Тормоза подвижного состава

Повышение мощности тормозных систем современных локомотивов и вагонов требует решения ряда научно-технических, экономических и организационных задач. Эти задачи протекают из специфики работы железнодорожного подвижного состава, они конкретизированы в технических требованиях на тормоза и элементы тормозных систем. Важнейшими из этих требований являются следующие:

— тормоза должны безусловно обеспечивать безопасность движения поездов;

— эффективность действия тормозов должна быть такой, чтобы обеспечить при экстренном торможении с максимальной скорости на спуске до 6% нормативную длину тормозного пути: для грузовых поездов, обращающихся со скоростями до 100 км/ч, — не более 1200 м; для грузовых, обращающихся со скоростями до 120 км/ч и пассажирских — до 160 км/ч, — не более 1600 м.

— вновь вводимые тормоза должны без каких-либо ограничений работать совместно с существующими;

— конструкция тормозной системы должна обеспечивать простоту управления и удобство ремонта и технического обслуживания.

Важнейшее требование, предъявляемое к тормозам железнодорожного подвижного состава — их высокая надежность, заключающаяся в безопасности, долговечности и ремонтопригодности всех элементов тормозной системы.

В данном курсовом проекте был рассчитан и спроектирован тормоз 4-осного пассажирского вагона.

1. Расчет потребной тормозной силы

1.1 Определение потребной тормозной силы по длине тормозного пути

Величину потребной тормозной силы выбирают из условия остановки поезда при экстренном торможении на минимальном тормозном пути.

Расчетное длинна тормозного пути S=1700 м.

При торможении поезда учитывают время подготовки тормозов к действию. В этом случае полный тормозной путь

С учетом времени tП подготовки тормозов потребную тормозную силу можно определить из уравнения

Время подготовки тормозов к действию при следовании поезда на электропневматических тормозах

Среднее значение основного удельного сопротивления движению при пассажирского вагона

Удельное сопротивление от уклона пути

Решение уравнения для определения среднего значения удельной тормозной силы:

1.2 Определение допускаемой тормозной силы по условию безюзового торможения и обоснование выбора тормозной системы

Условие безюзового торможения колесной пары

Расчетный коэффициент сцепления

Допускаемая удельная тормозная сила

Результаты расчетов для различных скоростей сводим в таблицу 1.

Таблица 1 — Удельная тормозная сила, допускаемая по условию

По полученным данным на рисунке 1 строим график зависимости допускаемой тормозной силы от скорости .

Рисунок 1 — График зависимости допускаемой тормозной силы от скорости

Среднее значение допускаемой удельной тормозной силы

Сравнивая значение допускаемой тормозной силы равной 939 Н/т и потребной тормозной силы равной 730 Н/т и ввиду того, что допускаемая тормозная сила больше, чем потребная, дальнейший расчет ведем по допускаемой тормозной силе.

2. Расчет механической части тормоза

2.1 Выбор схемы тормозного нажатия

На пассажирском подвижном составе применяют двустороннее нажатие колодок на колесо.

Двустороннее нажатие позволяет уменьшить удельные давления колодки на колесо и, следовательно, увеличить коэффициент трения колодки и более полно использовать допускаемую тормозную эффективность по условиям сцепления колеса и рельса. При двустороннем нажатии отсутствует выворачивающее действие на колесо, благоприятно сказывающееся на работе буксового узла.

Считают, что тепловая напряженность фрикционной пары тормозная колодка — колесо при двустороннем торможении выше, чем при одностороннем.

2.2 Определение потребной величины тормозного нажатия

Для колодочного тормоза суммарное нажатие колодок, приходящееся на ось колесной пары

Действительный коэффициент трения материала колодок в общем виде определяется по формуле

Тогда

Для композиционных колод из материала ТИИР-300 коэффициент трения равен

Величину допускаемого нажатия определяем из уравнения

Расчетные формулы:;; ;

Для скорости получаем

;

;

;

Расчет для различных скоростей движения сводим в таблицу 2

Таблица 2 — Расчёт допускаемого тормозного нажатия

По полученным данным строим зависимость силы нажатия колодки на колесо К от скорости V (Рисунок 2).

Рисунок 2 — Зависимость силы нажатия колодки на колесо К от скорости Допускаемое нажатие на колодку по удельному давлению

Расчётная сила нажатия тормозных колодок на колесо на всём интервале скоростей не превышает допускаемую силу по удельному давлению на колодку. Поэтому дальнейший расчет ведем по действительному нажатию на колодку

2.3 Определение параметров механической части тормоза

Принимаем одноцилиндровую тормозную систему

Расчетное давление в тормозном цилиндре на порожнем режиме.

Наибольший ход поршня тормозного цилиндра, допускаемый в эксплуатации, .

Усилие возрастающей пружины тормозного цилиндра

.

Усилие по штоку тормозного цилиндра

Тогда

.

Передаточное отношение рычажной передачи

Проверка на отсутствие юза во время торможения

Передаточное число

Принимаем а=0,25, б=0,4, тогда

3. Проектирование принципиальной пневматической части тормозной системы

3.1 Описание устройства и действия пневматической части тормозной системы

В пассажирских вагонах воздухораспределитель № 292 крепится на кронштейне или крышке тормозного цилиндра. На магистральной трубке расположены концевые краны с соединительными рукавами и пылеловка, а на отводах от нее — разобщительный кран и стоп-краны.

Для отпуска тормоза вручную предусмотрен клапан условный № 31.

При зарядке и отпуске тормоза воздух из магистрали через воздухораспределитель поступает в запасный резервуар, а тормозной цилиндр сообщается с атмосферой.

В процессе торможения на пневматическом управлении воздух из запасного резервуара поступает в цилиндр через воздухораспределитель, а на электрическом — через пневматическое реле электровоздухораспределителя.

Вдоль вагона в металлической трубке проложены два линейных провода.

3.2 Расчет давления в тормозных цилиндрах

Определим зависимость между снижением давления в тормозной магистрали и давлением в тормозном цилиндре для резервного воздухораспределителем усл. № 292.

Давление в тормозном цилиндре для i-той ступени торможения

где — давление в тормозном цилиндре при i-той ступени торможения;

— объем рабочего пространства тормозного цилиндра, ;

— объем запасного резервуара, .

.

.

Тогда

.

Давление в тормозном цилиндре при полном служебном

где — зарядное давление в тормозной системе пассажирского поезда, .

Минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали для получения полного служебного торможения.

Определим зависимость между временем возбуждения катушек тормозного и отпускного вентилей электровоздухараспределителя и давлением в тормозном цилиндре для электровоздухораспределителя усл. № 305.

Определим время возбуждения катушки тормозного вентиля, необходимое для получения в рабочей камере критического давления .

Время возбуждения катушки тормозного вентиля, необходимое для получения в рабочей камере критического давления :

.

Величина конечного давления в рабочей камере

.

Оптимальное время возбуждения катушки тормозного вентиля для получения полного служебного торможения

где — время наполнения рабочей камеры от критического давления до давления, соответствующего полному служебному торможению .

.

3.3 Определение действительного и расчетного тормозного нажатия

Действительное нажатие тормозной колодки на колесо определяется по формуле

где nпередаточное число тормозной рычажной передачи;

pШусилие по штоку тормозного цилиндра.

; ;;

; ;

;

.

Определение тормозной силы поезда с использованием действительных значений сил нажатия колодок и действительных коэффициентов трения затруднительно, так как при различном тормозном нажатии, величина которого зависит от загрузки вагона, приходится рассчитывать свою величину. Поэтому действительные значения и заменяют расчетными и с тем, чтобы выполнить условие

3.4 Удельная тормозная сила

Для упрощения расчёта удельной тормозной силы учитываем её зависимость от величины тормозного нажатия и наличия тормозных колодок различных типов

Расчетный коэффициент трения для чугунных колодок

.

Расчетный коэффициент трения для композиционных колодок

т;

Аналогично определяем удельную тормозную силу для остальных скоростей заданного диапазона. Результаты расчёта сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.1 — Расчёт удельной тормозной силы

По результатам расчёта строим график зависимости удельной тормозной силы поезда от скорости движения bT = f (V) (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 — График зависимости bT = f (V)

4. Тормозные расчеты для заданного поезда

4.1 Определение длины тормозного пути, времени торможения и замедления при торможении

Длина тормозного пути

(34)

где sП — путь, проходимый поездом за время подготовки тормозов к действию, м;

(35)

tП — время подготовки тормозов к действию;

(36)

i — уклон пути, i = - 3 o/oo;

bT — удельная тормозная сила, Н/м;

sД — действительный тормозной путь, проходимый поездом при максимальном давлении в тормозном цилиндре;

(37)

— замедление поезда, м/с2, под действием замедляющей силы в 1 Н/т;

(38)

— замедление локомотива, = 0,88· 10−3 м/с [1];

— замедление состава, = 0,95· 10−3 м/с [1];

Рл — учетная масса локомотива, Рл = 126 т [1];

Qc — масса состава, Qc = 1160 т;

— начальная и конечная скорости в принятом расчётном интервале, м/с;

— удельное сопротивление движению поезда от уклона пути, Н/т;

— основное удельное сопротивление движению поезда, Н/т;

(39)

— основное удельное сопротивление движению локомотива, Н/т;

(40)

Vср = (Vn+Vn+1)/2 — средняя скорость движения поезда в выбранном интервале, м/с;

— основное удельное сопротивление движению вагонов данного типа с учётом их фактической загрузки, Н/т;

(41)

qo — осевая нагрузка, qo = т;

— часть массы состава, приходящаяся на вагоны данного типа и загрузки,

= 1160 т.

Рассчитаем тормозной путь поезда при начальной скорости движения Vn=160 км/ч (Vn=44,4 м/с) и средней скорости Vср = 155 км/ч (Vср = 43,1 м/с)

с;

м;

Н/т;

Н/т;

Н/т;

м;

м.

Для остальных скоростей расчеты сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Результаты расчета

По данным таблицы 4.1 строим график зависимости длины тормозного пути от скорости s=f (V).

Рисунок 4.1 — График зависимости s=f (V)

Время, за которое поезд полностью затормозит при начальной скорости движения Vn, можно определить по формуле

(42)

где tП — время подготовки тормозов к действию;

— действительное время торможения;

. (43)

Величина среднего замедления определяется по формуле

. (44)

Определим время торможения и величину замедления при Vср=155 км/ч (Vср=43,1 м/с)

с, с,

м/с2.

Аналогично определяем время торможения и величину замедления для других значений средней скорости. Результаты расчёта заносим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 — Расчет времени торможения и замедления

По данным таблицы 4.2 строим графики зависимости времени торможения от скорости t=f (V) (рисунок 4.2) и замедления от средней скорости j=f (V) (рисунок 4.3).

Рисунок 4.2 — График зависимости t=f (V)

Рисунок 4.3 — График зависимости j=f (V)

4.2 Расчет продольно-динамических сил в вагоне

Максимальные усилия, испытываемые автосцепкой в области наибольших реакций по длине поезда, определяются по формуле тормозной путь сила вагон

(45)

где — тормозная сила поезда при заданной скорости движения, с которой начинается торможение, кН;

A — коэффициент, учитывающий состояние поезда перед торможением;

— длина тормозной магистрали поезда, м.

— скорость распространения тормозной волны, м/с;

— время наполнения тормозного цилиндра отдельного вагона, с.

— при полном служебном торможении сжатого поезда,

.

— при полном служебном торможении растянутого поезда,

5. Расчет рычажной передачи автоматического тормоза

5.1 Расчет рычажной передачи автоматического тормоза

Усилия в элементах рычажной передачи для расчета на прочность определяются для случая постановки композиционных колодок.

Усилия на штоке поршня тормозного цилиндра

Усилие на затяжке горизонтальных рычагов композиционных колодок

Усилие на центральной тяге к балансиру при чугунных колодках

(46)

5.2 Расчет рычага

,

Напряжения в сечениях рычага составляют

.

Сечение 2−2

.

Сечение 3−3

.

Напряжения сжатия проушине определяется по формуле

(47)

где — толщина проушины;

— диаметр отверстия проушины.

Для наибольшей нагруженной проушины имеем

.

Напряжения среды в проушине определяем по формуле

(48)

;

1. Галай Э. И. Автоматические тормоза подвижного состава железных дорог: Учебно-методическое пособие.-Гомель: БелИИЖТ, 1982.26с. часть 1.

2. Галай Э. И. Автоматические тормоза подвижного состава железных дорог: Учебно-методическое пособие. — Гомель: БелИИЖТ, 1982.26с. часть 2.

3. Иноземцев В. Г., Казаринов В. М., Ясенцев В. Ф. Автоматические тормоза. М.: Транспорт, 1981. 464 с.

4. Крылов В. И., Крылов В. В. Автоматические тормоза подвижного состава: Транспорт, 1977. 317 с.

5. Крылов В. И., Перов А. Н., Озолин А. И., Климов Н. Н. Справочник по тормозам. М.: Транспорт, 1975. 444 с.