Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение потребной тормозной силы

1.1 Общие сведения

пневматический тормоз вагон пассажирский

Сущность процесса торможения поезда при движении на площадке заключается в гашении кинетической энергии, величина которой определяется по формуле

, (1.1)

где - кинетическая энергия, Дж;

- масса поезда, кг;

- скорость, которой обладал поезд к началу торможения, м/с;

- скорость поезда после торможения, м/с;

- коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс в поезде (колесные пары вагонов и локомотивов, роторы электрических машин, связанных с колесными парами и т. д). При выполнении расчетов для грузовых и пассажирских вагонов приближенно принимают [2].

Погашенная при торможении энергия вращающихся масс также может быть рассчитана по формуле

, (1.2)

где I_рi - полярный момент инерции i - й вращающейся детали, кг•мІ;

щ_i - угловая скорость вращения i - й детали в начале торможения, с^-1.

Силы сопротивления движению вместе с тормозными силами на расстоянии действительного тормозного пути гасят накопленную энергию, рассеивая ее в окружающее пространство в виде тепла.

Для процесса остановочного торможения поезда можно записать равенство

, (1.3)

где - основное сопротивление движению поезда, складывающееся из сопротивления движению вагонов и локомотива Н;

B_т - потребная тормозная сила, Н;

B_i - замедляющее или ускоряющее усилие от действия силы тяжести при движении по уклону, Н; B_i = 10^-2 •i•М;

s_д - действительный тормозной путь (на протяжении которого действовала тормозная сила), м, [2];

i - уклон пути, ‰.

При выборе тормозной системы для единицы подвижного состава обычно руководствуются заданной длиной тормозного пути или величиной наибольшего допускаемого замедления поезда. Для высоких скоростей движения проверяется величина возникающих продольно-динамических усилий при торможении и тепловая нагруженность фрикционных узлов тормоза.

Тормозные расчеты ведут с использованием удельных тормозных сил и сил сопротивления движению, поэтому, разделив обе части уравнения (1.3) на массу поезда в тоннах, приведем его к виду

, (1.4)

где - потребная удельная тормозная сила, Н/т;

- удельное сопротивление движению поезда, Н/т;

- удельное сопротивление от уклона пути, Н/т.

1.2 Расчет потребной тормозной силы по заданной длине
тормозного пути

Величину потребной тормозной силы выбирают из условия остановки поезда при экстренном торможении на минимальном тормозном пути.

При торможении поезда учитывают время подготовки тормозов к действию.

В этом случае полный тормозной путь

, (1.5)

где - путь, проходимый поездом за время подготовки тормозов к действию, м;

-действительный тормозной путь.

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

, (1.6)

где - начальная скорость поезда, м/с;

Удельное сопротивление от уклона пути определим по формуле

. (1.7)

Время подготовки тормозов к действию

, (1.8)

где ? эмпирические коэффициенты, зависящие от вида и длины поезда.

Время подготовки тормозов к действию для пассажирских поездов с электропневматическими тормозами [1]

Величина основного сопротивления движению со снижением скорости от до 0 уменьшается по параболическому закону (нелинейно), поэтому при определении потребной удельной тормозной силы целесообразно принимать усредненное значение удельного сопротивления движению вагона определяемое как среднее значение функции

.

В общем виде зависимость основного сопротивления от скорости может быть выражена уравнением

,

где - эмпирические коэффициенты.

Среднее значение удельного основного сопротивления [1]

. (1.9)

Полный тормозной путь поезда

. (1.10)

Решив квадратное уравнение (1.10), определим удельную тормозную силу вагона, потребную для остановки поезда на тормозном пути .

Для упрощения расчетов приведем уравнение (1.10) к виду

,

где

, (1.11)

, (1.12)

Тогда

. (1.13)

Среднее значение основного удельного сопротивления движению пассажирского вагона при

Удельное сопротивление от уклона пути

Н/т.

Среднее значение удельной тормозной силы определим, подставив в формулы (1.11) - (1.13) численные значения

Н/т.

1.3 Определение потребной тормозной силы по допускаемому
замедлению поезда

Для пассажирских вагонов магистрального, пригородного и городского транспорта расчетное (среднее) замедление при торможении принимают в пределах 1,2?1,3 м/с² с учетом требований эргономики, комфорта и безопасности пассажиров и обслуживающего персонала.

Перед остановкой поезда при малых скоростях движения может резко возрасти тормозная сила фрикционных тормозов (колодочных, рельсовых, дисковых), вызвано нелинейной зависимостью коэффициента трения от скорости, однако при любых условиях величина замедления не должна превышать 2 м/с².

Средняя величина замедления j_т при торможении и величина действительного тормозного пути связаны зависимостью

(1.14)

поэтому формулу (1.4) можно записать в виде

. (1.15)

Удельная тормозная сила по расчетному замедлению м/с²

Н/т.

Максимальное значение удельной тормозной силы по наибольшему допускаемому замедлению м/с²

Н/т.

2. Выбор тормозной системы вагона

Пассажирские вагоны локомотивной тяги оборудуются колодочными тормозами с комбинированным пневматическим и электропневматическим управлением. Более разнообразны тормозные системы скоростных поездов с фрикционными колодочными или дисковыми и магнитно-рельсовыми тормозами, противоюзными устройствами и скоростными регуляторами нажатия.

Для высокоскоростного транспорта разрабатываются тормоза с использованием вихревых токов (рельсовые и дисковые).

При выборе и проектировании тормозных систем для железнодорожного подвижного состава необходимо руководствоваться следующими соображениями:

? основным видом тормозов, которые учитываются при подсчете величины тормозной силы в поезде для аварийного торможения, являются пневматические фрикционные тормоза.

? проектируемая тормозная система для подвижного состава общего пользования должна допускать совместное действие с существующими тормозами.

? тормозная система должна обеспечивать получение потребной тормозной силы при экстренном, остановочном и регулировочном торможениях.

Для тормозов, основанных на использовании сцепления колес с рельсами, реализуемая тормозная сила не должна превышать силу сцепления, так как иначе возможно заклинивание и повреждение колесных пар. Кроме того, при юзе возрастает тормозной путь. К таким тормозам относятся: фрикционные - колодочные и дисковые; электрические; гидродинамические и вихретоковые дисковые, у которых источником тормозной силы является тормозная ось.

2.1 Требования к тормозной системе пассажирского вагона

Автотормозное оборудование подвижного состава должно обеспечивать необходимую безопасность движения и высокую маневренность при управлении, устойчиво работать в эксплуатации при температурах от +70 до -60 ⁰С.

Основным тормозом, обеспечивающим безопасность движения и возможность управления движением поезда в тормозных режимах является автоматический фрикционный тормоз.

Для перспективного пассажирского подвижного состава должно предусматриваться электропневматическое управление тормозной системой. Новое тормозное оборудование проектируется с учетом возможности приспособления для эксплуатации в межгосударственном сообщении.

Вновь вводимые автоматические и электропневматические тормоза должны работать без какого-либо ограничения совместно с существующими тормозами.

Автотормозное оборудование пассажирских вагонов должно обеспечивать совместную работу их в грузовых поездах.

Тормоза вагонов пассажирских поездов выполняются приблизительно с постоянной тормозной силой во всем диапазоне скоростей за счет применения тормозных колодок или накладок дисковых тормозов с малозависящим от скорости коэффициентом трения.

При конструировании нового автотормозного оборудования рекомендуется широкое применение резиновых уплотнителей, в особенности для замены цветных металлов и металлических притираемых деталей.

При служебных экстренных и повторных торможениях тормоза поезда должны действовать плавно. Возникающие при самых неблагоприятных условиях торможения пассажирских поездов ускорения не должны превышать 2 м/с².

Тормозное оборудование подвижного состава должно обеспечивать безъюзовое торможение во всем диапазоне скоростей и исключить износ или повреждение поверхностей катания колесных пар при торможении.

Длина тормозного пути при экстренном торможении с максимальной скорости движения на спуске 6 ‰ для пассажирских поездов, обращающихся со скоростью до 160 км/ч не должна превышать 1600 м.

В необходимых случаях для достижения более высокой эффективности действия тормозов некоторых разновидностей подвижного состава предусматриваются мероприятия для повышения коэффициента сцепления колес с рельсами или дополнительные тормозные устройства, не зависящие от силы сцепления колес с рельсами как например, магнитно-рельсовые тормоза.

В случаях, когда фактически реализуемые коэффициенты сцепления колес с рельсами при скорости более 100 км/ч для пассажирского подвижного состава превышает 85% от расчетного коэффициента сцепления, должны применяться противоюзные устройства.

Тормоза для пассажирских поездов должны допускать возможность электрического и пневматического управления. Тормоза должны обладать свойством автоматичности действия.

Автоматичность тормоза состоит в том, что при разрыве магистрального воздухопровода, а также при открытии в поезде стоп-крана, должно происходить автоматическое торможение поезда и его остановка.

Автоматичность электропневматического тормоза также состоит в том, что при прекращении электропитания тормозной системы поезда во время торможения должны придти в действие пневматические тормоза независимо от действий машиниста с одновременным автоматическим переходом крана машиниста на управление пневматическим тормозом. При автоматическом переходе с электрического на пневматическое управление в процессе полного служебного или экстренного торможения длина тормозного пути с максимальной скорости не должна превышать установленную нормативами.

Тормоза пассажирских поездов должны обеспечивать достаточную практическую неистощимость и безопасность движения поезда на крутых и затяжных спусках с соблюдением предписанных скоростей, то есть должна обеспечиваться возможность остановки поезда на тормозном пути установленной длины на любых практически встречающихся профилях пути.

При электрическом управлении тормоз должен обеспечивать полное торможение, ступенчатое торможение и ступенчатый отпуск.

В комплект устройств автотормозного оборудования на пассажирских вагонах входят следующие основные установки и приборы: воздухораспределители, пневматическая магистраль, тормозные цилиндры, резервуары и камеры, тормозные колодки ли накладки на дисковых тормозах, рычажные передачи с автоматическими регуляторами, стоп-краны, электрические цепи управления тормозом. На скоростных пассажирских вагонах, кроме того, противоюзные устройства и магнитно-рельсовые тормоза.

Номинальная величина напряжения постоянного тока для пассажирских поездов должна быть 50 В.

Контрольный и рабочий ток в линии электропневматических тормозов не должен нарушать нормальной работы устройств СЦБ и радиосвязи.

Электровоздухораспределитель на пассажирском вагоне должен иметь два электромагнитных вентиля (тормозной и отпускной), приходящих в действие при одинаковой величине напряжений постоянного тока в линии и нормально действующих при давлении воздуха от 0,3 до 0,8 МПа.

Минимальное напряжение для срабатывания вентилей не должно превышать 70%, а напряжение на отпадание вентилей должно быть не менее 20% от номинальной величины напряжения на источнике питания.

Время наполнения тормозных цилиндров до 0,35 МПа в пассажирском вагоне должно быть 3-4 с.

Время отпуска (снижение давления в тормозных цилиндрах с наибольшего до 0,04 МПа) 8-10 с для пассажирских поездов с локомотивной тягой.

При переходе с тормозного положения к перекрыше величина давления в тормозных цилиндрах не должна превышать 0,02 МПа.

Пассажирские вагоны обязательно оборудуются ускорителями экстренного торможения.

В случае полного служебного или экстренного торможения при повышенном зарядном давлении в тормозной магистрали поезда воздухораспределитель не должен превышать установленные максимальные давления в тормозном цилиндре.

Индивидуальное время наполнения тормозных цилиндров до 90% от максимального давления для пассажирских поездов должно быть в пределах 4-6 с.

При разрыве магистрали и при экстренных торможениях с момента выравнивания давлений запасных резервуаров с давлениями тормозных цилиндров должно устанавливаться непосредственное сообщение их вплоть до полного истощения.

Воздухораспределитель должен быть смонтирован на подвижном составе с таким расчетом, чтобы при постановке или съемке его не требовалось соединения или разъединения трубопроводов, идущих к магистрали, запасному резервуару и тормозному цилиндру.

Грузовые авторежимы должны устанавливаться на пассажирских вагонах с массой тары 0,8 т. и менее на одного пассажира (с учетом обеспечения единых минимальных норм тормозного нажатия во всем диапазоне загрузки и безъюзового торможения).

Допускается применение авторежима с дистанционным управлением, то есть разделением авторежима на датчик и на пневматическое реле, располагаемое рядом с воздухораспределителем или встроенное в его конструкцию.

Расположение авторежима под вагоном должно обеспечивать удобство и легкость монтажа, съемки и осмотра [4].

2.2 Определение допускаемой тормозной силы по условию безъюзового торможения и обоснование выбора тормозной системы

Условие безъюзового торможения колесной пары

, (2.1)

где B₀ - реализуемая тормозная сила колесной пары, Н;

B_т ? допускаемая тормозная сила по сцеплению, Н;

q ? статическая осевая нагрузка единицы подвижного состава, Н;

ш ? коэффициент сцепления колеса с рельсом;

k_с ? расчетный коэффициент запаса по сцеплению, k_с = 0,85 [2].

Определение коэффициентов сцепления и удельной тормозной силы для различных скоростей вагона

Расчетный коэффициент сцепления

, (2.2)

где ш(V) ? функция скорости, значения которой в зависимости от типа подвижного состава находят по данным графика [2] или для пассажирского поезда по формуле

. (2.3)

Для вагона массой 61т формула для определения расчетного коэффициента сцепления примет следующий вид



Разделив обе части уравнения (2.1) на нагрузку на ось в тоннах формулу для определения допускаемой удельной тормозной силы приведем к виду

, (2.4)

.

Произведем расчет коэффициента сцепления и допускаемой тормозной силы для скорости движения V=160 км/ч, а результаты расчетов для остальных скоростей движения сведем в таблицу 2.1.

Функция скорости

.

Расчетный коэффициент сцепления

.

Допускаемая удельная тормозная сила

Н/т.

Таблица 2.1 ? Расчет допускаемой тормозной силы по сцеплению[b_т] для различных скоростей движения

Скорость V,км/ч	Скорость V,м/с	Функция скорости ш(V)	Расчетный коэффициент сцепления шк	Допускаемая удельная тормозная сила [ bт ],Н/т
160	44,4	0,570	0,0885	738
150	41,7	0,579	0,0898	749
140	38,9	0,588	0,0912	761
130	36,1	0,598	0,0928	774
120	33,3	0,610	0,0945	788
110	30,6	0,622	0,0965	805
100	27,8	0,636	0,0987	823
90	25,0	0,652	0,1011	843
80	22,2	0,670	0,1039	866
70	19,4	0,691	0,1071	893
60	16,7	0,714	0,1108	924
50	13,9	0,742	0,1150	959
40	11,1	0,775	0,1201	1002
30	8,3	0,814	0,1262	1052
20	5,6	0,862	0,1337	1115
10	2,8	0,922	0,1430	1193
0	0	1	0,1551	1293

По полученным данным строим графики зависимости коэффициента сцепления от скорости ш_к = f(V) и допускаемой тормозной силы от скорости b_т = f(V) (рисунки 2.1 и 2.2).

Рисунок 2.1 ? График зависимости коэффициента сцепления от скорости ш_к = f(V)



Рисунок 2.2 ? График зависимости допускаемой удельной тормозной силы от скорости b_т = f(V)

Среднее значение допускаемой удельной тормозной силы

, (2.5)

где ? величина интервалов скорости, через которые определены значения коэффициента сцепления и значения удельной силы , км/ч;

? начальная скорость торможения, км/ч;

? величина допускаемой удельной тормозной силы в момент остановки поезда, Н/т;

? то же в момент начала торможения при скорости , Н/т;

, ? промежуточные значения удельной тормозной силы, Н/т;

? число интервалов скорости.

Н/т.

Выполнив расчет потребной и допускаемой тормозных сил, необходимо сравнить их значения.

В нашем случае потребная тормозная сила меньше допускаемой по сцеплению, поэтому параметры тормозной системы выбираем исходя из допускаемой тормозной силы.

Определение коэффициентов сцепления и удельной тормозной силы для различных загрузок вагона

Расчетный коэффициент сцепления для вагона с массой тары М = 61 т при скорости движения V = 160 км/ч

.

Допускаемая удельная тормозная сила

Н/т.

Результаты расчетов для остальных загрузок сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Расчет допускаемой удельной тормозной силы по сцеплению [b_т] для различных загрузок вагона

Масса вагона М,т	Расчетный коэффициент сцепления шк	Допускаемая удельная тормозная сила [ bт ],Н/т
61	0,0885	738
62,35	0,0882	735
63,7	0,0879	733
65,05	0,0876	731
66,4	0,0873	728

По полученным данным строим графики зависимости коэффициента сцепления от загрузки и допускаемой тормозной силы от загрузки (рисунки 2.3 и 2.4).



Рисунок 2.3 ? График зависимости коэффициента сцепления
от загрузки вагона

Рисунок 2.4 ? График зависимости допускаемой удельной тормозной силы от загрузки вагона

Так как допускаемая удельная тормозная сила изменяется незначительно от загрузки вагона и масса вагона с полной населенностью отличается от массы тары не более 8%, то регулирование тормозной силы в зависимости от загрузки применять нецелесообразно. При этом параметры тормозной системы рассчитываем для порожнего вагона.

3. Пневматическая часть тормоза

3.1 Устройство пневматической части

На рисунке 3.1 изображена схема электропневматического тормоза пассажирского вагона [3]

Рисунок 3.1 - Схема электропневматического тормоза

Воздухораспределитель 11 № 292-001 и электровоздухораспределитель 12 усл. № 305-000 установлены на кронштейне задней крышки тормозного цилиндра 13. Под вагоном также расположены магистральная труба 3 диаметром 1/4", концевые краны 1 с междувагонными соединительными рукавами 7 № 369А и тройник или пылеловка 9. Разобщительный кран 10 служит для включения и выключения воздухораспределителя 11.

В каждом пассажирском вагоне имеется не менее трех кранов 5 для экстренного торможения (стоп-кранов). Запасный резервуар 15 объемом 78 л соединен трубой диаметром 1" с кронштейном задней крышки тормозного цилиндра 13. На трубе от запасного резервуара или на запасном резервуаре установлен выпускной клапан 14. На некоторых типах вагонов приборы 10 и 12 установлены на отдельном кронштейне, а тормозной цилиндр имеет обычную крышку.

Рабочий и контрольный электрические проводы 8 электропневматического тормоза уложены в стальной трубе 2 и подведены к концевым двухтрубным 6 № 316 и средней 4 трехтрубной № 317 коробкам зажимов. От средней коробки провод в металлической трубе подходит к камере электровоздухораспределителя, а от концевых коробок ? к контактам, расположенным в соединительной головке междувагонного рукава 7.

При зарядке и отпуске тормоза воздух из магистрали через воздухораспределитель 11 поступает в запасный резервуар 15, а тормозной цилиндр через воздухораспределитель сообщен с атмосферой. При торможении понижают давление в магистрали, воздухораспределитель срабатывает, отключает тормозной цилиндр 13 от атмосферы и сообщает его с запасным резервуаром 15. При полном торможении давление в запасном резервуаре и тормозном цилиндре выравнивается и устанавливается около 0,38?0,40 МПа.

3.2 Действие пневматической части

Зарядка и медленная разрядка

Зарядка - подготовка тормозов к действию путем повышения давления в тормозной магистрали до установленного зарядного давления, величина которого главным образом зависит от типа воздухораспределителя, длины поезда и условий его ведений. При зарядке происходит повышение давления в запасных резервуарах, а тормозные цилиндры сообщаются с атмосферой. Для ускорения процесса зарядки её часто выполняют с превышением зарядного давления в тормозной магистрали, т. е. производится сверхзарядка.

Медленная разрядка служит для ликвидация сверхзарядки, которая происходит темпом медленной разрядки (dp/dt ? 0,03 МПа/с) без срабатывания тормозов.

Служебное и экстренное торможение

Торможение - снижение давления в тормозной магистрали, при этом воздухораспределитель срабатывает на торможение, а тормозные цилиндры сообщаются с запасными резервуарами. Различают служебное и экстренное торможение. Полное служебное торможение производится для получения максимального давления в тормозных цилиндрах (тормозной силы). Снижение давления в тормозной магистрали происходит за один прием темпом служебного торможения (dp/dt = 0,01ч0,05 МПа/с) на 0,13 - 0,17 МПа.

Служебное ступенчатое торможение выполняют снижением давления в тормозной магистрали при первой ступени на 0,03 - 0,08 МПа, а при последующих ступенях 0,03 - 0,10 МПа. В сумме при ступенях торможениях давление понижается не более чем на величину полного служебного торможения. При таком торможении давление в тормозной магистрали понижается ступенчато, а в тормозных цилиндрах повышается ступенчато.

Экстренное торможение выполняется снижением давления в тормозной магистрали до 0 темпом экстренного торможения (dp/dt ? 0,08МПа/с) для получения минимального тормозного пути. Применяется в случаях угрозы безопасности движения и жизни людей. Давление в тормозных цилиндрах такое же, как и при полном служебном торможении. Сокращение тормозного пути происходит за счет быстрого срабатывания тормозов.

Отпуск

Отпуск служит для прекращения действия тормоза, путём повышения давления в тормозной магистрали. При этом тормозные цилиндры сообщаются с атмосферой, и происходит зарядка запасных резервуаров. Отпуск различают полный и ступенчатый.

Размещено на Allbest.ru

...