Тормоза подвижного состава

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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 1200м; для грузовых, обращающихся со скоростями до 120 км/ч и пассажирских - до 160 км/ч, - не более 1600м.

- 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

,	(1.1)
где	SП	-	путь, проходимый поездом за время подготовки тормозов к действию, м;
	SД	-	действительный тормозной путь, м.

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

.	(1.2)

Время подготовки тормозов к действию при следовании поезда на электропневматических тормозах

,	(1.3)
где		-	эмпирические коэффициенты, зависящие от вида и длины поезда.

Среднее значение основного удельного сопротивления движению при пассажирского вагона

,	(1.4)

Удельное сопротивление от уклона пути

bi = 10i = 10·(-6) =-60Н/т.

Решение уравнения для определения среднего значения удельной тормозной силы:

,	(1.5)
,
,	(1.6)
,

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

Условие безюзового торможения колесной пары

,	(7)
где		-	реализуемая тормозная сила колесной пары, Н;
		-	допускаемая тормозная сила по сцеплению, Н;
		-	статическая осевая нагрузка единицы подвижного состава, Н;
		-	коэффициент сцепления колеса с рельсом;
		-	Расчетный коэффициент запаса по сцеплению.

Расчетный коэффициент сцепления

,	(8)
где		-	функция скорости, значения которой в зависимости от типа подвижного состава находят по данным графика.
.

Допускаемая удельная тормозная сила

,	(9)
где		-	удельная тормозная сила, допускаемая по условиям сцепления, ;
	g	-	ускорение свободного падения,
.

Результаты расчетов для различных скоростей сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Удельная тормозная сила , допускаемая по условию

V,км/ч	V,м/с	ш(V)	ШК	[bT],Н/т
160	44,4	0,571	0,0914	762
150	41,7	0,579	0,0926	772
140	38,9	0,588	0,0941	785
130	36,1	0,599	0,0958	799
120	33,3	0,61	0,0976	814
110	30,6	0,622	0,0995	830
100	27,8	0,636	0,102	851
90	25	0,652	0,104	867
80	22,2	0,67	0,107	892
70	19,4	0,691	0,111	926
60	16,7	0,714	0,114	951
50	13,9	0,742	0,119	993
40	11,1	0,775	0,124	1034
30	8,3	0,814	0,13	1084
20	5,5	0,862	0,138	1151
10	2,8	0,922	0,148	1234
0	0	1	0,16	1334

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

,	(10)
где		-	величина интервалов скорости, через которые определены значения коэффициента сцепления и значения удельной силы , м/с ;
		-	начальная скорость торможения, м/с;
		-	величина допускаемой удельной тормозной силы в момент остановки поезда, Н/т;
		-	величина допускаемой удельной тормозной силы в момент начала торможения при скорости , Н/т;
		-	промежуточные значения удельной тормозной силы, Н/т;
		-	число интервалов скорости.
.

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

,	(11)
где		-	нажатие колодки на колесо, ;
	n	-	число колодок, действующих на ось;
		-	допускаемая тормозная удельная сила, Н/т;
		-	осевая нагрузка транспортного средства, т ;
		-	действительный коэффициент трения материала колодок.

Действительный коэффициент трения материала колодок в общем виде определяется по формуле

,	(12)
где		-	функции, характеризующие зависимость коэффициента трения от силы нажатия и от скорости.
,	(13)
,	(14)
где		-	эмпирические коэффициенты, зависящие от материала колодок.

Тогда

Для композиционных колод из материала ТИИР-300 коэффициент трения равен

.

Величину допускаемого нажатия определяем из уравнения

,	(15)
.

Расчетные формулы:; ; ;

.

Для скорости получаем

;
;

;

;

;

;

;

Расчет для различных скоростей движения сводим в таблицу 2

Таблица 2 - Расчёт допускаемого тормозного нажатия

V, км/ч	[bT], Н/т								K
0	1334	1	36,38	14,55	65,45	-728	4284	73,81	10,45
2,8	1234	0,941	35,76	14,31	65,69	-715	4316	73,89	10,26
5,6	1151	0,851	35,07	14,03	65,67	-701	4352	73,99	10,02
8,3	1084	0,857	34,5	13,8	66,2	-690	4383	74,07	9,84
11,1	1034	0,826	34,14	13,66	66,34	-683	4402	74,12	9,73
13,9	993	0,8	33,85	13,54	66,46	-677	4417	74,16	9,63
16,7	951	0,778	33,34	13,34	66,67	-667	4444	74,24	9,46
19,4	926	0,759	33,27	13,31	66,69	-665	4448	74,25	9,45
22,2	892	0,742	32,7	13,11	66,89	-654	4474	74,3	9,26
25	867	0,727	32,52	13,01	66,99	-650	4488	74,33	9,21
27,8	851	0,714	32,51	13	67	-649	4489	74,35	9,2
30,6	830	0,7	32,34	12,94	67,07	-647	4498	74,38	9,14
33,3	814	0,692	32,1	12,84	67,16	-642	4511	74,42	9,08
36,1	799	0,683	31,91	12,76	67,24	-638	4521	74,43	9,01
38,9	785	0,674	31,76	12,71	67,29	-635	4529	74,47	8,97
41,7	772	0,667	31,57	12,63	67,37	-631	4539	74,49	8,9
44,4	762	0,66	31,49	12,6	67,4	-630	4543	74,51	8,89

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

,	(16)
где		-	допускаемое удельное давление, МПа;
		-	геометрическая площадь трения колодок.

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

,	(17)
где	Pш	-	усилие по штоку тормозного цилиндра, Н;
	pц	-	расчётное абсолютное давление в тормозном цилиндре при экстренном торможении, МПа;
	p0	-	атмосферное давление, ;
	D	-	диаметр поршня тормозного цилиндра, м;
		-	коэффициент, учитывающий потери на трение в тормозном цилиндре,
	Qтц, Qар	-	приведённое к штоку усилие возвращающих пружин и пружины авторегулятора, Н.

.	(18)
где	Fар	-	усилие пружины, действующей на корпус авторегулятора; для полуавтоматического авторегулятора усл. № 574Б - 1800 Н;
		-	коэффициент приведения.

Тогда

.

Передаточное отношение рычажной передачи

,	(19)
где	m	-	число колодок, действующих от одного тормозного цилиндра;
		-	механический КПД рычажной передачи, .

Проверка на отсутствие юза во время торможения

;

Передаточное число

,	(20)

,

,

,
,
, ,
.

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

,	(21)

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

,	(22)

где - зарядное давление в тормозной системе пассажирского поезда, .

.

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

,	(23)

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 .

,	(24)
,
.
.
.

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

,	(25)

,

,

,

,

.

Величина конечного давления в рабочей камере

,

.

Оптимальное время возбуждения катушки тормозного вентиля для получения полного служебного торможения

,	(26)
,	(27)

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

,	(28)

,

,

.

3.3 Определение действительного и расчетного тормозного нажатия

Действительное нажатие тормозной колодки на колесо определяется по формуле

,	(29)

где n- передаточное число тормозной рычажной передачи;

pШ- усилие 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

. , .	(30)

3.4 Удельная тормозная сила

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

	(31)
где		-	расчётный коэффициент трения колодок данного типа;
	?Kpi	-	суммарное расчетное нажатие всех колодок данного типа в поезде, кН;
	РЛ	-	учетная масса локомотива, для тепловоза 2ТЭ116 РЛ = 126 т;
	?Q	-	масса состава, т.

Расчетный коэффициент трения для чугунных колодок

,	(32)

.

Расчетный коэффициент трения для композиционных колодок

,	(33)
;

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

V, км/ч	V, м/с			, Н/м
160	44,4	0,237	0,078	436
150	41,7	0,240	0,079	441
140	38,9	0,243	0,081	446
130	36,1	0,246	0,083	452
120	33,3	0,249	0,085	459
110	30,6	0,253	0,087	466
100	27,8	0,257	0,090	475
90	25,	0,262	0,093	485
80	22,2	0,267	0,097	496
70	19,4	0,273	0,102	508
60	16,7	0,280	0,108	523
50	13,9	0,288	0,116	540
40	11,1	0,297	0,126	561
30	8,3	0,309	0,141	588
20	5,6	0,322	0,162	621
10	2,8	0,339	0,198	669
0	0	0,360	0,270	744

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

Vn, км/ч	Vn, м/с			, Н/м	tП, с	sП, м	Vср, км/ч	Vср, м/с			, Н/м	, Н/т	, Н/т
160	44,4	0,078	0,237	436	11,03	490	155	43,1	0,079	0,239	438	124	72
150	41,7	0,079	0,240	441	11,02	460	145	40,3	0,080	0,241	443	113	65
140	38,9	0,081	0,243	446	11,01	428	135	37,5	0,082	0,244	449	102	59
130	36,1	0,083	0,246	452	10,99	397	125	34,7	0,084	0,248	456	92	52
120	33,3	0,085	0,249	459	10,98	366	115	32,0	0,086	0,251	463	83	47
110	30,6	0,087	0,253	466	10,96	336	105	29,2	0,089	0,255	471	74	41
100	27,8	0,090	0,257	475	10,95	304	95	26,4	0,092	0,259	480	66	36
90	25	0,093	0,262	485	10,93	273	85	23,6	0,095	0,264	490	58	32
80	22,2	0,097	0,267	496	10,91	242	75	20,8	0,100	0,270	502	52	27
70	19,4	0,102	0,273	508	10,89	211	65	18,1	0,105	0,276	515	46	24
60	16,7	0,108	0,280	523	10,86	181	55	15,3	0,112	0,284	531	41	20
50	13,9	0,116	0,288	540	10,83	151	45	12,5	0,120	0,293	550	36	17
40	11,1	0,126	0,297	561	10,80	120	35	9,7	0,133	0,303	574	32	15
30	8,3	0,141	0,309	588	10,77	89	25	7,0	0,150	0,315	604	29	13
20	5,6	0,162	0,322	621	10,72	60	15	4,2	0,177	0,330	643	26	11
10	2,8	0,198	0,339	669	10,67	30	5	1,4	0,227	0,349	701	25	10
0	0	0,270	0,360	744	10,60	0	-	-	-	-	-	-	-

, Н/т	bT+w0+bi, Н/т	Vn- Vn+1	0,5*/ж	?sД, м	sД, м	s, м
78	486	44,4 - 41,7	121534	250	1987	2477
70	484	41,7 - 38,9	115504	239	1737	2196
63	482	38,9 - 36,1	107190	222	1498	1926
56	482	36,1 - 33,3	97183	202	1276	1673
50	483	33,3 - 30,6	89164	185	1074	1440
44	485	30,6 - 27,8	82545	170	889	1225
39	489	27,7 - 25,0	74231	152	719	1024
34	494	25,0 - 22,2	65917	133	567	840
30	501	22,2 - 19,4	56648	113	434	676
26	511	19,4 - 16,7	48628	95	321	532
22	523	16,6 - 13,9	41273	79	226	407
19	540	13,9 - 11,1	32959	61	147	297
17	561	11,1 - 8,3	24278	43	86	206
14	588	8,3- 5,6	16258	28	42	132
13	626	5,6 - 2,8	8314	13	15	75
11	683	2,8 - 0,0	1039	2	2	31
--	--	--	--	--	--	--

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

Vср, км/ч	Vср, м/с	sД, м	tД, с	tД, с	t, с	j, м/с
155	43,1	250	5,81	79,9	90,96	0,465
145	40,3	239	5,93	74,1	85,14	0,472
135	37,5	222	5,93	68,2	79,20	0,472
125	34,7	202	5,81	62,3	73,26	0,482
115	32,0	185	5,78	56,5	67,43	0,467
105	29,2	170	5,83	50,7	61,64	0,480
95	26,4	152	5,75	44,8	55,79	0,487
85	23,6	133	5,65	39,1	50,02	0,496
75	20,8	113	5,43	33,4	44,35	0,516
65	18,1	95	5,27	28,0	38,89	0,512
55	15,3	79	5,15	22,7	33,60	0,544
45	12,5	61	4,89	17,6	28,41	0,573
35	9,7	43	4,46	12,7	23,50	0,628
25	7,0	28	3,98	8,2	18,99	0,678
15	4,2	13	3,16	4,3	14,98	0,886
5	1,4	2	1,09	1,1	11,76	2,569

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)

;

,

Литература

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.

Размещено на Allbest.ru