Обоснование и выбор режимов проверки эффективности тормозов в пути следования поезда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Надежная работа автоматических тормозов является важнейшим условием обеспечения безопасности движения поездов. Поэтому Правилами технической эксплуатации Белорусской ж. д., Инструкциями по безопасности движения и другими нормативными документами предусмотрена, проверенная на практике, система контроля за техническим состоянием тормозов и оценки эффективности их действия, как при подготовке поездов в рейс, так и в процессе движения.

Указанная система включает в себя различные виды технического обслуживания, полное и сокращенное опробования, а также проверку действия тормозов в пути следования.

При разработке порядка проверки и допустимых норм эффективности тормозов необходимо учитывать не только требования безопасности движения, но и требования минимизации затрат на процесс проверки. В значительной мере это касается технологии и нормативов проверки действия тормозов грузовых и пассажирских поездов в пути следования, поскольку связано с уменьшением участковой скорости и дополнительными затратами топлива и электрической энергии на разгон поездов после снижения скорости. Всякое излишнее снижение скорости поезда с применением тормозов, использование силы тяги для последующего ее повышения приводят к существенному расходу энергии и топлива и увеличивают износ тормозных колодок.

Целью настоящего проекта является обоснование и выбор режимов проверки эффективности тормозов в пути следования поезда, которые позволили бы улучшить экономические показатели процесса ведения поезда.

1. МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ТОРМОЗОВ В ПУТИ СЛЕДОВАНИЯ

1.1 Случаи проверки

Действующей Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог регламентированы случаи и порядок проверки эффективности тормозов в пути следования.

Проверка производится в следующих случаях: после полного или сокращенного опробования тормозов; включения или выключения автотормозов у отдельных вагонов или группы вагонов; при переходе с электропневматических тормозов (ЭПТ) на пневматические, если время следования на ЭПТ составило

20 минут и более; в грузовых поездах после передачи управления машинисту второго локомотива или при смене кабины на перегоне после остановки поезда в связи с невозможностью дальнейшего управления из головной кабины; при падении давления в главных резервуарах локомотива грузового поезда ниже

5,5 кгс/см² (0,55 МПа); при прицепке дополнительного локомотива в голову грузового поезда и после отцепки его; после следования поезда по одному или несколькими перегонам; после стоянки поезда более 30 минут.

Кроме перечисленных случаев предусматривается также проверка действия тормоза перед въездом на тупиковые станции, перед станцией; где предусмотрена графиковая (по расписанию) остановка поезда, а на участке перед станцией имеется спуск крутизной 0,008 и более и протяженностью не менее 3 км; на одиночно следующем локомотиве после проверки тормозов на станции отправления.

1.2 Порядок и нормативы процесса проверки действия тормозов в пути следования

Проверка действия автоматических тормозов в поезде и на одиночно следующем локомотиве выполняется снижением давления в уравнительном резервуаре на величину 0,7-0,8 кгс/см² (0,07-0,08 МПа), что по классификации, приведенной в Справочнике «Тяговые расчеты» соответствует второй ступени торможения.

В грузовых порожних, грузопассажирских и пассажирских поездах давление в уравнительном резервуаре снижают на величину, установленную для опробования тормозов, то есть на 0,6-0,7 кгс/см² (0,06-0,07 МПа) в грузовых и на 0,5-0,6 кгс/см² (0,05-0,06 МПа) - в пассажирских.

Скорость поезда в начале проверки тормозов действующей «Инструкцией по эксплуатации тормозов» не регламентируется.

В Инструкции ЦВ-ЦТ-ЦНИИ/2899, утвержденной в 1971 г., устанавливается скорость начала проверки 40-60 км/ч и оговорено, что в отдельных случаях по местным условиям может устанавливаться и меньшая скорость (§ 74, д). В Инструкции ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277, утвержденной в 1994 г. указано, что места и скорости движения при проверке действия тормозов в пути следования устанавливаются приказом начальника дороги. Аналогично и в Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава на Белорусской ж. д. (Т-В-Л/18 от 16.06.1995).

Эффективность действия тормозов оценивается по величине пути, проходимого поездом при снижении скорости. В грузовом груженом, грузопассажирском и пассажирском поездах необходимый тормозной эффект должен появиться при снижении скорости на 10 км/ч, а в грузовом порожнем на 4-6 км/ч. Заданные снижения скорости должны происходить на расстоянии, не превышающем установленного местными инструкциями по результатам тормозных расчетов и опытных поездок с поездами различного веса и рода. Эти расстояния обозначаются на перегонах сигнальными знаками «Начало торможения» и «Конец торможения». Опытный поезд должен быть обеспечен наименьшим тормозным нажатием на 100 тонн массы поезда согласно Нормативам.

В случае, если возникла необходимость проверки действия тормозов в неустановленных местах, то разрешается выполнять ее на станционных путях или при выезде со станции на первом перегоне. При проверке тормозов в неустановленных местах допускается оценивать их эффективность по времени снижения скорости на указанную величину. Это время на площадке и спуске до 0,002 должно быть не более 22 секунд в поездах длиной до 200 осей, 32 секунды - длиной 201-400 осей, а на спусках круче 0,002 до 0,004 - 25 секунд в поездах длиной до 200 осей, 40 секунд - длиной 201-400 осей. Отпуск тормозов производится после того, как достигнут требуемый эффект и машинист убедился в их нормальном действии.

2. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОЙ ТОРМОЗНОЙ СИЛЫ

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

(1)

где - кинетическая энергия, Дж;

- масса поезда, кг;

- скорость поезда к началу торможения, м/с;

- скорость поезда после торможения, м/с;

- коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс в поезде, для приближенных расчетов принимают: = 0,06-для грузовых и пассажирских вагонов.

Погашенная при торможении энергия вращающихся масс рассчитывается по формуле

(2)

где - полярный момент инерции i-й вращающейся детали, кгм²;

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

Для процесса остановочного торможения поезда можно записать в виде

(3)

где - основное сопротивление движению поезда, складывается из сопротивления движению вагонов и сопротивления движению электровоза Н;

- потребная тормозная сила, Н;

- замедляющее или ускоряющее усилие от действия силы тяжестипри движении по уклону, Н;

(4)

- действительный тормозной путь, м;

- уклон пути («+» на подъеме, «-» на спуске), ‰

Тормозные расчеты ведут с использованием удельных тормозных сил и сил сопротивления движению, поэтому, разделив обе части уравнения на массу поезда в тоннах, получим

(5)

где - удельное сопротивление движению поезда, Н/т;

- потребная удельная тормозная сила, Н/т;

- удельное сопротивление от уклона пути, Н/т, .

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

(6)

где S_П - путь, проходимый поездом за время подготовки тормозов к

действию, м;

S_Д - действительный тормозной путь, м.

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

, (7)

Время подготовки тормозов к действию

, (8)

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

При следовании поезда на электропневматических тормозах

, (9)

При следовании поезда на пневматических тормозах

, (10)

Среднее значение основного удельного сопротивления движению для пассажирского вагона

(11)

, (12)

Удельное сопротивление от уклона пути

b_i = 10i; (13)

Тогда

b_i = - 100 Н/т.

Решение уравнения для определения среднего значения удельной тормозной силы

, (14)

, (15)

Для пассажирских вагонов магистрального, пригородного и городского транспорта расчетное (среднее) замедление при торможении принимают в пределах 1,2-1,3 м/c² c учетом требований эргономики, комфорта и безопасности пассажиров и обслуживающего персонала.

Перед остановкой поезда при малых скоростях движения может резко возрасти тормозная сила фрикционных тормозов, что вызвано нелинейной зависимостью коэффициента трения от скорости, однако при любых условиях величина замедления не должна превышать 2 м/c².

Удельная тормозная сила по расчетному замедлению

, (16)

Максимальное значение удельной тормозной силы по наибольшему допускаемому замедлению

3. ВЫБОР ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Расчет допускаемой удельной тормозной силы по условию безъюзового торможения

тормоз поезд пневматический

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

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

- тормозная система должна обеспечивать получение потребной тормозной силы при экстренном, регулировочном и остановочном торможениях;

- проектируемая тормозная система для подвижного состава должна допускать совместное действие с существующими тормозами.

Для тормозов, основанных на использовании сцепления колес с рельсами, реализуемая тормозная сила не должна превышать силу сцепления, т. к. иначе возможно заклинивание и повреждение колесных пар. Кроме того, при юзе возрастает тормозной путь.

Условие безъюзового торможения колесной пары

(17)

где - реализуемая тормозная сила колесной пары, Н;

- допускаемая тормозная сила по сцеплению, Н;

- статическая осевая нагрузка единицы подвижного состава, Н;

- коэффициент сцепления колеса и рельса;

- расчетный коэффициент запаса по сцеплению.

Вертикальная нагрузка от оси на рельс при движении является переменной величиной, мгновенное значение которой записывается в виде

(18)

где - максимальная разгрузка колесной пары, вызванная вертикальными динамическими колебаниями при торможении.

Точное определение величины определяется сложно, поэтому расчет допускаемой тормозной силы ведут по статической осевой нагрузке, учитывая динамическую разгрузку в величине расчетного коэффициента трения .

Значение действительного коэффициента сцепления колес с рельсами изменяются в значительных пределах (). При минимальном значении коэффициента сцепления в расчетах эффективность тормозной системы уменьшается, а при завышенных значениях может произойти заклинивание колесной пары.

3.2 Определение коэффициентов сцепления и обоснование выбора тормозной системы

Расчетный коэффициент сцепления

, (19)

где - статическая осевая нагрузка, кН;

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



Допускаемая удельная тормозная сила

, (20)

где - удельная тормозная сила, допускаемая по условиям сцепления,Н/T;

g - ускорение свободного падения, g=9.81.

Определив для диапазона скоростей вагона результаты расчетов, сведены в таблицу 1

Таблица 1 - Удельная тормозная сила , допускаемая по условию сцепления

V,км/ч	V,м/с	ш(v)	ШК	[bT],Н/т
140	38,89	0,6	0,094	786,8
120	33,3	0,62	0,098	813,0
100	27,8	0,63	0,099	826,1
80	22,2	0,66	0,104	865,5
60	16,7	0,69	0,109	904,8
40	11,1	0,74	0,116	970,41
20	5,55	0,82	0,129	1075,3
0	0	1	0,157	1311,3

По полученным данным строим график зависимости допускаемой тормозной силы от скорости (рисунок 1).



Рисунок 1 - График зависимости допускаемой тормозной силы от скорости

Для правильной оценки применения тормозной системы целесообразно определить среднее значение удельной допускаемой тормозной силы.

Среднее значение удельной допускаемой тормозной силы можно определить при помощи формул приближенного интегрирования.

.

Среднее значение допускаемой удельной тормозной силы

, (21)

где - величина интервалов скорости, через которые определены

значения коэффициента сцепления и значения удельной силы , ;

- начальная скорость торможения, ;

- 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.

Потребная тормозная сила, равная 786,3 Н/т, меньше допускаемой по сцеплению, равной 929,2Н/т. В этом случае параметры тормозной системы следует выбирать исходя из допускаемой тормозной силы.

4. ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ТОРМОЗА

4.1 Устройство пневматической части тормоза и ее действие

Пневматическое тормозное оборудование по своему назначению делится на следующие группы:

- приборы питания тормоза сжатым воздухом;

- приборы управления, блокировки и контроля тормозами;

- приборы торможения и отпуска;

- воздухопровод и арматура тормоза.

Принципиальная схема автотормозного оборудования вагона приведена на рисунке 2

Рисунок 2 - Пневматическая схема оборудования пассажирского вагона

где 1 - концевой кран с рукавом; 2 - кран экстренного торможения (стоп-кран); 3 - коробка зажимов № 316-8; 4 - тройник (пылеловка); 5 - коробка зажимов; 6 - разобщительный кран; 7 - воздухораспределитель; 8 - электровоздухораспределитель; 9 - выпускной клапан; 10 - тормозной цилиндр; 11 - запасный резервуар (78 л)

4.2 Описание устройства и действия пневматической части тормозной системы

Воздухораспределитель № 292 состоит из магистральной части, крышки и ускорителя экстренного торможения. В корпус запрессованы три бронзовые втулки: золотниковая, поршневая и втулка переключательной пробки. Магистральный поршень, отштампованный из латуни, уплотнен кольцом из специальной бронзы.

Магистральный поршень образует две камеры: магистральную М и золотниковую ЗК. В хвостовике поршня имеются две выемки, в которых расположен отсекательный золотник с осевым зазором около 0,3 мм и главный золотник с зазором около 7,5 мм (холостой ход). Главный золотник прижат к зеркалу втулки пружиной, смещенной относительно продольной оси золотника на 4,5 мм и расположенной над магистральным каналом. К зеркалу главного золотника пружиной прижат отсекательный золотник. С левой стороны поршня в корпус ввернута заглушка, являющаяся упором для буферной пружины, которая вторым концом опирается на буферный стакан.

Внутренняя полость крышки объемом около 1 л является камерой дополнительной разрядки КДР. В крышке, уплотненной прокладкой, расположены буферный стержень с пружиной, направляющая заглушка и фильтр. Последний состоит из наружной и внутренней обойм, между которыми намотана лента из латунной сетки и один слой тонкого фетра, с торцов обойма закрыта войлочными прокладками. В корпус ускорителя экстренного торможения вставлена чугунная или пластмассовая втулка. Поршень, уплотненный резиновой манжетой, прижат пружиной к резиновому кольцу.

Клапан буртом верхней части входит в полукольцевой паз поршня и имеет в осевом направлении зазор около 3,5 мм. К седлу, которое является и направляющей для хвостовика, клапан прижат пружиной, помещенной между поршнем и верхней частью клапана. Для очистки воздуха в соответствующие каналы вставлены колпачки, изготовленные из мелкой сетки. Ниппель с осевым и боковыми каналами предназначен для защиты от засорения атмосферного канала в корпусе.

Ручка, закрепленная на хвостовике пробки винтом, имеет три положения: Д - наклонное под углом 50° в сторону магистрального отвода, устанавливается при следовании в длинносоставных пассажирских (свыше 20 вагонов) и грузовых поездах; К - вертикальное для пассажирских поездов нормальной длины (не более 20 вагонов); УВ - наклонное под углом 45° в сторону привалочного фланца тормозного цилиндра - соответствует длинносоставному режиму, но ускоритель экстренного торможении выключен. Режимы К , Д и УВ предназначены для получения разного времени наполнения и опоражнивания тормозных цилиндров при экстренном торможении за счет разного сечения каналов в переключательной пробке.

Воздухораспределитель № 292-001 обеспечивает скорость распространения тормозной волны при экстренном торможении 190 м/с и при служебном 160 м/с; плавность торможения в поездах различной длины; выравнивание зарядки запасных резервуаров по длине поезда до 20 вагонов; возможность более длительной выдержки ручки крана машиниста в I положении без перегрузки запасных резервуаров головных вагонов; быстрое и надежное срабатывание тормозов в поезде независимо от его длины; плавное торможение в длинносоставных поездах; возможность включения пассажирских вагонов в грузовые поезда.

Вместе с тем воздухораспределитель имеет недостатки, присущие схеме тормоза непрямодействующего типа: отсутствие подзарядки запасных резервуаров в процессе торможения и пополнения утечек в тормозных цилиндрах, зависимость давления в цилиндрах от выхода штоков. Кроме того, в воздухораспределителе используется большое количество цветного металла и притираемых деталей, требующих трудоемких работ при изготовлении и ремонте.

4.3 Тормозные процессы

4.3.1 Зарядка и медленная разрядка

Воздух из магистрали по каналам и далее через фильтр поступает в камеру М, откуда через три отверстия во втулке магистрального поршня и одно отверстие в торце этого поршня попадает в ЗК, сообщенную отверстием диаметром 9 мм с запасным резервуаром.

Зарядка запасных резервуаров головной части поезда происходит через отверстие диаметром 2 мм. В хвостовой части поезда, где давление в магистрали повышается медленно, магистральный поршень перемещается только до упора хвостовиком в буферный стакан, вследствие этого притирочным пояском Г не доходит до торца золотниковой втулки на 0,5-2 мм. Поэтому зарядка запасных резервуаров определяется сечением трех отверстий диаметром по 1,25 мм. Такой способ зарядки запасных резервуаров в головной и хвостовой частях поезда позволяет более длительное время держать ручку крана машиниста в I положении без перегрузки запасных резервуаров в головной части, и тем самым обеспечивается выравнивание отпуска тормозов в поезде и подзарядка запасных резервуаров. Из камеры М по каналу, через отверстие в золотниковой втулке и отверстие в главном золотнике воздух поступает под отсекательный золотник. Одновременно воздух из магистрали по каналу попадает под поршень срывного клапана, отжимает его от седла на величину холостого хода (около 3,5 мм) и через дроссельное отверстие диаметром 0,8 мм проходит в камеру, откуда через отверстия и выемку в переключательной пробке под главный золотник.

В процессе зарядки тормозной цилиндр сообщен с атмосферой. Зарядка запасного резервуара не зависит от положения переключательной пробки и происходит за 130 - 180 с , до давления 0,48 МПа при давлении в магистрали 0,5--0,52 МПа.

При понижении давления в магистрали с 0,5 до 0,45 МПа за 75 с и более воздух успевает уходить из ЗК и запасного резервуара в магистраль теми же каналами, что и при зарядке, но в обратном направлении, не перемещая магистрального поршня.

4.3.2 Служебное и экстренное торможения

При снижении давления в тормозной магистрали краном машиниста на 0,03 МПа и более темпом служебного торможения магистральный поршень под действием избыточного давления со стороны ЗК переместится вправо вместе с отсекательным золотником на величину холостого хода 7,5 мм, не передвигая главный золотник. При этом произойдет разобщение магистрали с ЗК так как отверстие будет перекрыто кольцом магистрального поршня. Одновременно магистраль сообщится с КДР. Произойдет дополнительная разрядка магистрали в эту камеру на величину 0,02-0,025 МПа, что обеспечивает надежное срабатывание тормозов в поезде и высокую скорость распространения тормозной волны. Магистральный поршень вместе с главным золотником переместится еще дальше вправо на 5,5-8,5мм до сообщения каналов в золотнике с каналом во втулке. Давление воздуха со стороны ЗК на магистральный поршень уменьшается, и последний останавливается, не дойдя до упора в стержень буфера или только соприкоснувшись с ним, не сжав буферной пружины, предварительно сжатой до усилия 100 Н.

При понижении давления в магистрали темпом 0,08 МПа и более за 1 с магистральный поршень под действием избыточного давления со стороны ЗК быстро перемещается на 24 мм вместе с золотниками в крайнее правое положение, сжимая пружину буферного стержня, и прижимается к прокладке. При этом выемка золотника сообщает отверстия в золотниковой втулке, и воздух из золотниковой камеры поступает в тормозной цилиндр. Вследствие резкого понижения давления в камере поршень ускорителя под действием сжатого воздуха со стороны магистрали, где в этот момент давление еще не успевает упасть ниже 0,45 МПа, перемещается в крайнее верхнее положение, отжимает срывной клапан от седла и сообщает магистраль широким каналом с атмосферой через отверстия А в седле до давления в магистрали примерно 0,35 МПа, после чего усилием давления воздуха в тормозном цилиндре и пружины срывной поршень перемещается вниз и разрядка магистрали прекращается.

Экстренная дополнительная разрядка одного прибора вызывает срабатывание и дополнительную разрядку следующего воздухораспределителя, и так до хвоста поезда, способствуя более быстрому распространению торможения по поезду со скоростью 190 м/с.

Одновременно с экстренной разрядкой магистрали запасный резервуар сообщается с тормозным цилиндром отверстиями и каналом, а КДР - с атмосферой. Наполнение тормозного цилиндра при экстренном торможении до давления 0,35 МПа на режиме К для поездов нормальной длины происходит за 5-7 с.

На режиме Д длинносоставного поезда наполнение тормозного цилиндра происходит 8-9 с, а с выключенным ускорителем на режиме УВ -за 12-16 с.

Величина максимального давления в тормозном цилиндре после экстренного торможения ,так же как и после полного служебного, достигается при выравнивании давлений в цилиндре и запасном резервуаре.

4.3.3 Отпуск

При повышении давления в магистрали до величины на 0,01--0,02 МПа большей, чем давление в 3К и запасном резервуаре, магистральный поршень с золотниками перемещается влево. Воздух из тормозного цилиндра поступает в атмосферу. КДР сообщается с атмосферой.

Подзарядка запасного резервуара сжатым воздухом происходит из магистрали по каналу через отверстия. Время выпуска воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу в положении режима поезда нормальной длины через выемку сечением 18 мм составляет 9--12 с; в положении режима длинносоставного поезда через отверстие (при выключенном ускорителе через отверстие ) - 19-24 с.

4.4 Расчет давления в тормозных цилиндрах при ступенях торможения и ПСТ

4.4.1 Расчет давлений в тормозных цилиндрах при действии №292 воздухораспределителя

Давление в тормозном цилиндре

, (22)

где - давление в тормозном цилиндре при i-той ступени торможения; - объем рабочего пространства тормозного цилиндра, ;

- объем запасного резервуара, .

- давление в тормозном цилиндре при i-й ступени торможения

;

;

.

,

Тогда

, ( абс.)

, ( абс.).

Давление в тормозном цилиндре при полном служебном и экстренном торможении:

, (23)

где - зарядное давление в тормозной системе пассажирского поезда, .

,

,

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

, (24)

.

4.4.2 Расчет давлений в тормозных цилиндрах при действии № 305 электровоздухораспределителя

Определим время возбуждения катушки тормозного вентиля, необходимое для получения в рабочей камере критического давления .

, (25)

;

;

;

.

, (26)

Разбиваем на 2 ступени ;

Рассчитаем давление в тормозных цилиндрах для двух ступеней

, (27)

Если , величину можно определить

, (28)

где - объем рабочей камеры, ;

^- площадь сечения калиброванного отверстия в седле тормозного клапана,;

- коэффициент расхода воздуха через калиброванное отверстие. Для величины повышения давления в рабочей камере до 0,5 Мпа может быть принят равным 0,5-0,6;

- абсолютная температура воздуха, К;

- зарядное давление в запасном резервуаре, МПа (ата);

- давление в рабочей камере соответственно в начале и конце истечения, .

Введем обозначение

;

найдем из выражения

.

Оптимальное время возбуждения катушки тормозного вентиля для получения полного служебного торможения

, (29)

, (30)

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

4.5 Тормозное оборудование электровоза ЧС-4

Электровозы оборудованы двумя компрессорами К-2 с подачей по 2,63 м³/мин с промежуточными холодильниками, всасывающими фильтрами, влагосборниками с краном для выпуска конденсата и предохранительными клапанами, отрегулированными на давление 0,3 МПа. На трубопроводе от компрессора до первого главного резервуара установлены предохранительные клапаны, отрегулированные на давление 1,0 МПа, и обратные клапаны.

На случай замерзания холодильников предусмотрен резервный трубопровод с краном. Электровозы имеют четыре главных резервуара общим объемом 1000 л (на части электровозов 960--980 л), соединенных последовательно с разобщительным краном на общей трубе от обоих компрессоров.

На главных резервуарах установлены влагосборники с выпускными кранами или клапанами. На трубопроводе за главными резервуарами смонтированы предохранительный клапан, отрегулированный на давление 0,9 МПа, разобщительный кран и регулятор давления TSP-2B для включения компрессора при давлении 0,75 МПа и выключении при давлении 0,9 МПа.

В кабине машиниста находятся кран машиниста с уравнительным резервуаром, разобщительный кран , комбинированный кран, кран вспомогательного тормоза локомотива, электропневматический клапан автостопа, скоростемер, клапан экстренного торможения, выпускные клапаны и манометры. На питательной ПМ и тормозной ТМ магистралях имеются сборники влаги, концевые краны и соединительные рукава.

Электровозы оборудованы электропневматическими тормозами с электровоздухораспределителем № 305-000 и воздухораспределителем № 292-001, запасным резервуаром объемом 57 л, тормозными цилиндрами диаметром 10" на электровозах ЧС4.

Устройство для скоростного регулирования силы нажатия тормозных колодок состоит из осевого регулятора (датчика), смонтированного на буксе оси четвертой колесной пары, двухступенчатого реле давления DAKO-LR, режимного клапана DAKO-D, реле давления , питательных резервуаров объемом по 120--150 л, дополнительных резервуаров общим объемом примерно 18 л и вспомогательных резервуаров объемом 0,5 и 2,5 л. Осевой датчик подключен к запасному резервуару и к крану вспомогательного тормоза локомотива. На действующем электровозе краны находятся в открытом положении, кран закрыт, при следовании электровоза в нерабочем состоянии -зарядка резервуаров происходит через обратные клапаны.

Автоматический выключатель TSP-2B разрывает цепь управления при понижении давления в магистрали до 0,35 МПа и включает при давлении 0,45 МПа.

Из питательной магистрали воздух поступает к крану машиниста, через фильтр и разобщительный кран, через разобщительный кран - к скоростемеру, через отверстие диаметром 3 мм - в питательные резервуары, к реле давления. Через кран машиниста воздух поступает в тормозную магистраль, в которой при поездном положении крана поддерживается давление 0,5-0,52 МПа.

При снижении давления в тормозной магистрали срабатывает воздухораспределитель, а при электрическом управлении - электровоздухораспределитель. Воздух из запасного резервуара через воздухораспределитель наполняет резервуары и через режимный клапан воздействует на реле давления. При этом воздух из резервуара через реле давления и переключательный клапан поступает в тормозные цилиндры второй тележки и одновременно в реле давления , которое сообщает резервуар через переключательный клапан с тормозными цилиндрами первой тележки.

Клапан, служащий для ограничения максимального давления в резервуарах. отрегулирован на 0,38 МПа закреплением рукоятки в определенном положении.

При скорости движения свыше 80 км/ч и экстренном торможении поезда краном машиниста и краном вспомогательного тормоза локомотива одновременно реле давления подают в тормозные цилиндры сжатый воздух давлением 0,65 МПа. При снижении скорости до 60 км/ч осевой регулятор сообщает резервуар объемом 0,5 л с атмосферой, а реле давления понижает давление в тормозных цилиндрах до 0,38 МПа. При закрытом кране давление в тормозных цилиндрах устанавливается 0,38 МПа.

На пульте управления имеется рукоятка аварийного торможения, связанная тягой с клапаном экстренного торможения (стоп-краном), при открытии которого одновременно происходит отключение главного выключателя, вентилей токоприемников, включение вентилей песочниц, тифона и свистка.

5. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ТОРМОЗА

5.1 Выбор схемы тормозного нажатия

тормоз поезд устройство пневматический

На подвижном составе применяют одностороннее и двустороннее нажатие колодок на колесо.

Одностороннее нажатие для общесетевых условий эксплуатации грузовых вагонов считается экономически белее выгодным, так как позволяет упростить конструкцию рычажной передачи и рамы тележки и уменьшить вес и габариты. Однако требуется более частая смена колодок в эксплуатации (особенно на крутых затяжных спусках). Для предохранения колесных пар тележки от раздвигания при одностороннем торможении нажатие на колодку не должно превышать 60% от веса брутто вагона, приходящегося на колесо.

На пассажирских вагонах, локомотивах и мотор-вагонном 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.

Считают, что тепловая напряженность фрикционной пары тормозная колодка-колесо при двустороннем торможении выше, чем при одностороннем.

5.2 Определение допускаемой величины тормозных нажатий

5.2.1 Определение потребной величины тормозного нажатия

Результаты расчетов потребной тормозной силы и допускаемой позволяют определить силы нажатия тормозных колодок.

Суммарное нажатие колодок для колодочного тормоза, приходящееся на ось колесной пары определяется

, (31)

где - нажатие колодки на колесо, кН;

- число колодок, действующих на ось;

- допускаемая удельная тормозная сила, Н/т;

- осевая нагрузка, т;

- действительный коэффициент трения материала колодок.

Действительный коэффициент трения материала колодок в общем виде определяется по формуле

, (32)

где , - функции, характеризующие зависимость коэффициента трения от силы нажатия и от скорости;

, , (33)

где - эмпирические коэффициенты, зависящие от материала колодок.

Тогда

Подставим выражение для в формулу (32) и получим

.

Преобразуем уравнение, обозначив

.

Тогда

, (34)

Выразив К из этого уравнения, получим квадратное уравнение типа

, (35)

Для фосфористых чугунных колодкок.

Коэффициент трения

Тогда величину допускаемого нажатия определяем из уравнения

где:; ; .

Тогда ; .

,

,

.

Расчет для различных скоростей движения сводим в таблицу 2

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 V.

5.2.2 Допускаемые силы нажатия по удельному давлению

Сила нажатия тормозных колодок на колесо ограничивается по условиям тепловой нагруженности фрикционного узла колесо-колодка, так как износ трущихся материалов определяется, главным образом, работой трения. Поэтому в предварительных расчетах величину силы нажатия следует уточнить и в необходимых случаях откорректировать по допускаемым удельным давлениям на колодку

, (36)

где - допускаемое удельное давление, МПа;

- геометрическая площадь трения колодок, м².

Максимально допустимое давление на композиционную колодку - 1,3 МПа.

Геометрическая площадь трения композиционных колодок - 0,0305 м².

.

Во всем интервале скоростей сила нажатия К меньше допускаемой по удельному давлению. Для дальнейших расчетов принимаем силу нажатия К при скорости 20 км/ч, К=18.7.

5.3 Определение параметров силовой части

5.3.1 Усилие по штоку тормозного цилиндра

Выбор диаметра тормозного цилиндра определяется передаточным отношением рычажной передачи, величиной давления сжатого воздуха в цилиндре и тормозным нажатием. Для рычажной передачи с большим передаточным числом имеется возможность использования облегченных тормозных цилиндров малого диаметра или с пониженным рабочим давлением. Однако в таком случае значительно возрастает выход штока тормозного цилиндра и создаются затруднения с регулировкой передачи в эксплуатации по мере износа колодок. Поэтому передаточное отношение, количество и диаметр тормозных цилиндров для пассажирских вагонов рекомендуется выбирать минимальными. Выбрав число и диаметр тормозных цилиндров в тормозной системе, определяют усилие по штоку в соответствии с расчетным давлением сжатого воздуха в тормозном цилиндре.

5.3.2Определение параметров механической части тормоза

Принимаем одноцилиндровую тормозную систему Расчетное абсолютное давление в тормозном цилиндре .

Наибольший ход поршня тормозного цилиндра, допускаемый в эксплуатации,

Усилие возрастающей пружины тормозного цилиндра

Усилие по штоку тормозного цилиндра

, (37)

где P_ш - усилие по штоку тормозного цилиндра, Н;

p_ц -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,

Q_тц , Q_ар - приведённое к штоку усилие возвращающих пружин и пружины авторегулятора, определяется по формуле Н.

Н, (38)

где F_ар - усилие пружины, действующей на корпус авторегулятора; для полуавтоматического авторегулятора усл. № 574Б - 1800 Н;

к- коэффициент приведения.

Н

5.3.2 Передаточное число рычажной передачи

Тормозная рычажная передача предназначена для распределения усилия по штоку тормозного цилиндра между тормозными колодками. Передаточное число тормозной рычажной передачи

Действительное нажатие колодки на колесо и усилие по штоку тормозного цилиндра связаны соотношением

,

поэтому передаточное отношение рычажной передачи силовая характеристика ТРП определяется по формуле

, (39)

где m- число колодок, действующих от одного тормозного цилиндра;

- механический КПД рычажной передачи,

Расчетная скорость, при которой производится проверка на отсутствие юза во время торможения, для чугунных фосфористых колодок , поэтому принимаем величину нажатия колодок, тогда

;

,

где - число пар колодок, действующих от одного тормозного цилиндра;

- произведение длин ведущих плеч рычагов;

- произведение длин ведомых плеч рычагов;

- угол действия силы нажатия тормозной колодки на колесо, для вагонов до 10⁰.

,

,

,

тогда ,

мм;

Тогда

.

6. ТОРМОЗНЫЕ РАСЧЕТЫ

6.1 Расчет длины тормозного пути

6.1.1 Расчет коэффициентов трения

Тормозная сила, создаваемая колодочным тормозом, зависит от силы нажатия колодки на колесо и коэффициента трения между колодкой и колесом:

(40)

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

, (41)

Расчетный коэффициент трения для фосфористых чугунных колодок

, (42)

При скорости

6.2.2 Расчет удельной тормозной силы

Зависимость между расчетной и действительной силами нажатия колодки на колесо для чугунных колодок выражается формулой:

, (43)

Тогда

.

Удельная тормозная сила зависит от величины тормозного нажатия и наличия тормозных колодок и определяется по формуле

, (44)

где - расчетный коэффициент трения колодок данного типа;

- суммарное расчетное нажатие всех колодок данного типа в поезде, кН; - масса поезда, т,

Тогда

6.2.3 Расчет удельного сопротивления движению поезда

Для определения основного удельного сопротивления движению вагонов применяют формулу

, (45)

, (46)

где - средняя скорость движения поезда в выбранном интервале, м/с;

- фактическая осевая нагрузка вагонов, т/ось.

Для

6.2.4 Расчет длины тормозного пути, времени торможения и замедления при полном служебном торможении

Тормозной путь - это расстояние проходимое поездом с момента перевода ручки крана машиниста в тормозное положение до полной остановки.

Тормозной путь поезда подразделяется на путь, проходимый за время подготовки тормозов (), и действительный тормозной путь ():

Величина учитывает путь, проходимый поездом с момента приведения тормозов в действие до развития полной тормозной силы за время подготовки ,

, (47)

где - начальная скорость торможения, м/с;

- время подготовки тормозов к действию, с.

, (48)

где - замедление поезда, м/с², под действием замедляющей силы в 1 Н/т;

- основное удельное сопротивление движению электровоза, Н/т,

- основное удельное сопротивление движению поезда, Н/т,

- начальная и конечная скорости в принятом расчётном интервале, м/с;

- удельное сопротивление движению поезда от уклона пути, Н/т;

, (49)

где - действительный тормозной путь, м;

- путь, проходимый за время подготовки тормозов к действию, м.

Тогда время действия тормозов

, (50)

, (51)

Полученные данные заносим в таблицу 3.

7. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЗНЫХ СРЕДСТВ В ПУТИ СЛЕДОВАНИЯ

Расстояние, проходимое поездом в тормозном режиме, и время снижения скорости существенно зависят как от характеристик поезда по загрузке, длине, типу применяемых колодок, состояния и режимов включения тормозных приборов, так и от скорости движения, профиля пути, а также от пригодных условий, т. е. совокупности независимых друг от друга факторов.

Фактическое состояние внешне исправного тормозного оборудования может оказывать существенное влияние на выходные показатели эффективности тормозных средств поезда. Имеются достаточные основания полагать, что оценка проходимого поездом на ступени торможения расстояния за время снижения скорости на 10 км/ч недостаточно объективна. Не в полной мере учитывается переменный профиль в местах проверки автотормозов. В известной мере сказывается и отсутствие единых расчетных методов для оценки результатов проверки действия тормозов и установки расстояний в официальных документах.

Названные причины и необходимость объективной оценки эффективности тормозных средств вызывают попытки решения этой задачи.

Существующий метод оценки состояния тормозов в поезде заключается в проверке их действия на ступени торможения. Оценка проводится по расстоянию или времени, на протяжении которых скорость поезда снижается на 10 км/ч. Ступени торможения краном машиниста при этом составляют 0,05 - 0,06 МПа. В зимний период ступень торможения при проверке действия тормозов в поездах рекомендуется увеличивать до 0,08-0,09 МПа.

Исходя из местных условий, как правило, на основе результатов опытных поездок устанавливают граничные значения расстояния, проходимого поездом при проверке действия тормозов, соответствующие единому наименьшему расчетному (v_p = 0,33) и некоторому минимально допустимому (v_p = 0,28) тормозному коэффициенту. Опытные поездки по определению контрольных расстояний для оценки действия тормозов проводятся с поездами, тормозное оборудование которых по внешним признакам находится в исправном состоянии, а расчетное нажатие колодок поезда (или состава) определяется в соответствии с действующими инструкциями и Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР).

Следует отметить, что фактическое состояние внешне исправного тормозного оборудования может оказывать существенное влияние на выходные показатели эффективности тормозных средств поезда.

Подобная практика может давать удовлетворительные результаты при оценке эффективности тормозов пассажирских поездов или грузовых порожних, где соблюдается известная пропорциональность между эффективностью тормозных средств на любой ступени торможения и в режиме экстренного торможения. Применительно к груженым поездам такие методы в современных условиях неприемлемы.

Отмеченные факты в сочетании с отсутствием достаточно корректных методов тормозных расчетов при регулировочных торможениях могут ввести в заблуждение локомотивную бригаду относительно истинного значения нажатия колодок в поезде и, соответственно, допустимой скорости движения, даже при правильном включении всех тормозов в поезде.

Основным средством, позволяющим реально уменьшить величину снижения скорости на углубленной ступени и тем самым избежать увеличения времени хода поезда при проверке действия автотормозов и одновременно ввести объективную оценку их работы в пути следования, является инструментальный метод оценки их действия по фактическому замедлению. Этот параметр измеряется с помощью электронных скоростемеров КПД2 и КПДЗ.

Цифровая индикация замедления поезда позволяет инструментально проводить оценку действия тормоза поездов на ступени снижения давления в тормозной магистрали при проверке тормозов в пути следования. Основой методики является численное решение уравнения движения поезда, тормозящего на уклоне .

В качестве ориентиров для установки визуальных сигналов, в местах проверки тормозов в пути следования, рекомендованы номограммы-таблицы расстояний времени снижения скорости на 10 км/ч при различных скоростях движения, уклонах, длинах поездов, полученны в результате расчетов на ЭВМ и последующей корректировки, и уточнения по экспериментальным данным.

8. КОМПЛЕКС СРЕДСТВ СБОРА И РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ

Комплекс средств сбора и регистрации данных предназначен для сбора, измерения и регистрации параметров движения локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава.

КПД-3В обеспечивает прием тридцати двоичных сигналов в виде уровней напряжения от 0 до 2,4В (логический «0») и от 33,6 до 62,4В (логическая «1»); измерение частоты следования формируемых датчиками угла поворота Л178СК электрических импульсов по двум каналам и расчет по измеренным значениям частоты скорости и ускорения движения локомотива, с учетом указанного значения диаметра бандажа колесной пары локомотива, в диапазоне от 0 до 300 км/ч - по скорости движения и от минус 0,99 до 0,99 м/с² - по ускорению разгона и торможения; обеспечивает измерение и регистрацию величины давления в тормозной магистрали в диапазоне от 0 до 980 кПа; запоминание и вывод на индикацию по требованию значения пройденного пути в километрах в виде семиразрядного десятичного числа. КПД-3В также обеспечивает отсчет текущего времени от 0 до 23 ч 59 мин; регистрацию информации на ленту из бумаги о величине отрицательного ускорения движения в виде двух десятичных цифр с номинальной ценой наименьшего разряда 0,01 м/с² (положительное ускорение не регистрируется); обеспечивает включение внешних цепей сигнализации при превышении заданных значений скорости локомотива. При помощи КПД-3В происходит измерение времени спада давления в главном резервуаре на 49 кПа (0,5 кгс/см²) от 735 кПа (7,5кгс/см²) для тепловозов, диапазон измерения от 10 до 300 с. Предел допускаемой абсолютной погрешности регистрации ускорения без учета юза и буксования в диапазоне от минус 0,01 до минус 0,99 м/с² и скорости более 20 км/ч составляет ±0,02 м/с². Регистрируемое значение ускорения равно показываемому в момент нажатия клавиши «П» на блоке индикации, умноженному на 100. Время установления показания при изменении ускорения на ±0,5 м/с² не превышает 8 с.

Питание КПД-3В осуществляется от бортовой сети напряжением постоянного тока. Время готовности к работе не более 4 минут после подачи питающих напряжений, время непрерывной работы - не менее 24 часов.

В комплект комплекса средств сбора и регистрации данных (КПД-3В) входят блок управления (БУ-3В) и датчик угла поворота (Л178СК).

Блок управления предназначен для сбора информации, поступающей от датчиков локомотива и системы автоматической сигнализации, преобразования частоты следования электрических импульсов по двум каналам измерения в значение скорости и ускорения движения, преобразования величины входных аналоговых сигналов в значение давления в тормозной магистрали, выдачи полученных результатов на индикацию, регистрацию, сигнализацию, а также запись в полупроводниковое энергонезависимое запоминающее устройство. Питание БУ-3В осуществляется от бортовой сети напряжением постоянного тока в диапазоне от 35 до 160 В через фильтр входной ФВ-1. Средний срок службы блока управления не менее 10 лет. Готовность к работе не более 2 минут после подачи напряжений.

Датчик угла поворота Л178СК предназначен для преобразования угла поворота оси колесной пары в дискретные электрические сигналы, используемые в измерительных системах, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение подвижного состава при скорости до 300 км/ч.

Л178СК устанавливается на буксе колесной пары и имеет степень защиты корпуса от внешних факторов. Датчик работает при температуре окружающего воздуха от -60 до + 70⁰С; относительной влажности 982% при температуре +25⁰С, атмосферном давлении от 84 до 107 кПа.

Мощность, потребляемая Л178СК при максимальном напряжении, не более 2ВТ. Средний срок службы с учетом проведения профилактических и ремонтных работ не менее 10 лет. Среднее время восстановление не более 1 часа. Время готовности к работе должно быть не более 30 секунд после подачи питающего напряжения, Масса Л178СК составляет 5,5 кг.

Л178СК содержит корпус, крышку, формирователь импульсов, модулятор, поводок, закрепленный на оси подшипникового узла болтом; щелевую диафрагму. Выводы формирователя импульсов подключены к внешним устройствам через кабель. Передача вращения от оси локомотива к оси Л178СК осуществляется через поводок или квадратный хвостовик оси в соответствии с типом локомотива и проектом на установку КПД.

9. ПРОВЕРКА ДЕЙСТВИЯ ТОРМОЗОВ В ПУТИ СЛЕДОВАНИЯ ПО ВЕЛИЧИНЕ ЗАМЕДЛЕНИЯ

Проверка действия автоматических тормозов в поезде и на одиночно следующем локомотиве выполняется снижением давления в уравнительном резервуаре на величину 0,7-0,8 кгс/см² (0,07-0,08 МПа), что по классификации, приведенной в Справочнике «Тяговые расчеты» соответствует второй ступени торможения. Отпуск тормозов, после того как достигнут требуемый эффект и машинист убедился в их нормальном действии, не происходит мгновенно. При пневматическом управлении скорость отпускной волны составляет примерно 60 м/с. Кроме того, выпуск воздуха из тормозных цилиндров происходит за некоторое время. В процессе отпуска продолжает действовать уменьшающая тормозная сила и силы основного сопротивления движению. В тяговый режим двигатели должны включиться не ранее, чем через 1 минуту, поэтому даже после полного отпуска скорость поезда продолжает некоторое время уменьшаться и фактическое снижение скорости достигает в грузовых груженых поездах 20-25 км/ч и грузовых порожних - 10-15 км/ч. На последующий разгон поезда затрачивается дополнительно дизельное топливо.

Цифровая индикация замедления поезда позволяет инструментально проводить оценку действия тормозов грузовых поездов на ступени снижения давления в тормозной магистрали при проверке тормозов в пути следования.

Целесообразно провести анализ развития тормозной силы поезда при проверке тормозов и проследить в динамике изменение параметров, характеризующих тормозную силу поезда.

Для расчетов параметров тормозного пути при проверке действия тормозов необходимо знать, как изменяется тормозная сила при торможении после разрядки тормозной магистрали, и при отпуске после постановки ручки крана машиниста в первое положение. Величину тормозной силы можно принимать пропорционально давлению в тормозных цилиндрах.

В данном дипломном проекте используется методика расчета тормозных параметров с учетом пути подготовки тормозов к действию, допускающая мгновенный рост давления, а ,следовательно, и тормозной силы, до максимального значения при конкретной скорости торможения.

9.1 Анализ параметров тормозного процесса при проверке действия тормозов в пути следования

При проверке тормозов поезда в пути следования нормативная тормозная эффективность должна составлять 50% от полной тормозной эффективности (таблица 4).

Таблица 4 - Изменение расчетного тормозного коэффициента пассажирского поезда при ступени торможения

, с	Значение (в % от полного значения) при ступенях торможения PM,
	0,04-0,05	0,06-0,07	0,08-0,09	0,04-0,05	0,06-0,07	0,08-0,09
	И количестве, вагонов
	До 18	19-25
0-3	0	0	0	0	0	0
3-6	30	35	35	15	15	15
6-9	33	55	60	30	40	45
9-12	35	60	80	35	55	70
12-15	35	60	85	35	60	80
15-18	35	60	85	35	60	85

В зависимости от длины поезда указанный тормозной эффект достигается через 15-30 секунд после начала торможения. Снижение скорости на 10 км/ч происходит несколько позже. Например, для поезда, состоящего из 18 вагонов, расчетная эффективность достигается не позже 15-18 секунд, а снижение скорости на 10 км/ч при уклоне 10 ‰, при скорости начала торможения км/ч, происходит только через 28 секунд. Современные локомотивы не оборудованы устройствами, позволяющими оценивать эффективность торможения, поэтому машинист производит отпуск тормоза только после снижения скорости на 10 км/ч. В процессе отпуска продолжается действие тормозной силы, уменьшающейся в соответствии с диаграммой снижения давления в тормозных цилиндрах (рисунок 3)