146881 (Автоматические тормоза подвижного состава)

Введение

Тормоз железнодорожного подвижного состава представляет собой комплекс устройств, создающих искусственное сопротивление движению поезда при регулировании его скорости или остановке.

Качение стальных колёс по стальным рельсам характеризуется сравнительно низкими (по сравнению, например, с качением автомобильного колеса по дорожному покрытию) коэффициентами сцепления, величина которых изменяется в зависимости от состояния и загрязнённости пути. Технические характеристики тормозных устройств, которые, как правило, используют свойство сцепления колёс с рельсами , должны, с одной стороны, отвечать требованиям безопасности движения и обеспечивать установленные величины тормозных путей; с другой стороны, торможение должно происходить без превышения тормозной силы над силой сцепления колёс с рельсами, так как в противном случае происходит повреждение колёс. Железнодорожные тормоза, использующие поверхность катания колёс как фрикционную, не должны существенно сокращать срок службы колёс и сами должны обладать высокой износостойкостью и независимостью характеристик от климатических условий.

Специфика эксплуатации железных дорог России – их большая протяжённость, обращение подвижного состава в малонаселённых областях со сложными климатическими условиями – требует максимальной надёжности, долговечности тормозного оборудования при возможно минимальных затратах высококвалифицированного труда на его обслуживание и ремонт.

Успешному решению этих задач способствует применение композиционных тормозных колодок, имеющих значительно больший срок службы, чем чугунные колодки, и автоматических регуляторов тормозной рычажной передачи, которые практически исключают необходимость в трудоёмких ручных операциях регулировки. В воздухораспределителях вместо металлических притираемых деталей используются резиновые уплотнители, обладающие высокими техническими свойствами при минимальных затратах на ремонт, который предельно упрощён и заключается практически в замене и смазке.

1 Расчёт колодочного тормоза 4-х осного рефрижераторного вагона

Расчёт колодочного тормоза включает в себя определение допустимого нажатия тормозной колодки, вывод формулы передаточного числа рычажной тормозной передачи, определения диаметра тормозного цилиндра, выбор воздушной части тормозной системы, определение подачи (производительности) компрессора и объёма главных резервуаров.

1. Определение допустимого нажатия тормозной колодки

Для создания эффективной тормозной системы сила нажатия тормозной колодки на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной силы сцепления колеса с рельсом и вместе с тем исключать возможность появления юза при торможении. Это положение в колодочном тормозе выполняется при граничных условиях, соответствующих сухим и чистым рельсам, и аналитически выражаются уравнением:

(1.1)

где К – допустимая сила нажатия колодки на колесо, кН;

φ_к – действительный коэффициент трения тормозной колодки о колесо;

0,85 – коэффициент, учитывающий разгрузку задней колёсной пары;

Ψ_к – коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении;

Р_к – статическая нагрузка на колесо, отнесённая к одной тормозной колодке, кН.

(1.2)

где Р_у – учётный вес вагона, тс;

z – число колёсных пар (тормозных осей) вагона;

m_к = 2 – количество тормозных колодок или их секций, приходящихся на одно колесо;

g = 9,81≈ 10 м/с² – ускорение свободного падения.

Подставляя в формулу значения коэффициента трения, получим для чугунных колодок:

, (1.3)

где V = 7 км/ч – расчётная скорость движения экипажа при недопущении юза, км/ч (таблица 3).

После преобразований уравнение примет вид:

Нагрузка от колёсной пары на рельсы определяется из выражения:

(1.5)

Для значения q₀=210 кН методом интерполяции исходя из таблицы 3 для скорости недопущения юза 7 км/ч находим:

Подставляя в уравнение значения, получим:

,

,

,

,

,

Полученную допустимую силу нажатия тормозной колодки проверяем исходя из требований теплового режима трущихся пар, по выражению:

(1.6)

где Fк - номинальная площадь трения тормозной колодки, см²,

Fк =305см²;

[ΔРуд] – допустимое удельное давление на тормозную колодку, Н/см², [ΔРуд]=130.

,

Принимаем К_доп=27,575 кН.

1.2 Вывод формулы и определение передаточного числа рычажной тормозной передачи

Передаточное число рычажной тормозной передачи (ПЧРТП) – безразмерная величина. Определяется как отношение теоретической суммы сил нажатия тормозных колодок, приводимых в действие от одного тормозного цилиндра, к усилию на его на штоке. ПЧРТП показываем, во сколько раз с помощью рычагов тормозной передачи увеличивается сила, развиваемая штоком поршня тормозного цилиндра.

При выводе формулы ПЧРТП используется расчетная схема рычажной передачи, находящаяся в состоянии равновесия, в которой после торможения все рычаги занимают перпендикулярное положение относительно тяг. Поэтому необходимо соответственно вычерчивать в масштабе заданную схему рычажной передачи, на которой показать действующие силы и размеры плеч рычагов. Кроме того, схему следует дополнить технической характеристикой (допустимая, действительная, расчетная силы нажатия тормозной колодки, диаметр тормозного цилиндра, давление воздуха в тормозном цилиндре, расчетный коэффициент нажатия тормозных колодок).

ПЧРТП определяется из соотношения длин плеч ведущих и ведомых рычагов. Рычаги, применяемые для передачи усилия в рычажных передачах, бывают первого и второго рода. Ведущим является плечо от оси вращения рычага до места приложения силы. Ведомым называется плечо от оси вращения рычага до места передачи усилия. При этом рассматривают передачу усилия со штока тормозного цилиндра через элементы рычажной передачи на тормозные колодки, используя уравнение статики, т. е. равенства момента сил относительно того или иного шарнира рычажной передачи.

На основании равенства моментов сил относительно того или иного шарнира запишем:

Для 1-й колодки:

;

;

Направление силы образует угол α с направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину тормозной колодки, т.е. с направлением нормального движения колодки. Величина силы нажатия на первую тормозную колодку:

Для 2-й колодки:

;

;

Направление силы образует угол α с направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину тормозной колодки, т.е. с направлением нормального движения колодки. Величина силы нажатия на вторую тормозную колодку:

;

Для 3-й колодки:

;

Направление силы образует угол α с направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину тормозной колодки, т.е. с направлением нормального движения колодки. Величина силы нажатия на третью тормозную колодку:

;

Для 4-й колодки:

;

Направление силы образует угол α с направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину тормозной колодки, т.е. с направлением нормального движения колодки. Величина силы нажатия на четвёртую тормозную колодку:

;

где - коэффициент силовых потерь рычажной передачи. Принимаем

;

- передаточное число к первой тормозной колодке;

- угол подвеса колодки, cos =0,9848

По изложенной выше методике определяют передаточное число для каждой отдельной колодки. Необходимо убедиться в том, что передаточные числа для каждой тормозной колодки в одной рычажной передачи одинаковы.

Тогда ПЧРТП определяют так:

,

где m – число колодок рычажной тормозной передачи, действующих от одного тормозного цилиндра.

1. Определение диаметра тормозного цилиндра

Диаметр тормозного цилиндра находят из известной зависимости, связывающей необходимое на штоке тормозное усилие с усилием, действующим на поршень при наполнении тормозного цилиндра сжатым воздухом:

,

откуда

,

где Ршт – усилие, развиваемое по штоку поршня тормозного цилиндра при условии безъюзового торможения, Н;

Ртц – давление воздуха в тормозном цилиндре, МПа;

Р₀ – усилие предварительной затяжки отпускной пружины тормозного цилиндра, Н (таблица 6) ;

Lдоп – максимально допустимый ход поршня тормозного цилиндра, см (таблица 6) ;

Жпр – жесткость отпускной пружины, Н/см (таблица 6) ;

η_тц=0,98 – КПД тормозного цилиндра (потери на трение).

Усилие, развиваемое по штоку поршня тормозного цилиндра при условии безъюзового торможения:

,

где К_доп – допустимое нажатие на тормозную колодку вагона, Н.

.

,

По полученной по формуле величине диаметра тормозного цилиндра выбираем ближайший больший стандартный цилиндр .

После выбора стандартного диаметра тормозного цилиндра необходимо пересчитать усилие, развиваемое по штоку поршня тормозного цилиндра Р_шт:

.

1.4 Выбор воздушной части тормозной системы

В воздушную часть вагона входят воздухораспределитель, запасной резервуар, воздухопровод с арматурой и другие приборы.

При разработке воздушной части тормозной системы вагона предварительно выбирают тип воздухораспределителя. Тип воздухораспределителя выбирают, исходя из времени наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом до 90% его максимального давления. Для грузового тормоза это время не должно превышать 25с. Такая величина наполнения тормозного цилиндра в грузовом тормозе обеспечивается воздухораспределителем усл. №483, усл. №483М.

Затем выбирается запасной резервуар, объем которого должен обеспечивать максимальное давление в тормозном цилиндре при экстренном или полном служебном торможении не ниже 0,38 МПа и при ходе поршня тормозного цилиндра 180 мм. Минимальный объем запасного резервуара в см³, приходящийся на один тормозной цилиндр, определяется:

(1.18)