Курсовая работа: Тормозные системы вагона

В случае критического истечения (p_РК / p_ЗР = 0,53) и сверхкритического (p_РК / p_ЗР < 0,53) величина расхода остается постоянной, равной расходу при критическом истечении, поэтому давление p_РК будет возрастать пропорционально времени возбуждения катушки t. В области докритического истечения, когда p_РК / p_ЗР > 0,53, изменение p_РК носит нелинейный характер.

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

(10)

где - объем рабочей камеры, м³;

- коэффициент расхода воздуха, принять 0,5-0,6;

f- площадь сечения отверстия в седле тормозного клапана (его диаметр составляет 1,8 мм), м².

Т- абсолютная температура воздуха, К;

-- критическое давление в рабочей камере, МПа;

-- барометрическое (атмосферное) давление, = 0,1 МПа;

Время возбуждения катушки тормозного вентиля для получения полного служебного торможения равно:

(11)

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

(12)

Подставляя в формулы (2.2.6) и (2.2.7) числовые значения получим следующие выражения:

(13)

3. Проектирование механической части тормоза

3.1 Определение допустимой силы нажатия тормозной колодки из условия безъюзового торможения

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 выражается условием безъюзового торможения:

(17)

где расчетная сила нажатия тормозной колодки;

число тормозных колодок на вагоне;

сила тяжести порожнего вагона;

сила тяжести груза;

минимально допускаемая по условиям безопасности движения величина коэффициента нажатия.

Таким образом необходимо найти допустимый расчетный коэффициент силы нажатия, но прежде определить расчетный коэффициент трения колодки о колесо и расчетный коэффициент сцепления.

Расчетный коэффициент трения колодки о колесо определим по формуле:

, (18)

где: - скорость движения в м/с.

Значения расчетного коэффициента сцепления рассчитывают пользуясь типовым расчетом тормоза вагонов, согласно которому рекомендуется определять этот параметр произведением двух составляющих:

(19)

где составляющая осевой нагрузки;

составляющая скорости.

Составляющая осевой нагрузки определяется по формуле:

(20)

где -- осевая нагрузка, кН.

Составляющая скорости определяется по формуле:

, (21)

Предельную расчетную силу нажатия на колодку вагона следует определять по формуле (3.1.1) , выражая эту силу из допускаемого коэффициента нажатия. Минимально допускаемое значение коэффициента тормозных колодок [ _p]=0,86

, (23)

Максимально допускаемое действительное нажатие на колодку можно выразить из формулы:

Получим следующее квадратное уравнение:

3,55k²+15,6k-258=0;

D=15,6²-4·3,55·(-258)=3906,96;

k=

Определенное таким образом, значение действительной силы нажатия на колодку является рациональным, максимально допускаемым по условию безъюзового торможения.

Однако, прежде чем использовать это значение в дальнейших расчетах его необходимо проверить по допускаемым удельным давлениям на колодку и исходя из требований теплового режима.

3.2 Проверка действительной силы нажатия по допускаемым удельным давлениям на колодку

Величина действительной силы нажатия колодок k должна проверяться по допускаемому удельному давлению:

, (22)

где F_тр - площадь трения колодки, принимается для композиционных колодок равной 305 см²;

[q]- допускаемое удельное давление колодки на колесо, для композиционных колодок 1,3 МПа.

Расчетное удельное давление на колодку не превышает допускаемое 0,21<1,3 МПа, что говорит о том расчет действительной силы нажатия выполнено верно.

3.3 Проверка действительной силы нажатия исходя из требований теплового режима

В настоящий момент, при определении допускаемого нажатия тормозной колодки исходя из требований теплового режима, руководствуются предельно допускаемой мощностью тепловыделений на колодке. Эта проверка осуществляется согласно пункту 9.9 норм расчета и проектирования новых и модернизированных вагонов. Максимальное значение мощности, приходящейся на одну колодку при экстренном торможении определяется по формуле:

, (23)

где q₀- проектная осевая нагрузка вагона, кН;

х₀- начальная скорость торможения, м/с;

S_т- расчетный тормозной путь вагона в составе поезда на площадке, м;

m- число колодок, воздействующих на колесную пару;

g = 9,81 м/с²- ускорение свободного падения;

[N]- предельно допускаемая мощность, приходящаяся на одну колодку при экстренном торможении.

Величину [N] рекомендуется принимать 40 кВт для чугунных тормозных колодок.

Однако для того, чтобы определить вышеуказанный параметр и сравнить его с допускаемой величиной требуется рассчитать тормозной путь в зависимости от проверяемой, величины допускаемого действительного нажатия на колодку, вернее коэффициента расчетного нажатия, ему соответствующего. Тормозной путь вагона рассчитать согласно пункту 9.11 норм на площадке, что означает принимать нулевое значение уклона пути.

Полный расчетный тормозной путь вагона в составе поезда при экстренном торможении на площадке определяется по формуле:

(24)

где - подготовительный (предтормозной) путь;

- действительный тормозной путь.

Подготовительный путь определяется по формуле:

(25)

где - скорость движения в начале торможения, м/с;

- время подготовки тормозов к действию, сек.

Время подготовки тормозов (в сек.) принимается для пассажирских составов длиной до 20 вагонов при электропневматических тормозах с.

Действительный тормозной путь определяется по формуле:

(26)

где - число интервалов скоростей;

,-начальная и конечная скорости в принятом интервале скоростей, м/c;

,- удельная тормозная сила и основное удельное сопротивление движению вагона при средней скорости интервала , H/кH.

Удельная тормозная сила вагона определяется по формуле:

(27)

Основное удельное сопротивление движению вагона при средней скорости интервала ,

(28)

Действительный тормозной путь равен:

Полный тормозной путь равен:

Возвращаясь к формуле (3.3.1) вычислим максимальное значение мощности, приходящейся на одну колодку при экстренном торможении:

Вычисленное значение мощности, приходящейся на одну колодку оказалось меньше допускаемого значения 37,5 < 40, что еще раз свидетельствует о правильности вычисления действительного нажатия и коэффициента расчетного нажатия.

3.4 Описание устройства и действия силовой и механической части тормоза вагона и ее оценка

Силовая и механическая часть тормоза подвижной единицы состоит из тормозных цилиндров, привода ручного тормоза, тормозной рычажной передачи и фрикционных узлов.

Особенностью рычажных передач пассажирских вагонов (рис. 3.6) является то, что в отличие от грузовых, они обеспечивают двухстороннее нажатие тормозных колодок; вместо одного имеют два ряда вертикальных рычагов 1, расположенных с внутренней стороны колесных пар, и оборудованы ручным приводом тормоза 2.

Рисунок 4 - Рычажная тормозная передача пассажирских вагонов.

Так как на пассажирских вагонах рычажная передача размещена на подрессорной части и тормозные колодки 3 могут перемещаться от воздействия вертикальных колебаний относительно поверхности колес, то они установлены в поворотных башмаках 4, насаженных на цилиндрические цапфы траверс 5. Подвески 6 верхним концом устанавливаются в кронштейн 7 рамы тележки 8 на валиках 9, закрепленных шайбами и шплинтами. Тормозные колодки удерживаются на необходимом расстоянии от поверхности катания колес при отпущенном тормозе фиксирующими устройствами.

Усилие от тормозного цилиндра 10 передается через автоматический регулятор 11, муфту 23 и балансир 13, промежуточные тяги 14, серьги 15, траверсы 5 на тормозные башмаки 4 и колодки 3. Вертикальные рычаги 1 и затяжки 16 поддерживаются серьгами 15, шарнирно установленными на раме тележки.

Привод ручного тормоза состоит из штурвала 17, конических шестерен 18, рычагов 19,20 и тяг 21, передающих усилие, развиваемое вручную, на горизонтальный рычаг 22. За счет овальной прорези в головке тяги, связанной с этим рычагом, он может свободно перемещаться при действии автоматического тормоза.

К основным неисправностям рычажных передач пассажирских вагонов относятся: трещины, изгибы и изломы траверс башмаков, тяг, подвесок, нарушения креплений шарнирных соединений, поворот башмака на 180°, отсутствие шплинта над головкой чеки крепления тормозной колодки, отрыв пружины оттягивающего устройства башмака ряд и других, требующих своевременного выявления и устранения.

Основными деталями ТРП пассажирских вагонов являются (рис. 3.7): траверсы 1(балки), подвески 2, поворотные башмаки 3, тормозные колодки 4, а также рычаги, тяги, балансиры и серьги.

Рисунок 5- Детали тормозной рычажной передачи передачи пассажирских вагонов.

Траверса 1 выполнена в виде пустотелой сварной балки, на обоих концах которой имеются цилиндрические цапфы 5 для установки поворотных башмаков 3 из стального литья, закрепляемых шайбами 6 и шплинтами 7. Подвески 2 верхним концом устанавливаются в планки 8 кронштейнов рамы тележки с помощью валиков, закрепленных шайбами и шплинтами. Между планками 8 и подвеской устанавливаются резиновые шайбы 9, предназначенные для амортизации и предохраняющие от излома узел крепления при боковых отклонениях траверсы с тормозными колодками.

Для удержания башмака 3 с тормозной колодкой 4 на определенном расстоянии от поверхности колеса предусмотрены фиксирующие устройства из пружины 10, поводка 11, пальца 12, гаек 13 и шплинтов 14. Тормозная колодка 4 крепится в башмаке 3, посаженном на втулке 16, закрепленном с помощью чеки 15, зафиксированной шплинтом 14, и может перемещаться по отношению к колесу при вертикальных колебаниях подрессоренной рамы тележки.

3.5 Определение основных параметров тормозной рычажной передачи

Все типы рычажных передач характеризуются двумя основами параметрами передаточным числом и коэффициентом полезного действия.

Передаточное число - это безразмерная величина, показывающая, какой выигрыш в силе обеспечивает рычажная передача вагона от усилия, развиваемого на штоке поршня тормозного цилиндра, на тормозные колодки.

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

(29)

где - суммарное проектное нажатие тормозных колодок, подключенных к тормозному цилиндру;

з_РП - КПД тормозной рычажной передачи, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать з_РП, (для передачи с одним тормозным цилиндром пассажирского вагона равным 0.9).

Усилие на штоке тормозного цилиндра определяют по зависимости:

(30)

где Р_ШТ - усилие по штоку тормозного цилиндра, Н;

Р_ТЦ - расчетное давление воздуха в тормозном цилиндре, для пассажирских вагонов с чугунными колодками Р_ТЦ = 0,4МПа.

з_ТЦ - КПД тормозного цилиндра; з_ТЦ =0,9

Р_пр - усилие отпускной пружины тормозного цилиндра, Н;

Р_р - усилие возвратной пружины;

Усилие отпускной пружины тормозного цилиндра:

Р_пр=Р_о+С_Ц•L_Ш (31)

где Р_о - усилие предварительного сжатия отпускной пружины тормозного цилиндра, Н; Р₀ = 159 кгс;

С_Ц - жесткость отпускной пружины ТЦ, С_Ц = 6,54 кгс/см;

L_Ш- величина выхода штока тормозного цилиндра, мм.

для чугунных колодок L_Ш= 12,5см

Р_пр=1590+6,54•125 =2244 Н

Усилие возвратной пружины авторегулятора рычажной передачи, приведённое к штоку тормозного цилиндра:

(32)

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 n_р=0,65.

С_р - жесткость возвратной пружины тормозного цилиндра, С_р = 23,1 кгс/см

Применяя формулу (3.5.1) определим усилие на штоке тормозного цилиндра