Осевая нагрузка

3. Осевая нагрузка

4. Коэффициент сцепления колес с рельсами

Таблица 2.1.

К, кН	φkпри V- км/ч			Вт – кН при V- км/ч
	20	60	100	20	60	100
10	0,232	0,154	0,127	4,64	3,08	2,54
20	0,182	0,121	0,1	7,28	4,84	4
30	0,156	0,104	0,086	9,36	6,24	5,16
40	0,140	0,093	0,077	11,20	7,44	6,16
50	0,129	0,086	0,071	12,90	8,60	7,10
60	0,121	0,081	0,067	14,52	9,72	8,04
70	0,115	0,077	0,063	16,1	10,5	8,82
80	0,111	0,073	0,061	17,76	11,68	9,76
90	0,107	0,071	0,058	19,26	12,8	10,44
100	0,104	0,069	0,057	20,8	13,8	11,4
110	0,101	0,067	0,055	22,2	14,7	12,1
120	-	0,066	0,054	-	15,8	13,0
130	-	0,065	0,053	-	16,9	13,8
140	-	-	0,052	-	-	14,6
150	-	-	0,052	-	-	15,5

Функцию скорости найдем по формуле:

Таблица 2.2.

V- км/ч	f(V)	Ψk
20	0,73	0,105
60	0,6	0,087
100	0,55	0,079

5. Сила сцепления колес с рельсами [В_с]=k_c*q*ψ_k;

коэффициент запаса по сцеплению k_c=0,85

Таблица 2.3

V-км/ч	20	60	100
Вс - кН	20,7	17	15,6

6. Графическая зависимость В_Т= f (K) представлена на рис. 2.3

7. Сила нажатия на тормозную колодку: К₁=100,5 кН; K₂=135 кН; К₃=145 кН.

8. Сила нажатия на тормозную колодку:

К_у = 0,1 • [P]- F_ТР ; K_y = 0,1 • 1,3 • 305 = 39,65 кН

Принимаем K_у = K_min = 39,65 кН .

9. Допускаемая сила нажатия на колодку;

Поскольку К_у < К _п, то K = K_у = 39,65 кН.

2.5 Выбор передаточного числа РП тормоза

Необходимое усилие по штоку ТЦ и передаточное число РП можно определить методом подбора, как двух взаимосвязанных величин, учитывая следующие соображения.

При сравнительно большом п можно применить компактный ТЦ с малым диаметром и тормозное оборудование меньшего веса. Однако в таких случаях получаются худшие условия для отвода колодок после торможения и затрудняется регулировка РП по мере износа тормозных колодок.

Кроме того, принятое передаточное число РП определяет соотношение между возможным перемещением колодки пси торможении (зазоры между колесом и колодкой в отпущенном состоянии тормоза) и величиной хода поршня ТЦ.

Так как зазор между колодками и колесом должен быть в пределах 5-8 мм, а по конструктивным соображениям рабочий ход поршня также может изменяться в ограниченном диапазоне 40-180 мм, то и передаточное число, РП ограничивается данными условиями. С учетом изложенного в железнодорожной практике обычно передаточные числа РП тормоза принимает n = 6 - 12.

Для уточенного выбора n целесообразно применение другого метода, предложенного Иноземцевым В.Г., учитывающим условия непрерывного торможения вагонов на крутом затяжном спуске, когда длительно не производится полный отпуск автотормозов и поэтому АРП не стягивает РП.

В таком режиме торможения общий расчетный объемный износ чугунных тормозных колодок, действующих на одно колесо, с учетом технологическах факторов может достигать 250 см³.

С учетом выхода штока ТЦ l_упр, от упругих деформаций РП и хода поршня от износа тормозных колодок общий выход штока не должен превышать максимально возможной величины L_max.

Из этого условия:

,

где: m_k– число колодок действующее на колесо;

Δ_c– нормальный средний зазор между колодкой и колесом, Δ_с=0,5-0,8 см

Для крытых вагонов, оборудованных чугунными тормозными колодками и имеющих один ТЦ, рекомендуют принимать: L_max= 18см; l_упр=6см.

В качестве исходных данных используем результаты расчетов полученных ранее

допустимое нажатие на чугунные колодки К = 39,65 кН. Передаточное число РП n = 9,09.

Далее определим d_ТЦ, по вышеперечисленной методике.

1.

2.Усилие отпускной пружины ТЦ:

3.Усилие возвратной пружины АРП № 574 Б, приведенное к штоку ТЦ:

4.Диаметр ТЦ:

Принимаем стандартный ближайший размер d_ТЦ = 356 мм

5. Выбор типа TЦ:

Для пневматической части автотормоза рефрижераторного вагона принимаем ТЦ усл. № 188 Б.

2.6 Выбор объема запасного резервуара

При проектировании тормозного оборудования объем ЗР выбирают в соответствии с принятым диаметром ТЦ, из расчета обеспечения при ПСТ и ЭТ давления в ТЦ не менее 0,38 MПa, при максимальном выходе штока поршня 200 мм. Таковы требования МПС. Исходя из закона Бойля-Мариота, рассматривая состояние пневматической части автотормоза вагона в отпущенном и тормозном состоянии. При этом во внимание принимаются рабочие объекты автотормоза и величины давления воздуха в них.

Рис. 2.3 Схема взаимодействия элементов пневматической части тормоза вагона при отпуске

Рис. 2.4 Схема взаимодействия элементов пневматической части тормоза вагона при торможении

В отпущенном состоянии тормоза объем ЗР-V_зр наполнен сжатым воздухом из М до зарядного давления Рз, а объём ТЦ V_ТО сообщен с Ат, таким образом давление в объеме V_ТО устанавливается Ра.(Рис. 2.3)

В заторможенном состоянии ТЦ сообщается с ЗР, а канал Ат перекрыт золотником 2, связанным с поршнем чувствительного элемента 1. Поэтому происходит перемещение поршня на величину выхода штока 3, что вызывает увеличение объема ТЦ до V_ТЦ .

В соответствие с законом Бойля-Мариота:

,

где: Р_З- зарядное давление воздуха, МПа в аб. ед.;

Р_А - давление воздуха в ЗР после ПСТ или ЭТ, МПа в аб. ед.;

Р_ТЦ - давление воздуха в ТЦ, МПа в аб. ед.;

m₁- число ТЦ, подключенных к ЗР;

V_ЗР - объем ЗР, м3;

V_ЦО - объем ТЦ при отпуске и зарядке тормоза, л/3; V_ЦО = 0,0022 м³;

V_ТЦ – объем ТЦ при торможение, м³;

Отсюда объем ЗР будет равен:

Принимаем ближайший стандартный ЗР V_ЗР = 0,078 м³ (78 л)

Тип резервуара Р7-78.

3 Расчет и проектирование механической части тормозной системы вагона 3.1 Выбор принципиальной схемы механической части тормозной системы вагона

Выбор схемы тормозной рычажной передачи (ТРП) определяется типом подвижного состава и конструкцией ходовых частей. При этом ТРП конструируют с учетом реализации требуемого нажатия тормозных колодок и допускаемого удельного давления колодок на колесо

Все основные типы грузовых, рефрижераторных и пассажирских вагонов оборудованы симметричной ТРП, состоящей из двух кинематических цепей, головной и тыловой, размещенных снизу на раме кузова и тележках вагона. Эти кинематические цени передачи тормоза подключены к ТЦ, расположены на раме кузова и средней части вагона. Объединяющим их элементом является затяжка горизонтальных рычагов ТЦ.

3.2 Качественные характеристики механической части тормозной системы вагона

Несмотря на специфические особенности, каждая механическая часть тормозной системы обладает определенными качественными признаками, к которым относятся:

Рис. 3.1 Схема рычажной передачи тормоза крытого вагона:

1-тормозной цилиндр; 2-шток ТЦ; 3,4-головной и тыловой горизонтальные рычаги; 5-затяжка горизонтальных рычагов; 6,7-тяга; 8,9-вертикальные рычаги; 10-затяжка вертикальных рычагов; 11-серьга;

Передаточное число выбирают в пределах 6-12 с учетом возможности обеспечения нормативных зазоров 5-10 мм между колодкой и колесом в отпущенном состоянии тормоза и обычно допускаемых величинах выхода штока поршня ТЦ 0,075-0,1 5 м.

Отношение суммы фактических сил нажатия ΣК_Д тормозных колонок к расчетному нажатию без учета потерь ΣК_Т, называется КПД рычажной передачи.

Величина выхода штока ТЦ является функцией многих параметров:

L_ШТ=f (Δ₃, Δ_ТК, Δ_P, Δ_Y, n),

где: Δ_ТК - суммарное число тормозных колодок;

Δ_У - упругие деформации элементов ТРП;

п - передаточное число ТРП;

Δ_З - зазор между колесом и колодкой

Для крытых вагонов с композиционными колодками L_ШТ = 0,1м,

с чугунными L_ШТ =0,125м.

3.3 Определение передаточного числа рычажной передачи по заданной величине нажатии тормозных колодок

Имея выбранный диаметр ТЦ d можно при проектировании ТРП определить ориентировочную величину ее передаточного числа n. Это необходимо выполнить для последующего расчета размеров элементов ТРП.

,

где ΣК_n - суммарное проектное нажатие тормозных колодок, подключенных к ТЦ;

η_РП - КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать η_РП, для передачи с одним TЦ крытого вагона равным 0.95.

Усилие на штоке ТЦ определяют по зависимости:

где: Р_ШТ - усилие по штоку ТЦ, Н;

Р_ТЦ - расчетное давление воздуха в ТЦ,

для крытых вагонов с композиционными колодками Р_ТЦ=0,3МПа;

с чугунными Р_ТЦ = 0,4МПа.

η_ТЦ - КПД ТЦ; η_ТЦ =0,92

Р_пр - усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Р_р - усилие возвратной пружины;

d_ТЦ - диаметр TЦ. мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

Р_пр=Р_о+Ж_Ц*L_Ш ,где:

Р_о - усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Р₀ = 159 кгс;

Ж_Ц - жесткость отпускной пружины ТЦ, Ж_Ц = 6,57 кгс/см;

L_Ш- величина выхода штока TЦ, мм.

Для чугунных колодок L_Ш= 12,5см, для композиционных L_Ш =10см.

Р_{пр(комп)} =1590+6,57*100=2247 Н.

Р_пр(чуг) = 1590 + 6,57*125 = 2411,3 Н

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: Р_ОР - усилие предварительного сжатия возвратной пружины

Р_ОР - 1690 Н;

1_р- величина сжатия возвратной пружины 1_р= 15 мм;

n_р - передаточное число, для чугунных колодок и для композиционных n_р=0,65.

Ж_Ц - жесткость возвратной пружины ТЦ, Ж_Ц = 23,1 кгс/см

для композиционных колодок на среднем режиме ВР (Кд=15кН):

для чугунных колодок на груженном режиме ВР(Кд=38кН):

3.4 Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза

Согласно схеме ТРП, представленной на рис. 3.1, сила Р_ШТ поршня, действующая по направлению штока 2, передается через горизонтальный рычаг 3 на тягу 6, с выигрышем силы пропорционально отношению плеч этого рычага а: 6.

Р₁*б = Р_ШТ*а; Р₁= Р_ШТ *(а/б):

Полученная на тяге сила Р₁ на крытом вагоне, при помощи вертикального рычага 8 передается на ближний к ТЦ триангель с новым изменением силы пропорционально отношению (в+г)/г этого рычага.

где P₁ – усилие, с которым тяга 6 воздействует на вертикальный рычаг 8 тележки; а и б – плечи горизонтальных рычагов ТЦ;

P₂ – усилие от вертикального рычага тележки на триангель;

в и г – плечи вертикальных рычагов тележки.

Направление силы P₂ образует угол a с направлением нормального давления колодки.

Силы нажатия на тормозной колодки триангеля находим из выражения:

2*К_т =Р₂

*cos a

К_т = 0,5* Р₂ *cos a =0,5 *P_шт*(а/б)*[(в+г)/г]*cos a ,

где a =10° - угол наклона колодки.

ТРП подвижного состава конструируются с одинаковой силой нажатия колодок на все к.п.

В данной схеме это достигается подбором плеч рычагов 3,4 и 8,9 и шарнирным соединением их затяжками 5 и 10. Поэтому, чтобы найти суммарную силу нажатия на колодки вагона достаточно полученное выражение умножить на число колодок, тогда:

Имея в виду формулу

Можем записать:

сокращая получим:

3.5 Определение плеч рычагов и длин тяг рычажной передачи

Размеры плеч рычагов определяют из условий их размещения в ТРП на вагоне и реализации требуемого передаточного числа п... Длина тяг выбирается с учетом места расположения на раме вагона ТЦ и подключаемых к нему ТРП тележек.

3.5.1 Выбор длин плеч вертикальных рычагов тележки

Рис.3.2 Вертикальный рычаг тележки.

Расчетная схема установки вертикального рычага тележки вагона (рис.3.2). Из рисунка видно, что суммарная длина плеч рычага:

в + г = Н - (h_в + h_н)

где: h_в- расстояние от центра верхней проушины до рамы кузова, исключающее взаимодействия конуса рычага с рамой вагона;

h_н - расстояние, исключающее возможность в процессе эксплуатации вагона, выхода конуса рычага за габарит подвижного состава;

Н – расстояние от уровня головки рельса до нижней плоскости кузова в месте расположения вертикального рычага.

Для рычага, подвешенного к необрессоренной массе те­лежки (грузовой вагон), учитывают понижения рамы кузова вследствие:

Δп-износа пятника и подпятника;

¦_ст – величина равномерного статического прогиба;

¦_о – статическая осадка рессор и понижение рамы тележки, ¦_о =10 мм [4,табл.5.2.]

D_к – износ колёсной пары по кругу катания, D_к =53 мм;

D_б – износ буксы и боковины в месте взаимного опирания, D_б =2 мм;

D_ш – максимальный износ шарнирных соединений подвески рычага, D_ш=9мм;

h_г – допускаемая высота от головки рельса до габаритного очертания ходовых частей вагона; h_г =70 мм;

D_з – страховой зазор, D_з =30 мм;

¦_д – динамический пробег;

R_в и R_н – радиусы верхней и нижней проушин;

Поэтому:

где Р_р- расчётная нагрузка на вагон, кН;

l_т – гибкость рессорного подвешивания тележки, l_т =0,125 мм/кН [табл. 5.4.].

¦_ст =0,5*930*0,125=58,1 мм;

¦_д =К_дв*¦_ст =0,55*58,1=31,96 мм.

где К_дв- коэффициент динамической добавки вертикальных сил, К_дв=0,55¸0,65.

h_в = 5+58,1+31,96+10+40+30=175 мм

h_н = 70+53+2+9+40+30=204 мм.

;

Из этого выражения находим искомые плечи в и г, где А=2,5; Н=930мм.

в+г=930-(175+204)=551 мм

Из решения системы уравнений получаем:

в=400,7 мм; г=160,3 мм;

На основе опыта вагоностроения и эксплуатации принимаем:

в=400 мм; г=160 мм;

3.5.2 Определение длин плеч горизонтальных рычагов ТЦ

Длина горизонтального рычага по центрам проушин определяется по конструктивным соображениям из условия размещения ТЦ на раме вагона,

а также по накопленному опыту проектирования ТРП и испытанию тормозных систем МПС рекомендует к применению на крытых вагонах рычага ТЦ стандартных размеров 660 мм; т. е. а + б = l = 660мм.

Рис. 3.2 Схема размещения горизонтальных рычагов на раме

1 – ТЦ;

2 – затяжка горизонтальных рычагов;

3 – горизонтальный рычаг;

4 – тяга;

5 – рама вагона.

Длина горизонтального рычага по центрам проушин: l=а+б;

Длины плеч а и б рычага ТЦ можно определить, используя для этого формулу геометрического передаточного числа РП При этом принимают, что передаточное число n_г должно быть одинаковым с величиной n_к, полученный в п.3.2. по заданному нажатию тормозных колодок, т.е. n_г = n_к.т.о., получаем систему из 2-х уравнений:

Для чугунных колодок:

а + б = 660

9,7= 4* а/б*(400+160)/160*cos 10°

Из решения системы получаем:

а=270 мм; б=390 мм (фактич.размер а=260;б=400);

Тогда фактическое передаточное число:

n_г^(ч)= 4* 270/390*(400+160)/160*cos 10°=9,5;

Для композиционных колодок:

а+б = 660

5,3 = 4* а/б*(400+160)/160*cos 10°

Из решения системы получаем:

а=185 мм; б=475 мм (фактич.размер а=195; б=465);

Тогда фактическое передаточное число:

n_г^(к)= 4* 185/475*(400+160)/160*cos 10°=5,4;

3.5.3 Определение длинны тяг и затяжек рычагов

Длину головной l_г и тыловой /_т тяг, соединяющих на гру­зовых вагонах рычаги ТЦ с рычагами тележки, определяют исходя из координат их шарнирных соединений.

В симметричной ТРП грузового вагона, на котором ТЦ установлен в средней части на раме кузова, длину тяг можно определить из выражений

где 2L - база вагона;

lп- расстояние от центра шкворня тележки до шарнирного соединения тяги с рычагом тележки;

- расстояние от центра кузова вагона соответственно до шарнирного соединения рычага со штоком ТЦ или с крон­штейном "мертвой точки"

ly; lx - расстояние от шарнирных соединений штока ТЦ и кронштейна "мертвой точки" соответственно до головной или тыловой тяг;

lур -максимальная длина установки регулятора ТРП.

Координатой шарнирного соединения тяги с рычагом те­лежки (см.рис.5.3) является 1_п- расстояние до центра шкворня тележки, которое определяется с учетом среднего диаметра ко­лес в тележке и толщины колодок. Из инструкции и пособия по обслуживанию и ремонту тормозов [6,8] при среднем диа­метре колес 964-950мм и прижатых полномерных колодках установочный размер ТРП в тележке l_п= 350-450мм.

Известны и координаты шарнирных соединений тягового стержня АРП, являющегося продолжением головной тяги, и тыловой тяги вагона с рычагами ТЦ. Это расстояние /_у и /_х (рис. 3.4) от этих шарниров до установки ТЦ на раме кузова. Для грузовых вагонов с АРП принимают l_у=50-90мм и l_х=200-260мм.

Расстояние от середины кузова вагона до отверстия на штоке ТЦ для шарнирного соединения l_ц1=510мм и до от­верстия в кронштейне "мертвой точки" l_ц2=330мм. Таким обра­зом длина установки ТЦ №188Б составляет l_ц1 +-l_ц2⁼ 840мм.

Максимальная длина l_yp установки* АРП №574Б достигает 2252 мм и РТРП-675 2377мм.

Длину затяжки рычагов ТЦ можно определить из выра­жения:

Длину затяжки lзр вертикальных рычагов в тележке гру­зового вагона выбирают в зависимости от среднего диаметра колоес тележки при полномерных тормозных колодках. При полномерных колесах в тележке Д_ср=964мм длина составляет 950мм, а при среднем диаметре колес менее 865мм lз должна достигать 1110мм, длина серьги 127-227мм.

Рис. 3.3 Схема установочных размеров рычажной передачи крытого вагона

Рис. 3.4 Схема установочных размеров тормозного цилиндра и его рычагов

3.6 Выбор сечений элементов рычажной передачи тормоза вагона 3.6.1 Определение усилий, действующих на элементы рычажной передачи

Искомые усилия, действующие в местах всех шарнирных соединений определяются из условия равновесия рычагов ТРП в тормозном положении, рассматривая последовательно передачу усилий со штока ТЦ на тормозные колодки. Из условия равновесия рычагов тормоза вагона следует:

 

Тогда на шток ТЦ крытого вагона усилия составляют:

Определим усилие при чугунных колодках:

определим усилие при композиционных колодках: