523

220 1,7807997443

240 1,7926605546

260 1,8079457788

280 1,8258685995

300 1,8463290917

320 1,8704250923

340 1,8999820460

350 1,9168198656

Page 108: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

107

Figura 49. Variația factorului de material cu temperatura

3.5.11. Determinarea temperaturii medii a suprafeţei de frecare a elementelor cuplei de

frecare a frânei cu disc

Factorii de care mai depinde temperatura suprafeţei de frecare, pe lângă variaţia proprietăţilor

fizice ale materialelor elementelor cuplei de frecare ale frânei cu disc, sunt:

fluxul termic unitar (q) determinat de frecarea plană, uscată a celor două corpuri (garnitura de

frecare şi discul de frână);

durata frânării care influenţează foarte mult regimul termic al suprafeţei de frecare care poate fi

staţionar (temperatura se menţine constantă în timp) sau nestaţionar, tranzitoriu (temperatura

variază atât în funcţie de timp cât şi în funcţie de spaţiu).

Ţinând cont de aceşti factori, precum şi de influenţa variaţiei proprietăţilor fizice ale

materialelor elementelor cuplei de frecare disc de frână - garnitură de frecare, în funcţie de temperatură,

pentru temperatura suprafeţei de frecare se propune expresia următoare:

Page 109: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

108

)T(q)T(f)T(c)T(

1constT m

ddm

(105)

unde: Tm - temperatura medie a suprafeţei de frecare, determinată ţinând cont de variaţia proprietăţilor

fizice;

fm (T) - factorul de material ;

q(T) - fluxul termic determinat cu considerarea variaţiei vitezei în funcţie de timp.

Prin încercări experimentale efectuate cu trenuri de mare viteză prezentate în literatura de

specialitate [42], [44, 45], [67, 68], [92], [103], [126], s-a constatat că la o frânare de oprire de la viteza

maximă, viteza trenului scade aproximativ liniar cu timpul (durata frânării). Astfel se poate considera

că trenul de mare viteză, la frânarea de oprire, execută o mişcare uniform decelerată, la care : V = at

unde a = deceleraţia (constantă).

Dacă viteza de început a frânării este V = 200 Km/h şi durata frânării tb = 60 s, cu ajutorul

utilitarului MathCAD, s-au calculat coeficienţii polinomului de aproximare a funcţiei V = f(t) prin

metoda celor mai mici pătrate, iar în figura 50 s-a reprezentat această funcţie cu ajutorul funcţiilor

spline cubice de interpolare.

Spaţiul de frânare corespunzător variaţiei V(t) este dat de relaţia:

2,7

t)t(V

r)t(g

)t(V193,3S u

ts

2

f

[m] (106)

unde: (1+) - factor care ţine seama de masele aflate în mişcare de rotaţie ale vehiculului (în calcule

1+ = 1,05);

g - acceleraţia gravitaţională (în calcule s-a considerat: g = 9,80665 m/ s2);

- coeficient de frânare (în calcule = 0,35);

tu - timpul de umplere a cilindrilor de frână cu aer comprimat (în calcule tu = 4 s);

rt - rezistenţa specifică la înaintare a vehiculului considerat (în calcule rt = 20 N / KN);

s - coeficientul de frecare dintre discul de frână şi garnitura de frecare.

Page 110: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

109

Figura 50. Variația vitezei pe durata frânării

Pentru determinarea spaţiului de frânare cu relaţia (106), s-a calculat cu ajutorul formulei lui

Karwatsky [67], [96], coeficientul de frecare dintre discul de frână şi garnitura de frecare pentru diferite

forţe de apăsare a garniturii pe disc:

105)t(V

8,171)t(V

80F

200F1177,0)t(

b

bs

(107)

Valorile coeficientului de frecare şi ale spaţiului de frânare, calculate pentru trei forţe de apăsare

(Fb = 20 kN, Fb = 45 kN şi Fb = 50 kN ), sunt prezentate în tabelul 13.

Page 111: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

110

Tabelul 13. Valorile coeficientului de frecare și a spațiului de frânare pentru diferite forțe de apăsare a garniturii pe disc

Viteza

V [km/h]

Fb = 20 KN Fb = 45 KN Fb = 50 KN

Coeficientul de

frecare s

Spaţiul de frânare

Sf [m]

Coeficientul de

frecare s

Spaţiul de frânare

Sf [m]

Coeficientul de

frecare s

Spaţiul de frânare

Sf [m]

0 0,42214618 0 0,37609387 0 0,36900890 0

20 0,39603319 23,078 0,35282957 24,519 0,34618286 24,772

40 0,37712378 72,453 0,33598301 78,498 0,32965366 79,560

60 0,36279848 150,745 0,32322046 164,867 0,31713153 167,346

80 0,35157053 259,733 0,31321738 285,613 0,30731690 290,158

100 0,34253341 400,671 0,30516612 442,138 0,29941731 449,418

120 0,33510288 574,464 0,29854620 635,453 0,29299210 646,160

140 0,32888550 781,785 0,29300708 866,309 0,28748733 881,148

160 0,32360660 1023,144 0,28830406 1135,276 0,28287290 1154,961

180 0,31906859 1298,932 0,28426111 1442,791 0,27890611 1468,045

200 0,31512573 1609,457 0,28074838 1789,198 0,27545955 1820,749

Page 112: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

111

Cu ajutorul valorilor calculate în figurile 51 și 52 s-au reprezentat variaţiile cu viteza ale

coeficientului de frecare dintre discul de frână şi garnitura de frecare precum şi ale spaţiului de frânare

pentru cele trei forţe de apăsare prezentate.

Figura 51.Variația coeficientului de frecare (s)cu viteza pentru diferite forțe de apăsare (Fb)

(µs1 → Fb = 20 kN; µs2 → Fb = 45 kN; µs3 → Fb = 50 kN)

Deceleraţiile cu care s-au obţinut aceste spaţii de frânare, la o variaţie liniară a vitezei cu timpul,

se determină cu relaţia:

f

2

S2

6,3

)t(V

d

[ m / s2 ] (108)

Valorile deceleraţiilor, pentru cele trei forţe de apăsare a garniturii de frecare pe discul de frână,

sunt prezentate în tabelul 14.

Page 113: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

112

Figura 52. Variația spațiului de frânare (Sf) cu viteza pentru diferite forțe de apăsare (Fb)

Tabelul 14. Valorile decelerației la frânare (d) pentru diferite forțe de apăsare (Fb)

Viteza V [km/h] Deceleraţia d [m/s2 ]

Fb = 20 KN Fb = 45 KN Fb = 50 KN

0 0 0 0

20 0,668696 0,629382 0,62295

40 0,851978 0,78636 0,775866

60 0,921351 0,84243 0,829946

80 0,950643 0,864502 0,850962

100 0,962891 0,872583 0,858447

120 0,967085 0,874267 0,859779

140 0,962738 0,872867 0,858167

160 0,965314 0,869969 0,855141

180 0,962329 0,866377 0,851473

200 0,958839 0,862515 0,847569

Page 114: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

113

Cu ajutorul acestor valori în figura 53 s-au reprezentat variațiile decelerațiilor în funcție de

viteza de circulație a vehiculului pentru cele trei forțe de apăsare a garniturii de frecare pe discul de

frână.

Analizând valorile din tabelul 13 și variația decelerației cu viteza din figura 53, se observă că

odată cu mărirea forței de apăsare a garniturii de frecare pe discul de frână, decelerația scade (la V =

180 km/h și Fb = 20 kN, decelerația este a = 0,962329 m/s2, iar pentru Fb = 45 kN, decelerația scade la

a = 0,866377m/s2) datorită faptului că la aceeași viteză la creșterea forței de apăsare scade coeficientul

de frecare dintre garnitura de frecare și discul de frână (a se vedea figura 51). De asemenea, din

diagramele din figura 53, rezultă că decelerația este aproximativ constantă cu variația vitezei, vehiculul

feroviar efectuând o mișcare uniform decelerată.

Figura 53. Variația decelerației la frânare pentru diferite forțe de apăsare a garniturii pe disc

Page 115: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

114

Fluxul termic unitar (q) pe suprafața de frecare a elementelor cuplei de frecare, la variația

liniară a vitezei cu timpul (durata frânării), se determină cu relația:

[W/m2] (109)

unde: Pmfd – puterea de frânare care revine unui disc de frână, [W];

Sd – suprafața totală de frecare a discului de frână, [m2].

Dacă în relația (109) se înlocuiește expresia puterii de frânare, stabilită în capitolul trei al

prezentei lucrări, se obține următoarea relație [11], pentru fluxul termic unitar:

[W/m2] (110)

unde: m – masa vehiculului, [t];

tb – durata frânării, [s];

nd – numărul de discuri de frână;

a + b·V(t) + c·V2(t) – expresia generală a rezistenței la înaintare a vehiculului feroviar ai cărei

coeficienți se determină pe cale experimentală, [68], [87].

Cu ajutorul relației (110) s-a determinat fluxul termic unitar q [W/m2], ale cărui valori sunt

prezentate în tabelul 15, iar în figura 54 s-a reprezentat variația acestuia cu viteza de mers.

Se observă că la aceeași suprafață de frecare a discului de frână (Sd), fluxul termic scade odată

cu creșterea duratei frânării conducând astfel la mărirea spațiului de frânare. Pentru exemplificare, la o

viteză de început al frânării de 200 km/h, considerând o durată a frânării tb = 30 s și un coeficient de

frecare determinat pentru o forță de apăsare Fb = 20 kN, se obține un flux termic unitar q = 388198

W/m2 . La aceeași viteză și durată a frânării pentru o forță de apăsare Fb = 45 kN, se obține un flux

termic unitar mai mic q = 313683 W/m2.

Această variație a fluxului termic unitar cu durata frânării și coeficientul de frecare, s-ar explica

prin faptul că odată cu creșterea forței de apăsare a garniturii de frecare pe disc, scade coeficientul de

frecare și totodată suprafața efectivă de transmitere a căldurii spre cele două elemente ale cuplei de

frecare.

Odată cunoscut fluxul termic unitar de suprafață, se poate determina temperatura medie a

suprafeței de frecare:

(111)

d

mfd

S

Pq

tVctVba

2,7

ttV

rtg

tV193,3

Snt

10

Snt2

6,3

tVm1

q

2

u

ts

2

ddbddb

2

CTqTfTfconstT omm

Page 116: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

115

Tabelul 15. Valorile fluxului termic unitar pentru diferit forțe de apăsare a garniturilor de frecare pe discul de frână

FLUXUL TERMIC UNITAR, [W/m2]

VITEZA, [km/h] 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

tb = 30 s

s (Fb = 20 kN ) 0 9507 37677 82006 138908 203621 270023 330880 377572 400447 388198

s (Fb = 45 kN) 0 9441 37294 80781 135909 197371 258334 310724 344910 350109 313683

s (Fb = 50 kN) 0 9429 37226 80565 135383 196273 256282 307185 339175 341270 300601

tb = 40 s

s (Fb = 20 kN ) 0 7130 28257 61504 104181 152715 202517 248160 283179 300335 291148

s (Fb = 45 kN) 0 7081 27970 60585 101932 148028 193751 233043 258682 262581 235262

s (Fb = 50 kN) 0 7072 27920 60424 101537 147205 192211 230389 254381 255953 225450

tb = 50 s

s (Fb = 20 kN ) 0 5704 22605 49203 83344 122172 162014 198528 226543 240268 232919

s (Fb = 45 kN) 0 5664 22376 48468 81545 118422 155000 186434 206946 210065 188210

s (Fb = 50 kN) 0 5658 22336 48340 81230 117764 153770 184311 203505 204763 180361

tb = 60 s

s (Fb = 20 kN ) 0 4754 18838 41003 69454 101810 135011 165440 188786 200224 194099

s (Fb = 45 kN)* 0 4720 18647 40391 67955 98686 129167 155362 172455 175055 156842

s (Fb = 50 kN) 0 4715 18613 40283 67692 98137 128141 153593 169588 170635 150301

Page 117: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

116

Figura 54. Variația fluxului termic cu viteza la diferite durate ale frânării de oprire

(q11 → tb = 30 s, µs1; q12 → tb = 30 s, µs2; q13 → tb = 30 s, µs3; q21 → tb = 40 s, µs1;

q31 → tb = 50 s, µs1; q41 → tb = 60 s, µs1)

Odată cunoscut fluxul termic unitar de suprafață, se poate determina temperatura medie a

suprafeței de frecare:

(111)

CTqTfTfconstT o

mm

Page 118: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

117

Utilizând expresiile mărimilor din relația de mai sus (111) și ținând seama de variația acestora

cu temperatura, se obține următoarea expresie a temperaturii medii a suprafeței de frecare a discului de

frână:

[oC] (112)

Pentru mărimile din relația (112) s-au considerat următoarele valori utilizate la calculul efectiv

al temperaturii medii a suprafeței de frecare a discului de frână:

valorile funcției f (T) pentru duratele frânării menționate mai sus, sunt prezentate în tabelul 15;

timpul de umplere cu aer comprimat a cilindrului de frână, tu = 4 secunde;

suprafața totală de frecare a discului de frână, Sd = 0,4 m2;

rezistența specifică la înaintare, rt =20 N/kN;

forța de apăsare a garniturii de frecare pe discul de frână, Fb = 20 kN, Fb = 45 kN și Fb = 50 kN;

durata frânării: tb = 30 s; tb = 40 s; tb = 50 s; tb = 60 s;

rezistența la înaintare, determinată experimental este: Rt = 250 + 3,256·V(t) + 0,0572·V2(t).

Valorile calculate cu ajutorul metodei propuse sunt prezentate în tabelul 16, iar în figura 55 s-a

reprezentat variația temperaturii în funcție de timp (durata frânării).

)t(Vc)t(Vba

2,7

t)t(V

r)t(g

)t(V193,3

Snt

10

Snt2

6,3

)t(Vm1

)T()T(c

)T()T(c1

2TfconstT

2

u

ts

2

ddbddb

2

ddd

gggm

Page 119: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

118

Tabelul 15. Valorile funcției f (T) pentru duratele frânării (tb = 30 s; 40 s; 50 s; 60 s)

Temperatura

[oC] f(T) (tb =30 s) f(T) (tb =40 s) f(T) (tb =50 s) f(T) (tb =60 s)

0 0 0 0 0

20 7,0805817340 8,1759515403 9,1409917124 10,013454717

40 2,7061299695 3,1247697327 3,4935987682 3, 8270457044

60 1,7677242501 2,0411921433 2,2821221938 2,4999396090

80 1,3617481003 1,5724112646 1,7580092388 1,9258026320

100 1,0966455677 1,2662972274 1,4157633401 1,5508911035

120 0,8863786770 1,0235019356 1,1443099515 1,2535287464

140 0,7394477629 0,8538407299 0,9546229570 1,0457370550

160 0,6279494939 0,7250936187 0,8106793107 0,888054690

180 0,5509594279 0,6361931480 0,7112855629 0,7791742953

200 0,4907731805 0,5666960557 0.6335854516 0,6940580879

220 0,4479153827 0,5172081335 0,5782562725 0,6334480090

240 0,4123332174 0,4761213882 0,5323198947 0,5831272283

260 0,3852003792 0,4447910814 0,4972915469 0,5447555958

280 0,3659195272 0,4225274751 0,4724000783 0,5174883581

300 0,3544427698 0,4092752571 0,4575836482 0,5012577721

320 0,3527177578 0,4072833848 0,4553566673 0,4988182368

340 0,3682345936 0,4252006835 0,4753888162 0,5207623564

350 0,4079264320 0,4710328706 0,5266307592 0,5768950926

Page 120: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

119

Tabelul 16. Valorile temperaturii medii a suprafeței de frecare pentru diferit forțe de apăsare a garniturilor de frecare pe discul de frână

TEMPERATURA MEDIE A SUPRAFEȚEI DE FRECARE, [oC]

TIMPUL (DURATA FRÂNĂRII), [s] 0 10 20 30 40 50 60

tb = 30 s

s (Fb = 20 kN ) 0 260,178 427,166 499,524 541,871 575,085 624,757

s (Fb = 45 kN) 0 257,460 418,629 481,535 507,860 508,673 466,013

s (Fb = 50 kN) 0 256,982 417,130 478,376 501,992 497,014 438,147

tb = 40 s

s (Fb = 20 kN ) 0 225,321 369,936 432,601 468,767 498,038 541,055

s (Fb = 45 kN) 0 222,967 362,543 417,021 439,820 440,523 403,579

s (Fb = 50 kN) 0 222,553 361,245 414,286 434,738 430,427 379,446

tb = 50 s

s (Fb = 20 kN ) 0 201,533 330,881 386,930 419,278 445,458 483,935

s (Fb = 45 kN) 0 199,427 324,268 372,995 393,387 394,016 360,972

s (Fb = 50 kN) 0 199,058 323,107 370,548 388,841 384,985 339,387

tb = 60 s

s (Fb = 20 kN ) 0 183,974 302,052 353,217 382,746 406,696 441,770

s (Fb = 45 kN)* 0 182,051 296,015 340,496 359,111 359,686 329,521

s (Fb = 50 kN) 0 181,714 294,955 338,263 354,962 351,442 309,816

s (Fb = 45 kN)** 0 183,018 296,226 339,662 358,490 358,460 333,962

*Temperatura medie a suprafeței de frecare calculată cu ajutorul metodei propuse în prezenta lucrare (Tmcalc)

**Temperatura medie a suprafeței de frecare determinată experimental (Tmex).

Page 121: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

120

Figura 55. Variația temperaturii medii a suprafeței de frecare pe durata frânării

(Tm12 → q12; Tm13 → q13; Tm22 → q22; Tm23 → q23; Tm32 → q32; Tm33 → q33; Tm42 → q42; Tm43 → q43)

Făcând o analiză comparativă a valorilor calculate și determinate experimental ale

temperaturilor medii ale suprafeței de frecare ale elementelor cuplei de frecare a frânei cu disc se

constată, în primul rând, o bună concordanță între acestea (ipotezele și metoda utilizată sunt corecte) și,

în al doilea rând, un regim termic mai suav (valori ale temperaturii medii mai mici) în cazul aceleași

forțe de apăsare a garniturilor pe disc pe o durată mai mare a frânării (de exemplu pentru o valoare Fb =

45 kN, la tb = 30 s se obține o temperatură medie de 481,535 oC iar în cazul unei durate a frânării mai

mari: tb = 60 s valoarea temperaturii este 340,496 oC mai mică cu 29,29%). Mărirea excesivă a duratei

frânării (tb 60 s) conduce, la o decelerație constantă, la o creștere a spațiului de frânare în cazul

trenurilor de mare viteză cu efecte secundare negative asupra siguranței circulației. Soluția optimă, în

această situație, este combinarea frânelor adică utilizarea, pe lângă frâna cu disc, a unei alte frâne al

cărui efect nu depinde de aderența roată - șină: frâna electrică și/sau frâna electromagnetică pe șină.

Page 122: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

121

PARTEA A II A

CAPITOLUL 4

PLAN DE DEZVOLTARE A CARIEREI PROFESIONALE DIDACTICE

ȘI DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ.

4.1. CONSIDERAȚII GENERALE

Conceptul de carieră are o multitudine de înțelesuri, de la înțelesul popular asociat

ideii de mișcare ascendentă sau de avansare a unei persoane în domeniul său de activitate

până la percepția unei succesiuni de atitudini și comportamente pe care individul le are de-a

lungul activităților desfășurate pe parcursul vieții sale active, cu referire clară atât la aspectele

subiective (experiențe, funcții, roluri, etc.) cât și la cele obiective (comportamente și atitudini

pe funcții, posturi).

Cariera universitară implică o serie de abilități, competențe (generale și specifice) și

cunoștințe aparte, pe care este obligatoriu să le posede persoana care își dorește să desfășoare

activitatea profesională într-o instituție de învățământ superior.

România este una dintre cele 29 de țări semnatare la 19 iunie 1999 ale Declarației de

la Bologna care, începând cu anul universitar 2005 – 2006, a condus la transformări majore

ale sistemului național de învățământ superior, transpuse în legislația românească prin Legea

nr. 288 din 24 iunie 2004, privind organizarea studiilor universitare și Hotărârea de Guvern

nr. 88 din 10 februarie 2005, privind organizarea studiilor universitare de licență.

. Astfel, prin crearea și promovarea unui Spațiu European al Învățământului Superior

(EHEA – European Higher Education Area), s-a modificat durata și structura studiilor

universitare (pentru învățământul superior tehnic durata ciclului de licență este de 4 ani,

masteratul de 2 ani și studiile doctorale de 3 ani).

În acest context dezvoltarea carierei universitare este un proces deosebit de important

prin care îmi propun următoarele obiective (dezvoltate mai jos în cadrul acestei părți a tezei

de abilitare):

• Dezvoltarea de abilități și competențe didactice și de cercetare științifică în cadrul

domeniului de activitate;

• Extinderea ariei de activitate prin abordarea de noi domenii de competență inter și

multidisciplinare, în colaborare cu specialiștii din grupurile/colectivele de lucru (cadre

didactice, cercetători, studenți masteranzi și doctoranzi);

• Sprijinirea studenților în procesul de învățare și îndrumarea acestora spre implicarea

în activitatea de cercetare științifică;

• Perfecționarea nivelului de cunoaștere a limbii spaniole (sunt posesor al certificatului

DELE nr. 95M162401010034, eliberat de Universidad de Salamanca) și abordarea,

Page 123: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

122

prin cursuri intensive, a unor niveluri superioare ale altor limbi de circulație

internațională (engleză și franceză)

4.2. ACTIVITATEA DIDACTICĂ

Activitatea didactică universitară are două componente principale interdependente:

calitatea informației și modul de transmitere a acesteia către studenți. Astfel, pentru realizarea

unuei activități didactice performante, centrate pe student, consider deosebit de importantă

implicarea fiecăruia dintre cei trei actori ai procesului de învățare: studenții, cadrele didactice

și instituția (universitatea). Fiecare dintre aceştia are un rol determinant în dezvoltarea unui

învăţământ axat pe nevoile studentului, fapt pentru care, absenţa sau neimplicarea unuia dintre

actori, face imposibilă realizarea învăţământului centrat pe student. În acest context

studentul (viitorul specialist), nu mai este perceput ca un subiect pasiv în procesul de

instruire, ci este considerat partener al cadrului didactic fiind un participant activ în

proiectarea (obiective, conținut, rzultate, etc.) și realizarea activităţilor instructiv educative, în

evaluarea calitativă şi în conturarea propriului traseu academic.

Principiul pe care l-am abordat în activitatea didactică universitară este principiul

integrării teoriei cu practica (enunțat în lucrarea Didactica Magna de Ian Amos Comenius în

sec. al XVII - lea), urmărind tot timpul ca activitățile instructiv-educative să ofere studenților

o multitudine de oportunități de aplicare în practică a cunoștințelor însușite la cursurile

predate.

Principalele direcții de dezvoltare și perfecționare a activității didactice propuse de

autor, sunt următoarele:

• participarea la programe de formare organizate de universități din țară și universități

partenere din străinătate (Erasmus+);

• îmbunătățirea relației de parteneriat cu studenții prin suplimentarea activităților

desfășurate în comun (consultații, îndrumare, tutoriat);

• abordarea de metode de predare interactive bazate pe parteneriat educațional și

învățare activă, utilizând software de prezentare (Power Point,Prezi) și mijloace

multimedia (videoproiector, Smart Board, etc.);

• metode de evaluare a cunoștințelor studenților bazate pe itemi (inclusiv elementul

deductiv) care să ofere posibilitatea studenților de a participa la alegerea subiectelor

(temelor) propuse pentru examen;

• îndrumarea studenților spre studiul individual prin folosirea resurselor bibliografice

indicate la curs și cele în format electronic existente pe platforma educațională

Moodle;

• publicarea de materiale didactice (cărți de specialitate, manuale universitare și

îndrumare de laborator) în concordanță cu direcțiile tematice de cercetare științifică

abordate și cu cele mai recente repere bibliografice din domeniu;

• dezvoltarea de noi parteneriate educaționale cu universități din țară și din străinătate

(Erasmus+, Erasmus+NonUE, etc.) având ca principale obiective, în primul rând

formarea cadrelor didactice și, în al doilea rând actualizarea și compatibilizarea

permanentă a planurilor de învățământ și a fișelor disciplinelor.

Page 124: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

123

4.3. ACTIVITATEA DE CERCETARE ȘTIINȚIFICĂ

Cercetarea științifică este o activitate esențială pentru dezvoltarea carierei unui cadru

didactic universitar deoarece îi oferă suportul informativ pentru elaborarea materialelor

didactice (cărți, manuale, îndrumare de lucrări practice de laborator) și îi asigură

recunoașterea și vizibilitatea națională și internațională în domeniul de cercetare abordat.

Ariile tematice de cercetare pe care le-am abordat, ale căror rezultate se regăsesc în

lista de lucrări, sunt următoarele:

• sistemele de frânare pentru vehicule feroviare motoare şi remorcate;

• sisteme de tracţiune pentru vehicule feroviare şi urbane;

• sisteme de frânare pentru vehicule feroviare de mare viteză (comportarea elementelor

cuplei de frecare a frânei cu disc la frânările de oprire de la viteze mari și foarte mari;

studiul şi experimentarea materialelor utilizate pentru fabricarea elementelor cuplei de

frecare a frânei cu disc: garnitura de frecare şi discul de frână);

• construcţia şi calculul structurilor portante ale vehiculelor feroviare şi în special ale

vehiculelor feroviare de mare viteză;

• proiectarea şi realizarea efectivă a dispozitivelor tensometrice pentru determinarea

coeficientului de frecare dintre elementele cuplei de frecare a frânei cu saboţi;

• metode de diagnoză ale vagoanelor de călători în vederea creşterii siguranţei

transportului feroviar;

• dezvoltarea unor sisteme performante de monitorizare şi control al elementelor de

rulare pentru îmbunătăţirea mentenanţei şi siguranţei transportului feroviar.

Principalele direcții de dezvoltare a activității de cercetare științifică pe care le propun

sunt următoarele:

• dezvoltarea de parteneriate în domeniul cercetării experimentale, în cadrul

programelor de finanțare existente pe piață (CEEX, ORIZONT 2020, etc.) cu

universități și institute de cercetare din țară și străinătate,

• abordarea în continuare de teme de cercetare de actualitate din domeniul științelor

inginerești în cadrul unor colective inter și multidisciplinare (specialiști în inginerie

industrială, inginerie mecanică, inginerie electrică, etc.);

• valorificarea rezultatelor cercetării științifice prin publicarea de monografii, cărți de

specialitate sau capitole în cărți în edituri recunoscute naționale (CNCS) și

internaționale (Springer, Elsevier, Mc Graw Hill, etc.);

• participarea la conferințe și congrese naționale și internaționale pentru diseminarea

rezultatelor cercetării științifice obținute de colectivele de cercetare din care fac parte

ca și coordonator sau membru;

• publicarea de articole științifice în reviste indexate ISI Thompson Reuters, în baze de

date internaționale (BDI) precum și în proceedingurile unor conferințe de prestigiu

naționale și internaționale;

Page 125: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

124

• atragerea și implicarea directă și activă a studenților în activitatea de cercetare

științifică precum și stimularea acestora prin participarea la manifestări științifice

studențești.

Pentru atingerea obiectivelor prezentate în planul de dezvoltare a carierei didactice și

științifice, consider că dispun de experiența, expertiza, abilitățile și competențele necesare pe

care le-am dobândit pe parcursul a 30 de ani de activitate didactică și de cercetare științifică în

domeniul vehiculelor feroviare clasice și de mare viteză, și nu numai.

Page 126: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

125

PARTEA A III A

BIBLIOGRAFIE

III.1. REFERINȚE BIBLIOGRAFICE PROPRII

[1] Bocîi, L.S., 1993, Consideraţii asupra evoluţiei sistemelor de frânare ale vagoanelor de

călători de mare viteză, Sesiunea de Comunicări Ştiinţifice a Universităţii “Constantin

Brâncuşi ” Târgu-Jiu, Mai 1993;

[2] Bocîi, L.S., Dungan, M. C., 1994, Sisteme de frânare la vehiculele feroviare de viteze mari

şi foarte mari, Sesiunea de Comunicări Ştiinţifice a Universităţi “Aurel Vlaicu“ Arad, Mai

1994;

[3] Bocîi, L.S., Lammert, F., Dungan, M. A, 1994, Materiale utilizate la cuplele de frecare ale

sistemului de frânare mecanic al vehiculelor feroviare de mare viteză, Sesiunea de Comunicări

Ştiinţifice a Universităţii “Aurel Vlaicu“ Arad, Mai 1994;

[4] Bocîi, L.S., 1994, Frânarea vehiculelor feroviare de mare viteză, Referat doctorat,

Timişoara 1994;

[5] Bocîi, L.S.,Vadillo, E.G., Dungan, M.C., Sandner, C., 1994, Determinación de las

temperaturas de las ruedas de los vehículos ferroviarios a gran velocidad aplicados a la

frenada de parada mediante el freno con los zapatos, Analele Universităţii “Constantin

Brâncuşi“ Târgu – Jiu seria B nr. 1 / 1994;

[6] Bocîi, L.S., Hoancă, V. Dungan, M.C., 1995, Influenţa timpului de umplere a cilindrului

de frână asupra spaţiului de frânare în cazul utilizării frânei cu disc pentru frânarea de la

viteze mari, Analele Univesităţii “Constantin Brâncuşi“ Târgu - Jiu seria B nr. 2 / 1995;

[7] Bocîi, L.S., 1995, Calculul energiei dezvoltate la frânarea vagoanelor de călători de

mare viteză, Referat doctorat, Timişoara 1995;

[8] Bocîi, L.S., 1996, Soluţii constructive privind sistemele de frânare ale vehiculelor feroviare

de mare viteză, Referat doctorat, Timişoara 1996;

[9] Bocîi, L.S., Dungan, M.C., 1996, Determinarea energiei disipate la frânarea de oprire cu

ajutorul frânei cu disc, Proceedings of the scientific communications meeting of “Aurel

Vlaicu“ University, Arad Mai 1996;

[10] Bocîi, L.S., Dungan, M.C. -- Calculul puterii de frânare în cazul frânării de oprire cu

ajutorul frânei cu disc, Proceedings of the scientific communications meeting of “Aurel

Vlaicu“ University, Arad Mai 1996;

[11] Bocîi, L.S., 1997, Contribuţii la frânarea vagoanelor de călători de mare viteză, Teză de

doctorat, Universitatea Politehnica Timişoara, 1997;

[12] Ioan Bele, Liviu Sevastian Bocîi, 2000, Etude sur le changement du systeme

d’actionnement électrique au métro en Roumanie, Buletinul Ştiinţific al Universităţii

„Politehnica” din Timişoara secţiunea Mecanica, TOM 44(59), 121 -126

[13] Liviu Sevastian Bocîi, Ioan Velescu, Ioan Bele, 2000, Disposítifs pour la mesure de la

capacité de freinage pour les wagons équipés de frein á disque, Buletinul Ştiinţific al

Universităţii „Politehnica” din Timişoara secţiunea Mecanica, TOM 44(59), 127 – 130

Page 127: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

126

[14] Liviu Sevastian Bocîi, 2001, A comparative analysis of brakes constructives applied to

high speed railway vehicles, STOL (Spanish Trains On Line – Trenes Españoles enInternet);

[15] Liviu Sevastian Bocîi, 2001, Algunas consideraciones acerca de la enseñanza superior

técnica en el tercer milenio (español - euskara), Euskonews & Media nr. 116, ISSN 1139 –

3629;

[16] Liviu Sevastian Bocîi, 2001, Parámetros de análisis de los sistemas de frenado.

Coeficiente de absorción de la energía cinética del vehículo ferroviario de alta velocidad,

STOL (Spanish Trains On Line – Trenes Españoles en Internet);.

[17] Liviu Sevastian Bocîi, 2001, La influencia del tamaño de la superficie de fricción del

disco de freno sobre la temperatura de la superficie de fricción, calculada mediante el

método de Hasselgruber, High-Speed Railway Vehicles. Theoretical, Practical and Social

Aspects, ISBN: 973-585-729-4, pag. 49 – 62.

[18] Liviu Sevastian Bocîi, Ioan Bele, 2002, Caracteristicile generatorului sincron la

transmisiile în curent alternativ-curent continuu. Scheme de comandă şi reglare, Simpozionul

Ştiinţific Internaţional “UNIVERSITARIA ROPET 2002” Petroşani, Inginerie Electrică,

ISBN 973-8435-23-4, pag. 27-30;

[19]. Stelian Olaru, Liviu Sevastian Bocîi, Ioan Bele, Ion Copaci, 2002, Criterios para

definir la variación del coeficiente de adherencia (entre la rueda y carril) Vs. la velocidad de

marcha del vehículo ferroviario, Analele Universităţii ”Aurel Vlaicu” din Arad, Fascicola

Mecanica, Seria: Material Rulant, Rezistenţa Materialelor, Fizică, 181-188, ISSN: 1582 –

3407.

[20] Bălaş Marius, Bălaş Valentina, Liviu Sevastian Bocîi, Ioan Radu, Koles, 2002, The real-

time evaluation of the weariness of the disk brake, 8-th Mini Conference on Vehicle System

Dynamics, Identification and Anomalies, VSDIA 2002, Budapest, Hungary, pag. 241-246,

ISBN: 963 420 8177,

[21] Bocîi, L.S., 2002, La influencia del numero de discos de freno por eje sobre el poder de

frenada en trenes de alta velocidad, Revista INGENIERIAS no. 14, vol. V, Enero – Marzo

2002, pag. 14 – 18, Universidad Autónoma de Nuevo León México;

[22] Bocîi, L.S., 2002, La influencia del tamaño de la superficie de fricción del disco de freno

sobre la temperatura de la superficie de fricción, calculada mediante el método de

Hasselgruber, High-Speed Railway Vehicles. Theoretical, Practical and Social Aspects

Editura Mirton, Timişoara 2002, pag. 49 – 62;

[23] Bocîi, L.S., 2003, Programa de calculo de la temperatura en ruedas de ferrocarril

durante la frenada, INGENIERIAS, ISSN:1405-0676, Universidad Autonoma de Nuevo

Leon Mexico vol. VI, no. 21, 25 – 32, Octubre – Diciembre 2003;

[24] Liviu Sevastian Bocîi, Ion Copaci, Ioan Bele, Mihai Sârb, 2005, Diagnosing elements

for railway cars, Proceedings of the Scientific Conference, 10th edition, with International

Participation, Constantin Brâncuşi University of Târgu-Jiu, section 2- Mechanical

Engineering Technologies, November 4-5, 2005, pag. 33-38;

[25] Liviu Sevastian Bocîi, Ioan Bele, Daniela Anişoara Bocîi, 2007, The influence of tunnel

factor upon aerodynamics resistance at advancing of fast trains, ICEM 2007, Annals of the

University of Petroşani, Mechanical Engineering, vol. 9 (XXXVI), Part I, ISSN 1454-9166,

pag. 33 – 38;

Page 128: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

127

[26] Liviu Sevastian Bocîi, Ion Copaci, 2007, Experimental Investigations on the Force

given by the Pressure of the Friction Garniture on the Brake Disk, Scientific symposium

„Transport and Logistics – Post- E.U. Integration Development”, Timişoara, 2-3 November

2007, Scientific Bulletin of the Polytechnic University of Timişoara, Romania, Transactions

on MECHANICS, Tom 52 (66), Fasc. 7, ISSN 1224 – 6077, pag. 81- 86.

[27] Liviu Sevastian Bocîi, Daniela Anişoara Bocîi, 2007, The influence of air density

variation upon the resistance at advancing of high speed trains, The 13th International

Conference: The Knowledge based Organization, Applied Mechanics, Military Technical

Systems and Technologies (Conference Proceedings 9), Sibiu, 22th – 25th November 2007,

Land Forces Academy Publishing House, pag. 198-203;

[28] Bocîi, L.S., 2008, Marea viteză feroviară. Scurt istoric, partea I, Secțiune în timp și

spațiu, Univers Ingineresc (bilunar de opinie și informare al Asociației Generale a Inginerilor

din România), nr. 12 (418), pag. 4-5, ISSN 1223 – 0294;

[29] Bocîi, L.S., 2008, Marea viteză feroviară. Scurt istoric, partea II, Secțiune în timp și

spațiu, Univers Ingineresc (bilunar de opinie și informare al Asociației Generale a Inginerilor

din România), nr. 13 (419), pag. 4-5, ISSN 1223 – 0294;

[30] Bocîi, L.S., 2010, The influence of temperature variation of the physical properties of

the materials of the elements of the friction coupling on a disk brake, upon the characteristics

of braking in the braking stopping, revista Metalurgia Internațional, Special Issue nr. 8 (310),

ISSN: 1582-2214, pag. 5-14;

[31] Liviu Sevastian Bocîi, Valentin Müller, Ioan Bele, 2010, Análisis de los procesos

eléctricos del arranque de los vehículos ferroviarios con motores de tracción asíncronos,

ICITF 2010 (I Congreso Internacional de Tecnología Ferroviaria), 12 - 14 abril de 2010,

Zaragoza, España, ISBN 978.84.614.2068.1, pag. 49-51;

[32] Liviu Sevastian Bocîi, Ioan Bele, 2010, Experiments concerning the replacement of an

electrical braking system based on an independent excitation generator with a system based

on a series excitation generator, JEF 2010 (6th European Conference on Braking),

Proceedings of the European Conference on Braking, 24-25 November, 2010, Lille, France,

[33] Bocîi, L.S., 2011, The influence of the braking time on heat flow through the friction

surfaces of the friction elements of disk brakes for railway vehicles, revista TRANSPORT,

volume 26, Issue 1, Online ISSN: 1648-3480, Print ISSN: 1648-4142, pag. 75 -78.

[34] Bocîi, L.S., 2011, Determination of the friction surface temperature by the Hasselgruber

method using brake disc with different physical properties, revista Metalurgia Internațional,

vol. XVI, no. 8 (2011), ISSN: 1582-2214, pag. 42 – 47.

[35] Bocîi, L.S., Müller, V.D., 2013, Mathematical model of three-phase induction machine

connected to advanced inverter for traction system for electric trolley, Anais da Academia

Brasileira de Ciências (Annals of the Brazilian Academy of Sciences), no. 85(2), ISSN: Print:

0001-3765, Online: 1678-2690, pag. 849 – 858;

[36] Liviu Sevastian Bocîi, Valentin Dan Müller, 2016, The characteristics of the

synchronous generator traction for railway vehicles with heat engines, International

Symposium Research and Education in Innovation Era, 6th Edition, Section: Engineering

Processes and Technologies, Arad, December 08-10, 2016, ISSN 2065-2569.

Page 129: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

128

[37] Bocîi, L.S., 2016, Theoretical and experimental investigation of the force of the pad

friction on the brake disc, revista: Visión Politécnica, año 11, numero 1, ISSN: 2007 – 221X;

[38] Iosif Lazăr, Ilare Bordeașu, Adrian Cîrciumaru, Ion Mitelea, Liviu Sevastian Bocîi,

2018, Behaviour of polymer thin films deposed on bronze surfaces

at cavitation erosion, Chemistry Magazine, volume l0, October 2018, pp. 2921-2927, ISSN

2537-5733, ISSN-L 1582-9049.

[39] Bocîi, L.S., 2019, Wind influence on high speed train resistance, Annals of Faculty

Engineering Hunedoara – International Journal of Engineering, Tome XVII (2019), Fascicule

1 (February), pp. 53 – 56,ISSN: 1584-2665 (printed version), ISSN: 2601-2332 (online);

[40] Liviu Sevastian Bocîi, Luigi Pio Di Noia, Renato Rizzo, 2019, Optimization of Energy

Storage of Series-Hybrid Propelled Aircraft by means of Integer Differential Evolution,

Aerospace 2019, 6(5), 59.

III.2. REFERINȚE BIBLIOGRAFICE GENERALE [41] Adamsen, J. -- Heating and cooling of Friction Brakes, Seminar on Braking, London

1986;

[42] Alexandersson, J. -- X 2. Le train a grande vitesse suédois avec voitures a caisse

inclinable, Schienen der Welt nr. 5, 1991;

[43] Anderson, I.T., Saunders, O.A. -- Convection from an isolated heated horizontal cylinder

rotating about its axis, Proceedings of the Royal Society London, vol. A nr. 217/1953;

[44] Arenillas, J. -- La evolución de los récords de velocidad espanoles, Líneas del tren nr. 62,

Mai 1993;

[45] Aurignac, A. -- Les trains a grande vitesse Paris - Bruxelles – Londres, Revue Générale

des Chemins de Fer, Ianuarie 1982;

[46] Awasthi, S., Wood, J.L. -- C/C composite materials for aircraft, Advanced Ceramics

Materials, no 3(5), 1988, pp. 449-451.

[47] Babicicov, M., Egocernco, V.F. -- Tracţiunea trenurilor, 1934, Editions de Moscou,

traduit du russe;

[48] Bakhvalov, N. -- Méthodes numériques, Editions de Moscou, traduit du russe;

[49] Barral, A. -- Le moteur synchrone autopilote applique à la traction et compare aux

autres moteurs, Revue Générale de Chemins de Fer, mai 1983;

[50] Battisse, F. -- Les réseaux a grande vitesse dans le monde, Revue Générale de Chemins de

Fer, Aprilie 1988;

[51] Bele, I. -- Modificarea instalaţiei electrice de tracţiune în vederea reducerii numărului

de defecte la motorul TN-71, Sesiunea de comunicări ştiinţifice a U.A.V. Arad, Volumul 7

“Material Rulant” pag. 30-33, Mai 1996;

[52] Bele, I. -- Automatizarea procesului de modificare a vitezei la tramvaiul Timiş, Sesiunea

de comunicări ştiinţifice a U.A.V. Arad, Volumul 7 “Material Rulant” pag. 34-37, Mai 1996;

[53] Bele, I. -- Comanda şi supravegherea tracţiunii cu microprocesor, Sesiunea de

comunicări ştiinţifice a U.A.V. Arad, Volumul IX “Material Rulant” pag. 111-114, Octombrie

1997.

[54] Bele, I. -- Locomotive şi trenuri electrice, Editura U.A.V., Arad 1998;

Page 130: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

129

[55] Bele, I. -- Stand for the check of the control and drive installation before the coupling to

the microprocessor of the trolleybus adjusted to VTC, Scientific and Technical Bulletin, Vol.

4. pag. 46-49 noiembrie 1998;

[56] Bele, I. -- Contribuţii privind alegerea şi optimizarea sistemelor de acţionare electrică la

metrou, Teză de doctorat UP, Timişoara 1999;

[57] Bele, I. -- Cartea tehnică a metroului cu automat programabil, SC Astra Vagoane

Călători SA Arad, Arad 2001;

[58] Bianchi, C. -- Die Führerraumsignalisierung auf der Direttissima Rom – Florenz, Signal

und Draht 77 nr. 1 / 2, 1985;

[59] Bielecke, W. -- Wärmetechnische Nachrechnung von Kraftfahrzeug – Reibungsbremsen,

A.T.Z nr. 58, Septembrie 1956;

[60] Bowden, F.P., Tabor, D. -- The Friction and Lubrication of Solids: Part I & II, Glasgow,

New York, Oxford University Press, 1964, 534 pp;

[61] Bogott, H. -- Anforderungen an Triebfahrzeuge höherer Geschwindigkeiten,

Schienenfahrzeuge nr. 3 / 1990;

[62] Boiteux, M. -- Le probleme de l’adherence en freinage, Revue Générale de Chemins de

Fer, Februarie 1986;

[63] Boiteux, M. -- Influence de l’energie de glissement sur l’adherence exploitable en

freinage, Revue Générale de Chemins de Fer, Octombrie 1987;

[64] Boiteux, M. -- Influence de la vitesse et de differentes parametres constructif sur

l’adherence en freinage, Revue Générale de Chemins de Fer iulie / August 1990;

[65] Boiteux, M. -- Recherches en vue de l’optimisation de la regeneration de l’adherence en

freinage, Revue Générale de Chemins de Fer, Februarie 1993;

[66] Bouley, J. -- TES – Un reseau europeen de chemin de fer a grande vitesse, Revue

Générale de Chemins de Fer, Aprilie 1986;

[67] Bricout, J.P., Guerin, J.D., Bartys, H.,Watremez, M -- Materiaux pour le freinage

Traitement Thermique, no 334, Octobre 2001;

[68] Casini, C. -- Sperimentazione ad alta velocita, La tecnica professionale nr. 7 / 8, 1992;

[69] Cavell, B.G. -- Sistemas modernos de unidad de freno de estacionamiento, A.I.T nr. 9,

Aprilie 1976;

[70] Chen, J.D., Chern Lin, J.H. -- Effect of humidity on the tribological behaviour of carbon-

carbon composites, Wear no 193, 1996, pp. 38-47;

[71] Davion, Ph. -- Quand les disques atteignent leurs limites, Journees Europeennes du

Freinage (JEF 1995), Decembre 1995, Lille France, pag. 353 – 361;

[72] Demidovitch, B., Maran, I. -- Eléments de calcul numériques, Editions de Moscou traduit

du russe;

[73] Demilly, F., Trohel, M. -- Les disques de frein en acier forge des trains a grande vitesse,

Journees Europeennes du Freinage (JEF 2002), 13 et 14 Mars 2002, Lille France, pag. 103 –

110;

[74] Donciu, T., Porumb, Gh., Ghiţescu, V. -- Îndrumător pentru calcule de tracţiune şi de

frânare a trenurilor, M.T.Tc. Direcţia tracţiune şi vagoane Bucureşti 1974;

[75] Dufrenoy, P. -- Etude du comportement thermomecanique des disques de freins vis a vis

des risques de defaillance, These de doctorat 1995;

Page 131: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

130

[76] Dufrenoy, P., Degallaix, G., Bumbieler, F., Viet, J.J., Raison, J. -- Mecanismes de

fissuration des disques de frein: analyse experimentale et etude numerique, Journees

Europeennes du Freinage (JEF 2002), 13 et 14 mars 2002, Lille France, pag. 111 – 122;

[77] Dunais, J.M. -- Equipement de frein mixte pour locomotives, Revue Générale de Chemins

de Fer, Mai 1989;

[78] Dungan, M.C. -- Vagoane şi frâne, Curs litografiat Universitatea Tehnică Timişoara

1990;

[79] Dungan, M.C., Mădăras, L., Bocîi, L.S. -- Studiul comparativ al eficacităţii frânării cu

saboţi şi cu frâna cu disc la vehiculele feroviare, Simpozionul al VI lea de Organe de Maşini ,

Timişoara 1992;

[80] Ehlers, H.R. -- Die thermishe Berechnung der Klotzbremse, Sonderdruck aus Archiv für

Eisenbahntechnik, Folge 18;

[81] Fall, S., Mager, G. -- Les semelles de frein en fonte grise phosphoreuse, Revue Générale

de Chemins de Fer, Mai 1989;

[82] Gârbea, D. -- Utilizarea analizei prin elemente finite în probleme de schimb de cãldurã

prin conducţie, Revista Transporturilor şi Telecomunicaţiilor nr. 1 / 1979;

[83] Gârbea, D. -- Posibilităţi de simulare prin analiza cu elemente finite a încălzirii roţilor

de cale ferată rulând în regim de frânare, Revista Transporturilor şi Telecomunicaţiilor nr. 4 /

1980;

[84] Gârbea, D. -- Folosirea metodei elementelor finite pentru studiul problemelor termice

tranzitorii, Revista Transporturilor şi Telecomunicaţiilor nr. 1 / 1983;

[85] Gârbea, D. -- Analiza cu elemente finite, Editura Tehnică, Bucureşti 1990;

[60] Gimenez, C.F. -- Contribución al estudio de los parametros que definen el frenado

mecanico de vehiculos ferroviarios, A.I.T nr.9 , Aprilie 1976;

[86] Godet, M. -- The third body approach: a mechanical view of wear, Wear, no 100, 1984,

pp. 681-686;

[87] Guiheu, C. -- La résistance a l’avancement des rames TGV – PSE. Bilan des études et des

résultats des mesures, Revue Générale des Chemins de Fer, Ianuarie 1982;

[88] Gunnar, D. -- Stresses an Cracks in Brake Discs, Transactions of Machine Elements

Division, Lund Technical University, Sweden 1976;

[89] Hadnagy, C., Izvercian, P.N., Popescu, M. -- Elemente de analiză matematică, Vol. I,II.

Litografia I.P.T.V. Timişoara 1980;

[90] Hanenbergh, H. -- De snelste treinen een Wereldranglijst, Openbaar Vervoer, Ianuarie

1984;

[91] Hasselgruber, H. -- Zur Berechnung der Wärmespannungen in der Bremstrommeln von

Kraftfahrzeugen beim Haltbremsvorgang, A. T. Z nr. 2 / 1954;

[92] Hasselgruber, H. -- Temperaturberechnungen für mecanische Reibkupplungen, Wieweg

1959;

[93] Iordache, O., Smigelschi, O. -- Ecuaţiile fenomenelor de transfer de masă şi căldură,

Editura Tehnică Bucureşti;

[94] Ishihara, T.,Yamamoto, I. -- Influence of environment and temperature on dusting wear

transitions of carbon-carbon composites, Journal of Material Science, no 32, 1997, pp. 681-

686;

Page 132: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

131

[95] Kalker, J.J. -- Three – dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact, Dordrecht, Boston,

Kluwer Academic Publishers, 1990, 314pp;

[96] Karwaski, B.L. -- Teoria generală a frânelor automate, Oficiul de presă, Editură şi

documentare CFR, 1950;

[97] Kasiske, H. -- Reisezugwagen für den Hochgeschwindigkeitverkerhr, Schienenfahrzeuge

nr. 1 /1990;

[98] Kirschstein, H. -- Die Bremstechnik bei den Eisenbahnen der Vereinigten Staaten von

Amerika, Archiv für Eisenbahntechnik, Folge 17, Decembrie 1962;

[99] Kirschstein, H. -- Bremsanlagen für schnelle lokomotivbeförderte Reisezüge,

Eisebahntechnische Rundschau , iulie – August 1964;

[100] Kirschstein, H. -- Ursprung, Wege und Grenzen der Eisenbahnbremstechnik und deren

Wechselbeziehung zur Eisebahnbetriebsentwicklung, Archiv für Eisenbahntechnik, Folge 21,

Decembrie 1966;

[101] Kirschstein, H. -- Versuche und Untersuchungen zur Frage der möglichen

Fahrgeschwindigkeiten lokomotivbeförderter Reisezüge mit scheibengebremsten Wagen,

Archiv für Eisenbahntechnik, Folge 25, 1970;

[102] Kniffler, H. -- Zugförderung und Fahrzeugpark der DB für höhere Geschwindigkeiten,

Eisebahntechnische Rundschau, 1968;

[103] Lacôte, F. -- La nouvelle génération de matériel a grande vitesse de la SNCF. Le

matériel TGV – Atlantique, Revue Générale des Chemins de Fer, Decembrie 1986;

[104] Lacôte, F. -- Les trains a grande vitesse de la SNCF, Revue Générale des Chemins de

Fer, Octombrie 1991;

[105] Lankes, P. -- Die neue Generation: Der ICE 2, Eisenbahntechnische Rundschau nr. 4,

Septembrie 1994;

[106] Lübke, D., Jänsch, E. -- Die ICE- Familie im internationalen

Hochgeschwindigkeitsverker (HGV ), Eisebahntechnische Rundschau nr. 42 Iulie - August

1993;

[107] Mădăras, L., Dungan, M.C., Bocîi, L.S. -- Momentul de frânare al frânei cu disc

utilizată la vagoanele de cale ferată, Simpozionul al VI- lea de Organe de Maşini, Timişoara

1992;

[108] Majcherczak, D., Dufrenoy, P., Nait-Abdelaziz, M., Berthier, Y. -- Approches

thermiques des contacts avec troisiemes corps solides-application au freinage, Journees

Europeennes du Freinage (JEF 2002), 13 et 14 Mars 2002, Lille France, pag. 139 – 146;

[109] Malberck, M. -- Systemes de freinage ferroviaries, Revue Générale des Chemins de Fer,

Mai 1989;

[110] Metzler, J. M. -- La traction électrique monophasée en France. Quelques idées sur

l´avenir, Revue Générale des Chemins de Fer, Februarie 1983;

[111] Mochizuki, A. -- A new serie of the Shinkansen, EMU Train Mode its Debut, Japanese

Railway Engineering nr.94, Iunie 1985;

[112] Möller, E. -- Die Eisenbahnbremse Möglichkeiten und Auswirkungen ihrer

Leistungssteigerung, Glasers Annalen, August 1960;

[113] Möller, E. -- Schnellverkehr und Bremsverzögerung, Glasers Annalen nr. 10, 1965;

[114] Morton, A. -- Une grande aventure Franco–britannique, Revue Générale des Chemins

de Fer, Decembrie 1993;

Page 133: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

132

[115] Muntean, G. -- Tracţiunea trenurilor, Litografia I.P.T.V. Timişoara 1977;

[116] Negreanu, A. -- Locomotive şi trenuri electrice, I.P.T.V., Timişoara 1979;

[117] Neury, H. -- Regleurs de freins, Revue Générale des Chemins de Fer, Mai 1989;

[118] Panagin, R. -- La dinamica del veicolo ferroviario, Libreria Editrice Universitaria

Levrotto & Bella, Torino 1990;

[119] Panier, S., Dufrenoy, P., Weichert, D. -- Macroscopic hot-spots occurrence in frictional

organs, Thermal Stresses 2001, Osaka (Japon), 8-11 Juin 2001, pp. 621-624;

[120] Petit, G. -- TGV – Atlantique. La maîtrise du 300 km/h, Revue Générale des Chemins de

Fer, Octombrie 1991;

[121] Popa, A., Chimu, N., Neagu, A. -- Tracţiunea trenurilor, Editura Didacticã şi

Pedagogică, Bucureşti 1965;

[122] Popescu, C., Gârbea, D. -- Problemele aderenţei în tracţiunea feroviară actuală. Studii

de sinteză, Ministerul Căilor Ferate Române, Bucureşti 1967;

[123] Popoviciu, G., Tilea, D., Uţă, C. -- Frâne moderne pentru locomotive, M.T.Tc. Centrul

de documentare şi publicaţii tehnice, Bucureşti 1971;

[124] Portefaix, A. -- Materiel Roulant et grandes vitesses ferroviaire, Revue Generale du

Chemins de Fer;

[125] Preller, F. -- Die Leistungfähigkeit von Reibungsbremsen, vor allem von

Scheibenbremsen für Schienenfahrzeuge, Glasers Annalen nr. 2 / 1966;

[126] Raison, J. -- Les matériaux de freinage, Revue Générale des Chemins de Fer, Iulie /

August 1991;

[127] Rahn, Th., Kurz, H.R. -- Le train a grande vitesse InterCityExpress du chemins de fer

Allemande, Revue Générale des Chemins de Fer, Decembrie 1991;

[128] Romestain, P., Avouac, G. -- Les équipements de freinage des futures rames, Revue

Générale des Chemins de Fer, Decembrie 1976;

[129] Sander, K. -- Scheibenbremse für Schienenfahrzeuge, Technische Rundschau nr. 18 /

1978;

[130] Sargenton, D. -- Le freinage, Revue Générale des Chemins de Fer, Noiembrie 1984;

[131] Saumweber, E. -- Leistungsgrenzen Kombinierter Bremssysteme, Glasers Annalen nr.7 /

8, 1974;

[132] Sauthoff, F., Schmidt, E. -- Die Schiebenbremse für Schienenfahrzeuge und ihre

Bremsbeläge, Glasers Annalen , Aprilie 1959;

[133] Sauvage, G., Fortin, J.P. -- La trainee de roulement des vehicules de chemin de fer,

Revue Générale des Chemins de Fer, Iulie / August 1982;

[134] Schmücker, B. -- Scheibenbremsen an Schienenfahrzeugen der Bundesbahn und ihre

Bewährung, Glasers Annalen nr.3 / 1966;

[135] Sebeşan, Şt., Tilea, D. -- Frânarea trenurilor, Editura Transporturilor şi

Telecomunicaţiilor, Bucureşti 1963;

[136] Sebeşan, I. -- Dinamica vehiculelor de cale ferată, Editura Tehnică, Bucureşti 1995;

[137] Shore, A.G.L. -- Freno hidrocinetico para el tren de pasajeros de alta velocidad (APT)

proyectado por British Railways, A.I.T nr. 11, August 1976;

[138] Sofroni, L., Ripoşan, I., Brabie, V., Chişamera, M. -- Turnarea fontei, Editura Didactică

şi Pedagogică, Bucureşti 1985;

Page 134: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

133

[139] Sofroni, L., Brabie, V., Bratu, C. -- Bazele teoretice ale turnării, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti 1980;

[140] Sonder, E., Kühl, H. -- Untersuchung der Bremskomponenten bei den Schnellfahrten bis

250 km/h auf der Verssuchsstreche Gütersloh- Neubeckum, Leichtbau der Verkehrsfahrzeuge,

nr. 2 / 3 ,1977;

[141] Stoica, M. -- Frânarea trenurilor, Editura Feroviară, Bucureşti 1998;

[142] Taschinger, H -- Kunststoffbelagbremsen unter besonderer Berücksichtigung der

Scheibenbremse, Eisebahntechnische Rundschau 153 , Heft 12;

[143] Teodorescu, N., Olariu, V. -- Ecuaţii diferenţiale şi cu derivate parţiale, Vol. I, II, III.

Editura Tehnică, Bucureşti 1979;

[144] Tickle, C.J.F., Watson, J.C. -- Testing railway friction brakes, Railway Engineer

International, nr.6 / 1980;

[145] Val, Y. -- Proyecto para enlazar Sidney y Melbourne a 300 km/h, Via Libre nr.326,

Martie 1991;

[146] Val, Y. -- Entre en servicio comercial el tren ICE alemán, Via Libre nr. 329, Iunie 1991

[147] Val, Y. -- Japón presenta un tren bala a 350 km/h, Via Libre nr.340, Mai 1992;

[148] Velescu, I., Bocîi, L.S., Geicu, I., Crişan, V., Gheorghe, D. – Dispozitiv tensometric

pentru determinarea coeficientului de frecare dintre sabot şi roată, Analele Universităţii

„Aurel Vlaicu“ din Arad, Seria Mecanică, pag. 241-246, 2002;

[149] Vila, J. -- Una rama sin modificaciones batió el record de velocidad, Líneas del tren

nr. 62, Mai 1993;

[150] Watremez, M., Dufrenoy, P., Renaux, T., Bricout, J.P. -- Comportement

thermomécanique de disques de frein revêtus a géométrie surfacique améliore, Journees

Europeennes du Freinage (JEF 2002), 13 et 14 Mars 2002, Lille France, pag. 123 – 130;

[151] Zăgănescu, I., Gheorghiu, O., Dungan, M.C. -- Studiul cauzelor rotirii bandajelor

roţilor la locomotivele electrice de 5100 Kw livrate de Uzinele Electroputere Craiova, Căilor

Ferate Iugoslave, Timişoara 1973;

[152] Zăgănescu, I. -- Locomotive şi automotoare cu motoare termice,

Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1972;

[153] ******** -- Handbook-Brake Engineering Terms and Values for Rail Vehicles, Knorr

Bremse 1978;

[154] ******** -- Bremsen für Schinenfahrzeuge, Knorr Bremse 1990;

[155] ******** -- Norma técnica de mantenimiento, Bloques de freno, RENFE, Dirección de

Material Rodante, UTS / 446;

[156] ******** -- Puissance limite de freinage du frein a disques, ERRI B 126, Raport nr. 9,

Aprilie 1985;

[157] ******** -- Cercetări privind introducerea frânelor de mare putere pentru frânarea

trenurilor. Frâna cu disc, I.S.C.P.T Bucureşti 1972;

[158] ******** -- Die Bremsen des TGV und des ICE,

Schienenfahrzeuge nr. 3 / 1990;

[159] ********-- Documentaţia tehnică de execuţie a metroului din Bucureşti;

[160] ******** -- Cartea tehnică a metroului 239, Vol. I – Vol. VII, Arad 1988;

[161] ******** -- Proiect de diplomă, absolvent Dinu Ion, Universitatea”Aurel Vlaicu” din

Arad, 2002 ;

Page 135: 7(='($%,/,7$5( - upet.ro de abilitare.pdf · Variaţia proprietăţilor fizice ale materialelor elementelor ... (densitatea, căldura specifică, conductivitatea termică) constante

Teză de abilitare Dr. ing. Liviu Sevastian BOCÎI

134

[162] ******** -- Documentaţia tehnică de execuţie a vagonului AVA 200;

[163] ******** -- Documentaţia tehnică de execuţie a troleibuzului 415T;

[164] ******** -- Cartea tehnică a troleibuzului 415T;

[105] ******** -- Cartea tehnică a tramvaiului;

[166] ******** -- Fişa UIC 544-1 Ediţia 4 din 01.10.2001;

[167] ********-- Fişa UIC 546 OR-Frein- Frein a haute puissance pour trains de voyageurs;

[168] ******** -- Fişa UIC 547 Frein- Frein a air comprime- Programme – type d’essais;

[169] ******** -- Disques de frein avec couronne en acier, NF F 11 – 416 12/1994.

[170] ******** -- Fişa UIC 540

[171] ******** -- Proiect de diplomă, absolvent Olaru Stelian, Universitatea”Aurel Vlaicu”

din Arad, 2000;

[172] ******** -- Fişa UIC 543.