Определение параметров тормозной системы одного заданного вагона

1. Задание на курсовой проект

Задание на проект состоит из двух частей: определение параметров тормозной системы одного заданного вагона — согласно методического указания на проект [1., стр. 16, таблица № 1], четырёхосный грузовой вагон; определение тормозного пути, величины замедления и времени торможения грузового поезда согласно [1., стр. 16, таблица № 1]:

— 8_осные полувагоны (масса 168т), шт. …3

— 4_осные полувагоны (масса 88т), шт. …70

— 4_осные крытые (масса 88т), шт. …17

— скорость поезда вначале торможения, км/ч …85

— уклон пути, % … — 4

— полное служебное торможение

— композиционные тормозные колодки

2. Расчёт механической и пневматической частей тормозной системы 4_осного полувагона

2.1 Расчёт колодочного тормоза вагона

Колодочный тормоз с односторонней подвеской целесообразно применять при скорости движения до 120 км/ч, а с двусторонней при большой скорости (до 160 км/ч). При скоростях движения свыше 160 км/ч колодочный тормоз следует применять совместно с дисковым или барабанным тормозом.

Расчет колодочного или дискового тормоза состоит из расчета силовой и механической частей, под которыми понимают тормозной цилиндр, рычажную передачу и трущиеся пары; в расчет входит, и выбор воздушной части тормозной системы.

Определение допускаемого 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 выражается уравнением

где — допускаемая сила нажатия колодки на колесо, кН;

— коэффициент трения тормозной колодки;

0,85 — коэффициент разгрузки задней колесной пары;

— коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении, =0,085 [1., табл. 2, стр. 21];

Рк — статическая нагрузка на колесо, отнесенная к одной тормозной колодке, кН.

где Т — масса тары вагона, т;

Q — масса вагона, т;

z — число колесных пар;

— количество тормозных колодок или их секций, приходящихся на одно колесо;

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

Значение (T+Q) — масса брутто, z и принимаются по заданной схеме рычажной тормозной передачи, согласно [1, табл. 1, стр. 16].

Подставляя, в формулу определения допускаемого нажатия тормозной колодки, получаем для композиционной колодки следующую формулу

гдеV — расчётная скорость движения экипажа при недопущении юза, км/ч После преобразования уравнения примет вид:

0,0055 (7+150) K² +[1.1*7+165−0.085 (7+75)K₄.25 (7+75)* 0

Используя, элементарную формулу нахождения корней уравнения через дискриминант, получим единственный корень уравнения, К=19,0 kH.

Расчётное значение коэффициента в зависимости от скорости недопущения юза и нагрузки колесной пары на рельсы для граничных условий при сухих и чистых рельсах берётся согласно [1, табл. 2, стр. 21]. Нагрузка от колёсной пары на рельсы определяется по формуле:

q₀ = (T+Q)/z,

где z — число колёсных пар вагона

q₀=880/4=220 kH.

Полученную допускаемую силу нажатия тормозной колодки проверяют исходя из требований теплового режима трущихся пар:

где F_K — номинальная площадь трения тормозной колодки, F_К =290 см² [1, табл. 3, стр. 21].

допускаемое удельное давление на тормозную колодку, 90 Н/см², [1, табл. 4, стр. 22].

Поскольку неравенство не выполняется =65.52 90 тогда полученное значение К принимаем за допускаемое нажатие колодки Кдоп = К=19kH.

Тогда из формулы для определения допускаемого нажатия тормозной колодки находим коэффициент трения

следовательно ккK/K=0.85*0.085*110/19=0.417

Вывод формулы передаточного числа рычажной тормозной передачи.

По заданным параметрам необходимо определить формулу передаточного числа. Для этого воспользуемся схемой, согласно рисунку 2, определяемого по варианту задания. Выразим усилие, полученное на штоке поршня тормозного цилиндра:

или

где Р₁ и Р₂ — усилие соответственно на тяге и триангеле;

К — сила нажатия тормозной колодки;

а, б, в, г — величины плеч рычагов при композиционных колодках [1, табл. 5, стр. 23].

— угол, образованный между направлением действия силы Р₂, и направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину тормозной колодки. Следовательно, суммарная сила нажатия на все тормозные колодки вагона будет равна где m₁ — число пар тормозных колодок.

Приравнивая эту к суммарному тормозному нажатию приведённую в учебнике [3, стр. 122] получим Поскольку при определении передаточного числа пренебрегают потерей усилия на трение в шарнирах рычажной передачи, то _пр =1.

c учётом cos n=4.8

Определение диаметра тормозного цилиндра.

Диаметр тормозного цилиндра вагона находят из известной зависимости, определяющей усилие на его штоке:

Где

р_{тц — давление воздуха в тормозном цилиндре^, ртц =3×10⁵ Н/м² (0,3МПа)}

[1, стр. 27];

Р_{0 — усилие предварительной затяжки отпускной пружины тормозного цилиндра, Р0 =1540Н [1, табл. 6, стр. 26];}

Lдоп — максимально допустимый ход поршня тормозного цилиндра, Lдоп=180 см;

Ж_{пр — жесткость отпускной пружины, Жпр=62,9Н/см [1, табл. 6, стр. 26];}

— КПД тормозного цилиндра (потери на трение), =0,95 [1, стр. 27];

Р_{р — усилие пружины бескулисного автоматического регулятора рычажной передачи, приведенное к штоку тормозного цилиндра, Рр =958Н [2, табл. 2.5, стр. 85];}

Следовательно, диаметр тормозного цилиндра будет вычисляться как:

dтц===0,351 м Принимая ближайший больший диаметр тормозного цилиндра, выпускаемый в России dтц=356 мм, принимаем dтц=356 мм.

Выбор воздушной части тормозной системы В воздушную часть входят воздухораспределитель, запасный резервуар, другие приборы, воздухопровод с арматурой и другие приборы.

При разработке воздушной части тормозной системы первоначально определяем тип воздухораспределителя. На железных дорогах России применяются следующие типы воздухораспределителей: № 292−001, № 305−000, № 483 М и др. Тип воздухораспределителя выбираем исходя из времени наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом до 90% его максимального давления. Для вагона грузового — 15 с. Такая величины времени наполнения тормозного цилиндра в грузовом вагоне обеспечиваются воздухораспределителем — № 483 М.

В зависимости от принятого диаметра тормозного цилиндра определяем объем запасного резервуара. Этот объем 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. Исходя из этого, минимальный объем запасного резервуара в см³, приходящийся на один тормозной цилиндр, подсчитывают по формуле: Vзр=78Fтц, где

Fтц — площадь поршня тормозного цилиндра, Fтц =290см² [1, табл. 3, стр. 21].

Подсчитав необходимый объём запасного резервуара, выбираем из стандартного ряда, указанного в [2, табл. 2.7, стр. 98] ближайшее большее стандартное значение, т. е. резервуар типа Р7−78 с 0,078 м³ (78 л), рассчитанный на давление 0,7МПа.

Качественная оценка правильности выбора воздушной части у грузовых неистощимых — по условию их неистощимости:

гдедавление воздуха в запасном резервуаре при торможении, МПа;

— максимальное зарядное давление в воздухопроводной магистрали, МПа;

— снижение зарядного давления в воздухопроводной магистрали при полном служебном торможении (принимается 0,15 МПа).

На основании закона Бойля-Мариотта состояние сжатого воздуха в выбранных емкостях воздушной части тормозной системы до торможения и при торможении:

где

— объем тормозного цилиндра до торможения, =м³ c_{1 — количество тормозных цилиндров;}

— максимальное расчетное давление воздуха в тормозном цилиндре, =0,5 МПа;

L — ход поршня тормозного цилиндра при торможении, L=0,18 см.

2.2 Расчёт обеспеченности поезда тормозными средствами

Для этого расчета вычисляют действительное и расчетное нажатие тормозных колодок, расчетный тормозной коэффициент поезда. Действительная сила нажатия на тормозную колодку вагона где Ршт=ртц— (Ро+ЖпрLдоп+Рр)=- (1540+62,9*18+958)=26.18kH

— число рычажных передач вагона (соответствует числу тормозных цилиндров), для вагонов с колодочным тормозом =1.

Кд=

Подсчитаем по величинам и Кд соответствующим фактическим действительным значениям, тормозную силу поезда, составленного из большого количества вагонов различных типов с различными силами нажатия, затруднительно. Поэтому, ее определяют методом приведения, при котором действительные величины К_{д и заменяют расчетными. При этом должно выполняться условие:}

где — действительная тормозная сила, реализуемая между колесом и рельсом;

— расчетная тормозная сила;

— расчетный коэффициент трения тормозной колодки;

К_{р — расчетное нажатие тормозной колодки.}

Для определения расчетных коэффициентов трения используем формулу:

кр=0,36*(V+150)/(2V+150)=0.36*(85+150)/(2*85+150)=0.264

Поставив в формулу известные значения и получим соответственно:

Кр=1,22Кд

Кд ==18.98kH

Кр==18.38kH

Расчетный коэффициент силы нажатия тормозных колодок вагона

Найденная величина расчетного коэффициента не должна быть более, указанной в табл. 8 [1, стр. 33],

p=, тогда 0,1670,24 удовлетворяет.

2.3 Вычисление замедления и времени торможения и построить график зависимости величин замедления и времени торможения от скорости поезда

Суммарное расчетное нажатие тормозные колодок поезда подсчитывают по формуле

где

— количество тормозных осей вагона (локомотива);

— расчетное нажатие на одну ось вагона (локомотива), кН;

— количество вагонов (локомотивов) в поезде по типу и осности Расчетный тормозной коэффициент поезда характеризует степень обеспеченности поезда тормозными средствами. Отношение расчетного нажатия тормозных колодок к весу поезда называют расчетным коэффициентом поезда, т. е.

где (Р_л+Q) — масса грузового поезда масса всех вагонов в составе без локомотива, т [1, табл. 1,9];

===0.360

Однако величина

отличатся при экстренном торможении и полном служебном торможении в 0.8 раза, поэтому 0,3600,8=0,288kH Обеспеченность поезда тормозными средствами, на практике, оценивается величиной 1000, для грузового поезда не должна быть менее 330−280 кН. Тогда =0,288*1000=288kH, что соответствует нормативным документам.

3. Оценка эффективности тормозной системы поезда

3.1 Определение тормозного пути поезда и построение графика зависимости его длины от скорости

поезд тормозной путь скорость Тормозным путем называется расстояние, проходимое поездом от момента перевода ручки крана машиниста или стоп-крана в тормозное положение до полной остановки поезда.

Тормозной путь поезда условно определяется, как сумма подготовительного пути S_{п и действительного пути торможения Sд, т. е.}

где — скорость поезда в момент начало торможения, км/ч;

— время подготовки тормозов к действию, с;

— начальная и конечная скорость поезда в принятом расчетном интервале скоростей;

— замедление поезда в км/ч² под действием замедляющей силы, 1 Н/т (принимается для грузовых поездов 12 км/ч²⁾;

— удельная тормозная сила, Н/т;

— основное удельное сопротивление движению поезда при средней скорости в каждом интервале при езде без тока, Н/т;

— удельная замедляющая или ускоряющая сила от приведенного значения уклона с учетом сопротивления и кривой, Н/т (принимается со знаком «+» для подъема, «-» для спуска).

Условно принимают, что при подготовке тормоза к действию сжатый воздух в тормозной цилиндр не поступает и поэтому, скорость движения поезда за время подготовки тормоза не изменяется. Зато действительное торможение обусловлено мгновенным увеличением тормозной силы.

Время подготовки тормозов к действию в секундах определяется при экстренном и полном служебном торможении для грузовых поездов длиной более 300 осей

где — средняя удельная тормозная сила поезда, Н/т *i_c — удельная сила от уклона, i_c =10i

b_т =10 000*0,288*0,264=760,32

=12+ =12.95c

где — основное сопротивление грузового состава в Н/т;

— соответственно массы локомотива и состава, т;

— удельное сопротивление локомотива в Н/т на холостом ходу,

;

где — соответственно доли 4- и 8_осных вагонов в составе по массе;

— соответственно основное удельное сопротивление 4- и 8_осных грузовых вагонов;

,

где — масса, приходящаяся на одну ось, т, соответственно 4- и 8_осных вагона.

b_т =10 000*0,288*0,264=760,32

=12+ =12.95c

Sп==305,76 м

Тогда при средней скорости 80 км/ч:, b_т=10 000*0,288*0,267=768,96

+ b_т+i_c=20.7+768.96−40=749.66

Sд===86.77 м

Sт=Sп+Sд =305,76+86,77=392,53 м Остальные данные внесём в таблицы № 1,2

Таблица № 1

Таблица № 2

3.2 Вычисление замедления и времени торможения и построение графика зависимости величин замедления и времени торможения от скорости поезда

Для оценки эффективности действия тормоза используется величина среднего замедления, реализованная при торможении и определяемая из уравнения сохранения энергии, для движущегося в тормозном режиме поезда:

Таким образом, величина среднего замедления представляет собой удельную кинетическую энергию (приходящуюся на единицу массы) поезда, которая гасится его тормозной системой на единице длины тормозного пути.

Время торможения поезда представляет собой сумму времени подготовки тормоза к действию и действительного времени торможения, т. е.

===0,694

===4.003c

Последующие расчётные данные представим в виде таблицы № 3

Таблица № 3

Список используемой литературы

1. Смагин Б. В., Юдин В. А. Автоматические тормоза вагонов. Рабочая программа и задание на курсовой проект с методическими указаниями 14/8/3 — М.: Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Российской Федерации, 2003 — 50 с.

2. Расчёт и проектирование пневматической и механической частей тормозов вагонов: Учебное пособие для вузов ж.д. транспорта / П. С. Анисимов, В. А. Юдин, А. Н. Шамаков, С. Н. Коржин; Под ред. П. С. Анисимова. — М.: Маршрут, 2005. — 284 с.

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

4. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. №ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277 МПС РФ. М.: Трансинфо, 2002. — 160 с.