К вопросу о нормативах выхода штока тормозного цилиндра пассажирских вагонов

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 629.45.083-592

К ВОПРОСУ О НОРМАТИВАХ ВЫХОДА ШТОКА ТОРМОЗНОГО ЦИЛИНДРА ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

Дмитриев Д. В.

Постановка проблемы и цель статьи. Общими техническими требованиями к тормозному оборудованиию при всех видах плановых ремонтов и техническом обслуживании пассажирских вагонов, в частности, регламентирован выход штока тормозного цилиндра (ТЦ) при полном служебном торможении (ПСТ) 150…160 мм, как при чугунных, так и при композиционных тормозных колодках [1, табл. 1]. Порядок проверки автотормозов определён в п. 27.3 названной Инструкции, в которой п. 27.3.3 описывает последовательность действий при проверке выхода штока ТЦ.

В эксплуатации при полном опробовании тормозов выполняют проверку автотормозов на чувствительность к торможению, предусматривающую замер выхода штока ТЦ, по крайней мере, хвостового вагона, с занесением измеренной величины в справку формы ВУ_45 [2, п. 9.2.3]. Указанная операция выполняется при первой ступени торможения, для которой в случае пассажирских вагонов независимо от материала их тормозных колодок (чугунные или композиционные) регламентирован выход штока 80…120 мм при отправлении с ПТО [2, табл. 6.1].

С момента введения Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013 работники пассажирских вагонных депо пунктов формирования поездов сталкиваются с проблемой технической невозможности удовлетворения нормативов выхода штока ТЦ одновременно и при ПСТ (по Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013), и при первой ступени торможения (по Инструкции ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015), особенно в случае оборудования вагонов композиционными тормозными колодками. Эмпирические данные для вагонов разных заводов-изготовителей показывают, что при композиционных колодках выход штока при ПСТ в среднем лишь на 10 мм превышает выход штока на первой ступени торможения, вместо требуемых 40 мм по Инструкции № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015.

Целью настоящей статьи является изложение гипотезы автора о технических причинах сложностей регулировки тормозной рычажной передачи пассажирских вагонов в части обеспечения нормативных выходов штока ТЦ при ПСТ и при первой ступени торможения.

Краткий анализ литературы по теме статьи. Современная Инструкция № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015 в части нормативов выхода штока и выполнения проверки автотормозов на чувствительность к торможению повторяет требования, изложенные в аналогичной Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог (ЦТ_ЦВ_ВНИИЖТ №4440), утверждённой в 1986 г. Требования современной Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013 в отношении величин выхода штока пассажирских вагонов, например, хорошо корреспондируются с техническим паспортом-формуляром, изданным в 1985 г. Калининским вагоностроительным заводом, по которому «… вагоны с завода выпускаются с отрегулированными на максимальное значение выходами штоков ТЦ - 160 мм». Вместе с тем, до введения Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013 на ж. д. Украины выполнялась регулировка тормозной рычажной передачи пассажирских вагонов при ПСТ на нижнюю границу норматива выхода штока ТЦ по Инструкции № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015, т.е. на 130 мм [2, п. 6.2.2].

Не объясняют обозначенной проблемы и опытные осциллограммы хода поршня и давления в ТЦ для шестиосного вагона при композиционные тормозных колодках [3, рис. 30]. Более подробных сведений в литературе прежних лет издания по проблеме, рассматриваемой в настоящей публикации, автору изыскать не удалось, поэтому, для разъяснения причин технических затруднений удовлетворения нормативных требований по выходам штоков пассажирских вагонов были предприняты натурные испытания.

Краткое описание объекта, аппаратуры и условий испытаний. В качестве объекта испытаний был выбран вагон скоростного поезда «Столичный экспресс», оборудованный первой очередью системы АСТК [4]. На момент проведения испытаний этот вагон находился в текущем отцепочном ремонте по неисправности электрооборудования. Испытания проведены 27.5.2010 г. на пути №5 РЭП Пассажирского вагонного депо станции Днепропетровск. Дата последнего деповского ремонта вагона 23.4.2010 г. Тормозного оборудования вагона - типовое со стержневым приводом авторегулятора, техническое состояние автотормоза - исправен. Основные размеры: а) толщины колодок: композиционных - 50…55 мм, чугунных - 56…62 мм; б) диаметры колёс колёсных пар (внешней/внутренней) по кругу катания: котловой (генераторной) тележки - 912/908 мм, некотловой тележки - 918/916 мм; в) зазоры между композиционными/чугунными колодками и колёсами: 9/4 мм; г) длины всех тележечных тяг установлены на размер 1600 мм.

Для цели испытаний были установлены электрические датчики: а) манометры типа ДМ6 (авторская разработка, класс точности 0,25) на тормозной магистрали (ТМ), запасном резервуаре (ЗР) и ТЦ; б) перемещений типа Вт714-37 - напротив штока ТЦ. Зарядка и управление автотормозом объекта испытаний, находящимся в хвосте группы их трёх вагонов (тормоза остальных вагонов группы были выключены путём перекрытия разобщительных кранов), выполнялись с помощью типовой установки [1, рисунок 33]. Сигналы от датчиков проходили через аналоговые фильтры нижней частоты 1-го порядка с частотой среза 21±1 Гц, автоматически преобразовались в цифровую форму с разрешением 14 битов и регистрировались с помощью портативного измерительно-вычислительного комплекса на базе компьютера типоразмера notebook. Для аналоговых сигналов от датчиков использовалось усиление: с кратностью 64 - при измерении давлений и с кратностью 4 - при измерении выхода штока. Цифровая фильтрация или иное кондиционирование сигналов не потребовались.

Температура окружающего воздуха при проведении испытаний составляла около +23 оС, атмосферное давление 746 мм.рт.ст. Погода - ясно, с редкими облаками. Испытаний проведены в два этапа: первый _ для случая регулировки тормозной рычажной передачи (ТРП) на композиционные колодки и второй _ на чугунные. На обоих этапах испытаний физически тормозные колодки вагона оставались на своих местах: на генераторной колёсной паре - чугунные, а на остальных - композиционные. Отличия в регулировке ТРП для этапа на чугунных колодках состояли в перестановке затяжки горизонтальных рычагов и снятии дистанционного хомута длиной 70 мм со штока ТЦ. Для обоих этапов при регулировке ТРП были соблюдены требования Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013 в отношении: длин проекций горизонтальных рычагов, зазоров в свету между головками тележечных тяг и кронштейнами подвесок возле внутренних колёсных пар, а также зазоров в приводе и запаса винта авторегулятора.

Основные результаты испытаний. В целом, в ходе испытаний измеряемые при одинаковых условиях величины отличались незначительной изменчивостью. На рисунках 1-5 приведены осциллограммы измеряемых процессов, полученные в типичных опытах. На всех этих рисунках принято одинаковое обозначений процессов: давление в ТЦ - сплошная линия; давление в ТМ _ штриховая; давление в ЗР _ штрих-пунктирная; перемещение штока ТЦ _ пунктирная. Во всех опытах зарядное давление в ТМ составляло 5,2 ат, а тормоз вагона был включён на режим «К» (короткосоставный).

Рисунок 1 - Экстренное торможение (колодки композиционные)

При регулировке ТРП на композиционные тормозные колодки получены осциллограммы, показанные на: рисунок 1 - экстренное торможение (ЭТ); рисунок 2 - ПСТ и рисунок 3 - первая ступень торможения со снижением давления в ТМ на 0,5 ат.

При регулировке ТРП на чугунные тормозные колодки получены осциллограммы, показанные на: рисунке 4 - ПСТ и рисунке 5 - первая ступень торможения со снижением давления в ТМ на 0,6 ат.

Рисунок 2 - Полное служебное торможение (колодки композиционные)

Рисунок 3 - Первая ступень торможения (колодки композиционные)

Рисунок 4 - Полное служебное торможение (колодки чугунные)

Рисунок 5 - Первая ступень торможения (колодки чугунные)

Осциллограммы при ЭТ (см. рисунок 1) вследствие скоротечности срабатывания ТРП менее пригодны для анализа. Кроме того, ЭТ сопровождается большим расходом сжатого воздуха и удлиняет процесс зарядки тормоза, поэтому в дальнейшем при испытаниях вместо ЭТ выполнялось ПСТ.

В опытных осциллограммах, полученных при регулировке ТРП и для композиционных, и для чугунных колодок проявился ряд общих закономерностей. Так, процесс выравнивания давления в ЗР и ТЦ при ПСТ происходит примерно за 8 с, при этом соответствуют нормативам и наибольшее давление в ТЦ [1, п. 27.3.3], и время наполнения ТЦ до давления 3,5 ат [1, п. 22.2.4]. Выравнивание давлений в ТМ и ЗР при первой ступени торможения достигается за 4 с. Первые 4 с осциллограмм перемещений штока ТЦ при ПСТ повторяют соответствующие осциллограммы на первой ступени торможения. Количественно и качественно одноимённые осциллограммы давлений практически совпадают для одинаковых условий опытов. На осциллограммах перемещений штока ТЦ прослеживаются три участка: а) начальный _ характеризующийся значительным перемещением штока при давлении в ТЦ до 0,3 ат; б) средний - который характерен уменьшением скорости перемещения штока; в) заключительный - до прекращения выхода штока ТЦ. Из опытных осциллограмм видно (особенно на рис. 3 и 5), что перемещение штока ТЦ начинается после повышения давления в ТЦ до величины, уравновешивающей усилие его отпускной пружины. Малость давлений в ТЦ, вызывающих перемещение штока на начальном этапе, даёт основания предположить, что этот этап соответствует выходу штока ТЦ при движении механизма ТРП в пределах зазоров, образующихся в отпущенном состоянии тормоза, между колодками и колёсами. Следующий этап перемещения штока ТЦ, вероятно, соответствует выходу штока ТЦ, совершающемуся за счёт выбора зазоров в шарнирах ТРП (между валиками и втулками). Наконец, на заключительном этапе выход штока ТЦ происходит за счёт упругих деформаций звеньев ТРП. Границы начального и среднего этапов перемещения штока ТЦ «размыты», что, по всей видимости, связано с проведением испытаний на стоянке, когда к.п.д. механизма ТРП минимален.

Осциллограммы перемещений штока ТЦ на третьем, «заключительном» этапе при регулировке ТРП на композиционные и на чугунные колодки существенно отличаются. В случае чугунных колодок осциллограммы выхода штока ТЦ и повышения давления в ТЦ в значительной мере эквидистантны, например, по рисунку 4 повышению давления в ТЦ с 1,0 до 4,0 ат соответствует выход штока ТЦ с 95 до 158 мм. При композиционных колодках перемещение штока вследствие упругих деформаций звеньев ТРП значительно меньшее, например, по рисунку 3 повышению давления в ТЦ с 1,0 до 4,0 ат соответствует выход штока ТЦ со 140 до 158 мм. рычажный вагон тормозной цилиндр

На опытном вагоне выход штока при ПСТ и для композиционных, и для чугунных колодок был отрегулирован на величину 158 мм. На первой ступени торможения (при снижении зарядного давления в ТМ на 0,5/0,6 ат) выход штока составил: 148/152 мм - при композиционных колодках и 118/123 мм _ при чугунных. Подводя итог основным из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что ТРП опытного вагона, отрегулированная по Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013, обеспечивает регламентированный Инструкцией № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015 выход штока ТЦ только в случае чугунных тормозных колодок.

Основные выводы и рекомендации:

1. На основании выполненных натурных испытаний можно обоснованно предположить, что основной причиной «завышенного» выхода штока ТЦ при регулировке ТРП для композиционных колодок по сравнению с чугунными _ является изменение передаточного числа горизонтальных рычагов ТРП. На опытном вагоне, имеющем массу тары 57 т при чугунных колодках на горизонтальных рычагах устанавливают передаточное число 39/26=1,5, а при композиционных - 26/39=0,(6) [1, табл. 5]. Таким образом, в случае чугунных тормозных колодок на звенья ТРП действуют усилия от ТЦ в 1,5/0,(6)=2,25 раза большие, чем в случае композиционных. Повышенные усилия вызывают увеличенные упругие деформации звеньев ТРП, значит при чугунных колодках в общей величине выхода штока доля этого выхода вследствие упругой деформации звеньев ТРП примерно в 2,25 раза большая, чем при композиционных колодках. В этих условиях, если настроить ТРП на верхнюю границу нормативного выхода штока ТЦ при ПСТ для случая композиционных колодок, то неизбежно при первой ступени торможения из-за малости упругих деформаций звеньев будет наблюдаться «завышенный» выход штока.

2. Отмеченному эффекту «завышения» выхода штока ТЦ при композиционных колодках по сравнению с чугунными подвержены все вагоны, имеющие ТРП по типу пассажирского вагона, т. е. при изменении передаточного числа ТРП исключительно за счёт изменения плеч горизонтальных рычагов. Названный эффект будет проявляться тем в большей степени, чем больше, во-первых, изменение передаточного отношения при переходе между чугунными и композиционными колодками, а, во-вторых, _ жёсткость конструкции ТРП.

2.1. По первому из названных критериев наихудшей будет ситуация с регулировкой ТРП пассажирских вагонов, имеющих массу тары 42…48 т, для которых передаточное число при переходе с чугунных колодок на композиционные изменяется в 2,32 раза, а наилучшей - для вагонов рефрижераторного подвижного состава, у которых аналогичное изменение составляет 1,53 раза.

2.2. По условию жёсткости ТРП пассажирские вагоны можно расположить в следующем порядке увеличения технических затруднений с обеспечением нормативных выходов штоков ТЦ при композиционных колодках: вагоны мод. 61_779; вагоны прежних лет постройки ГДР; вагоны прежних лет постройки КВЗ, и современные ТВЗ, а также КрВСЗ. Данный ряд предпочтений получен в первом приближении на основе анализа диаметров и длин стержневых частей продольных тяг вагонов, как элементов ТРП в наибольшей степени подвергающихся упругим деформациям.

Поскольку для всех названных пассажирских вагонов материал из которого изготавливают тяги одинаков и распределение усилий в механизме ТРП также не отличается, то удлинение любой тяги при растяжении в процессе торможения будет прямопропорционально её длине L и обратнопропорционально площади её поперечного сечения A. Если исключить из рассмотрения типовый авторегулятор (одинаковый для всех пассажирских вагонов) то, например, у вагона мод. 61_779 со стороны штока ТЦ длина стержневой части тяги перед балансиром составляет 1,4 м при диаметре 23 мм, а после балансира установлены параллельно две тяги длиной 3,3 м и диаметром 22 мм каждая. Это даёт отношение L/A=7685 м-1. Со стороны тыловой крышки ТЦ до балансира установлена тяга длиной 6,1 м и диаметром 25 мм, а после - две тяги длиной 0,2 м и диаметром 20 мм, что даёт L/A=12742 м-1. Тележечные тяги этого вагона имеют диаметр 22 мм и, приняв их среднюю длину стержневой части для каждой, равную 1,45 м, получим для четырёх тяг L/A=954 м-1. Суммарно для вагона мод. 61_779 _ L/A=21381 м-1. У ТРП вагона постройки ГДР (Амендорф) продольные тяги после балансира отсутствуют, а диаметры всех тяг 26 мм. Длины тяг (и соответствующее им L/A): короткой _ 3,6 м (6781 м-1), длинной _ 6 м (11301 м-1), тележечных - 1,45 м (683 м-1). Суммарно для вагона, постройки ГДР L/A=18765 м-1. Аналогично для вагонов по типу КВЗ получим. Длины всех четырёх тяг после балансиров 1,5 м при диаметре 22 мм дадут L/A=986 м-1, короткая тяга длиной 2,2 м и диаметром 25 мм _ L/A=4482 м-1, длинная тяга длиной 4 м и диаметром 23 мм _ L/A=9628 м-1. Тогда, для вагонов ТВЗ, КВЗ и КрВСЗ с учётом тележечных тяг, аналогичных вагону мод. 61_779, суммарно _ L/A=16050 м-1.

3. Вопрос влияния зазоров в шарнирах на регулировку выхода штока ТРП в выполненных испытаниях не исследован экспериментально. Однако, с большой долей вероятности можно утверждать, что уменьшение названных зазоров ухудшит возможность регулировки, а при низкой точности сборки ТРП приведёт к неработоспособности механизма из-за избыточных связей. Увеличение названных зазоров также нежелательно по причине возможного снижения тормозной эффективности.

4. Для приведения нормативных требований в соответствие с практикой эксплуатации в части рассматриваемой проблемы можно предложить два крайних пути, а также множество компромиссных вариантов между ними.

Первый путь - откорректировать табл. 1 Инструкции № ЦВ_ЦЛ_0013, указав для пассажирских вагонов требование регулировать выход штока по нижней границе значений при ПСТ в соответствии с Инструкцией № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015, т. е. 130…135 мм. Такое изменение приведёт к увеличению тормозной эффективности, однако - и к учащению случаев повреждения поверхностей катания колёсных пар (ползуны, навары, термические трещины). Для вагонов скоростных поездов с фирменным названием «Столичный экспресс» этот путь нерационален из-за частой повреждаемости колёсных пар даже при действующем ныне нормативе регулировки выхода штока по верхней границе Инструкции № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015.

Второй путь - откорректировать табл. 6.1 Инструкции № ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015, введя для пассажирских вагонов разные нормативы выходов штока при чугунных и при композиционных колодках, подобно тому, как это имеет место для грузовых вагонов. При этом существующие нормативы достаточно изменить лишь в части верхней границы выхода штока при первой ступени торможения. Если ориентироваться на вагоны с наихудшими возможностями регулировки ТРП, то следует вводить названный норматив на уровне: при чугунных колодках - 140 мм, при композиционных - 155 мм. Для вагонов поездов «Столичный экспресс» достаточной является верхняя граница названного норматива на уровне 150 мм.

По имеющимся данным, предложенные выше в качестве второго пути величины выходов штока ТЦ пассажирских вагонов характерны для ж. д. СНГ в течение нескольких последних лет.

5. Выполненные натурные испытания показали высокие эксплуатационные качества разработанных электрических манометров типа ДМ6 [5]. Планируется применить эти датчики для расширения функциональных возможностей Автоматизированной системы технического контроля (АСТК) механической части пассажирских вагонов в ходе обычной эксплуатации последних при переходе от первой очереди внедрения системы ко второй.

Список литературы

1. Інструкція з ремонту гальмівного обладнання вагонів (№ ЦВ_ЦЛ_0013). - К., 2005. - 160 с.

2. Інструкція з експлуатації гальм рухомого складу на залізницях України (№ ЦТ_ЦВ_ЦЛ_0015). - К.: Транспорт України, 2002. - 145 с.

3. Казаринов В.М., Иноземцев В.Г., Ясенцев В.Ф. Теоретические основы проектирования и эксплуатации автотормозов. - М.: Транспорт, 1968. - 400 с.

4. Дмитриев Д.В. Автоматизированная диагностика механической части пассажирских вагонов в ходе их обычной эксплуатации// Вісник ДНУЗТ імені академіка В. Лазаряна. - Вип. 8. - Дніпропетровськ: Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. ім. акад. В.Лазаряна. - 2005. - С.138-141.

5. Дмитриев Д.В. Портативный измерительно-вычислительный комплекс для испытаний механической части ж.-д. подвижного состава// Підйомно-транспортна техніка. - 2004. - №4. - C.94-105.

Размещено на Allbest.ru