Выбор рациональных геометрических и кинематических параметров упругого элемента перспективного стояночного тормоза для грузовых вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 629.4.077-592-52

DOI: 10.12737/18264

Выбор рациональных геометрических и кинематических параметров упругого элемента перспективного стояночного тормоза для грузовых вагонов

Е.В. Сливинский, Т.Е. Митина

Аннотация

тормоз грузовой вагон напряжение

Представлены материалы, касающиеся разработки перспективной конструкции непрямодействующего тормоза для грузовых вагонов. Разработка рекомендуется научно-исследовательским и промышленным структурам в области тяжёлого машиностроения как в нашей стране, так и за рубежом с целью ее дальнейшего изучения и возможного внедрения в практику.

Ключевые слова: запасный резервуар, тормозной цилиндр, воздухораспределитель, поршень, стакан, тормозные колодки, упругий элемент, стояночный тормоз.

Annotation

E.V. Slivinsky, T.E. Mitina

Choice of rational geometric and kinetic parameters of springing element in promising parking brake for freight cars

It is well-known that at long braking and parking of a train or a single railroad car the air pressure in brake cylinders and control reservoirs gradually drops because of air leaks that results in exhaustion of brake as a consequence of this a rolling-stock can start spontaneous motion which can cause severe damages and accidents. It is a substantial drawback in an indirect-acting automatic brake. To eliminate such a drawback there was developed a promising brake design at the level of an invention in Bunin ESU and a set of computations for the substantiation of rational parameters for a springing element excluding the cessation of brake functioning and hence a possibility for spontaneous rolling-stock motion.

Key words: control reservoir, brake cylinder, air distributor, piston, bucket, brake blocks, springing (elastic) element, parking brake.

В настоящее время в конструкциях грузовых вагонов нашли широкое применение пневматические тормозные устройства. Такие устройства являются непрямодействующими пневматическими тормозами, так как при разрыве звеньев электропоезда или тормозной магистрали, а также при открытии крана экстренного торможения автоматически приходят в действие. Благодаря более быстрому и эффективному действию автотормоза увеличивают безопасность движения и позволяют значительно повысить скорости движения электропоездов. Однако при длительных торможениях или стоянках поезда или одиночных вагонов давление воздуха в тормозных цилиндрах и запасных резервуарах вследствие имеющихся утечек постепенно уменьшается, что приводит к истощению тормоза. Это является существенным недостатком непрямодействующего автоматического тормоза 1;2.

Описание конструкции и работы перспективного тормоза

Анализ существующих тормозных систем отечественного и зарубежного подвижного состава показывает, что на сегодняшний день отсутствуют технические средства, позволяющие в случае утечки сжатого воздуха из запасных резервуаров вагонов и отсутствия тормозных башмаков, укладываемых на рельсах под их колёса, исключить его самодвижение как на станционных путях, так и на путях в пунктах отстоя.

На протяжении ряда лет в ЕГУ им. И. А. Бунина по заказу Управления Юго-Восточной железной дороги (филиала ОАО «РЖД») СКБ университета проводится НИР, направленная на повышение эффективности и безопасности движения подвижного состава и его модернизацию. Одним из разделов данной НИР является тема, связанная с разработкой технических средств, исключающих самодвижение подвижного состава, находящегося как на магистральных и станционных путях, так и на путях его отстоя. С учётом этого, а также результатов анализа многочисленных библиографических источников, отечественных и зарубежных патентов разработано перспективное техническое решение, признанное изобретением (RU2374111), которое исключает возможность самодвижения как одиночных вагонов, так и поездов в целом в случае истощения пневматического тормоза.

На рисунке показана принципиальная схема тормоза применительно к грузовым вагонам, широко используемым в эксплуатационных условиях.

Такой тормоз состоит из тормозной магистрали 1, связанной с воздухораспределителем 2 с помощью трубопровода 3. В свою очередь воздухораспределитель 2 соединен трубопроводом 4 с полостью 5 основного тормозного цилиндра 6, поршень 7 которого подпружинен пружиной сжатия 8 относительно последнего. Поршень 7 снабжен штоком 9, взаимосвязанным с рычажной передачей 10 управления тормозными колодками 11, примыкающими к колесам 12 рельсового транспортного средства, перекатывающимся по рельсам 13. Второй шток 14 поршня 7 снабжен упором 15, контактирующим с поршнем 16 дополнительного цилиндра 17. Поршень 16 примыкает к подвижному стакану 18, внутри которого размещена пружина сжатия 19, а сам стакан снабжен стержнем 20, фиксируемым стопором 21, установленным на раме 22 рельсового транспортного средства. Полость 23 дополнительного цилиндра 17 соединена трубопроводом 24 с запасным резервуаром 25, который с помощью трубопровода 26 связан с воздухораспределителем 2.

Рис. Принципиальная схема тормоза

Работа тормоза в стояночном режиме заключается в том, что по мере падения давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре 6 пружина сжатия 19 дополнительного цилиндра 17 постоянно удерживает рычажную систему 10 в таком состоянии, когда тормозные колодки 11 прижаты к колёсам 12 и создают необходимую тормозную силу, исключая тем самым самодвижение подвижного состава. В то же время перед роспуском состава на сортировочных горках тормозное устройство фиксируют вручную стопором 21, что исключает возможность прижатия тормозных колодок 11 к колёсам 12.

Анализ представленной конструкции показывает, что основным и ответственным её конструкционным элементом является винтовая пружина сжатия, установленная в дополнительном цилиндре. Для определения её геометрических параметров и надёжности использована следующая методика.

Расчёт параметров упругого элемента тормоза

Известно, что винтовые пружины сжатия, характеризуемые средним диаметром D, обычно нагружены по концам, причём действующая нагрузка сводится к силам Р, направленным вдоль оси симметрии пружины, и парам моментов , действующим в торцевых плоскостях, перпендикулярных оси z [4]. Используя известный метод сечений, предположим, что в избранном сечении нагруженной указанными нагрузками пружины возникнут внутренние усилия: N - нормальные, Q - перерезывающие в двух плоскостях, М - изгибающий и крутящий моменты.

, ,

,

Обычно в практике силы N и Q имеют второстепенное значение по сравнению с крутящим и изгибающим моментами М_t и М_b. Поэтому примем последние в качестве расчётных параметров при исследовании напряжённого состояния пружины, установленной в дополнительном цилиндре тормоза. Известно также, что в процессе деформации пружины сжатия витки её перемещаются друг относительно друга поступательно, а это свидетельствует об отсутствии относительного поворота сечений пружины [4]. Учитывая, что перемещения пружины малы по сравнению с соответствующими им размерами, а её торцы являются неповорачивающимися, можно воспользоваться следующими зависимостями, позволяющими вычислить осевое перемещение пружины л₀ и моменты , действующие в торцевых плоскостях, перпендикулярных оси z: