Разработка тормозного оборудования, специализированного четырехосного грузового вагона Спец цистерна тип 15-1404

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ташкентский транспортный университет

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Курсовая работа

по дисциплине: «Безопасность движения и тормозные системы»

Разработка тормозного оборудования, специализированного четырехосного грузового вагона Спец цистерна тип 15-1404

Выполнил: Бегинин А.В. гр STVV1r.

Проверил: Абдуллаев Б.А.

Ташкент - 2024

Содержание

тормоз рычажной передача поезд

Введение

1. Тормозное оборудование вагона

1.1 Типовые схемы рычажных передач

1.2 Расчет механической части тормоза

2. Определение допускаемых величин нажатия тормозных колодок

2.1 Определение допускаемых сил нажатия тормозных колодок

2.2 Определение нажатия тормозных колодок, исходя из допускаемого уровня тепловой напряженности фрикционного узла

2.3 Сопоставление полученных значений допускаемых сил нажатия тормозных колодок по условиям сцепления колеса с рельсами и по нагреву

3. Расчет тормоза заданного типа вагона

4. Расчет тормозного пути

4.1 Определение полного тормозного пути

4.2 Определение величины замедления поезда (м/с²)

Вывод

Литература

Введение

Тормоза железнодорожного подвижного состава являются одним из основных узлов железнодорожной техники, от уровня развития, конструкции, параметров и состояния которой в значительной степени зависит безопасность движения поездов, допускаемая и привозная способность железных дорог.

Тормозное оборудование вагонов работает в условиях сложных процессов, происходящих в движущемся поезде (сухое трение тормозных колодок фрикционного колодочного тормоза с преобразованием механической энергии в тепловую, газодинамические процессы в тормозной магистрали при зарядке, торможении, при отпуске тормозов; качения тормозящегося колеса по рельсам в условиях использования сил сцепления колеса с рельсами; взаимодействие вагонов в поезде между собой с возникновением значительных по величине продольных сил в условиях неустановившегося режима действия тормозной силы и др.).

Сочетание высокой надежности, безопасности действия тормозов с хорошей их управляемостью позволит повысить в ближайшей перспективе скорости движения пассажирских поездов до 200-250 км/ч, а грузовых поездов - до 140-160 км/ч при осевой нагрузке 18-20 т (высокоскоростные маршрутные поезда для контейнерных перевозок грузов), а вес грузовых поездов увеличить до 10-12 тыс. т с целью повышения производительности перевозок.

Предусмотрено также повышение надежности пневматической части тормоза и обеспечение временных характеристик тормозной системы для скоростных грузовых поездов за счет: создания принципиально новой конструктивной компоновки воздухораспределителя № 483М; модификации воздухораспределителя № 483М для скоростных короткосоставных грузовых поездов; электропневматического тормозного оборудования вагонов со скоростями движения свыше 120 км/ч; безремонтной тормозной воздушной магистрали вагонов.

Программа включает решение проблемы повышения теплопроводности и стабильности характеристик тормозных колодок грузовых вагонов за счет применения принципиально новых высококачественных материалов для композиционных тормозных колодок; материалы по разработке и внедрению тормозных систем вагонов международного сообщения с учетом требований МСЖД (Международный союз железных дорог), совершенствованию тормозного оборудования с целью повышения удобства облуживания, регулировки и контроля, адаптации тормозного оборудования к грузовым вагонам с осевыми нагрузками 250, 200 и 225 кН при скоростях движения соответственно 120, 160 и 120 км/ч.

Скоростные вагоны нового поколения будут оборудованы колодочными, дисковыми и электропневматическими тормозами, а международные вагоны - колодочными фрикционными тормозами.

Для успешного решения этих задач необходимо всемерно расширять и укреплять творческое сотрудничество инженерно-технических работников тормозостроительных заводов, линейных предприятий вагонного хозяйства, а также научных сотрудников, связанных с расчетом и проектированием тормозного оборудования, в частности пневматической и механической части тормозов вагонов.

1. Тормозное оборудование вагона

Тормозное оборудование каждой единицы подвижного состава представляет собой систему, состоящую из пневматической и механической частей.

1.1 Типовые схемы рычажных передач

Рычажные передачи грузовых вагонов выполняются с односторонним нажатием тормозных колодок (кроме шестиосных вагонов, у которых средняя ось в тележке имеет двустороннее нажатие) и одним тормозным цилиндром, закрепленным на раме вагона. Расположение цилиндра на раме обеспечивает наиболее надежную передачу тормозного усилия на тележку с помощью тяги, без применения гибких резиновых шлангов, нежелательных в условиях эксплуатации грузовых вагонов.

Тормозная рычажная передача грузовых вагонов приспособлена к использованию чугунных или композиционных колодок. Поскольку коэффициенты трения у этих колодок неодинаковые, при переходе с одного типа на другой требуется изменять передаточное число рычажной передачи. Эти изменения производят путем перестановки валиков затяжки горизонтальных рычагов (в близко расположенные к тормозному цилиндру отверстия при композиционных колодках и в более удаленные при чугунных).



Рисунок. 1. Схема (а) и конструкция (б) рычажной передачи четырехосного вагона

В рычажной передаче четырехосного грузового вагона горизонтальные рычаги 4,10 шарнирно соединены одним концом со штоком 6 и кронштейном 7 на задней крышке цилиндра, а противоположным - с тягой 11 (со стороны задней крышки цилиндра) и авторегулятором 3 (со стороны передней крышки). Между собой горизонтальные тяги связаны затяжкой 5, отверстия 8 предназначены для установки валиков при композиционных колодках, а отверстия 9 - при чугунных.

Тяги 2, 11 соединяются с верхними концами вертикальных рычагов 1, 12 тележек. Верхние концы противоположных рычагов 14 соединены с серьгами 13. нижними отверстиями вертикальные рычаги связаны между собой распорками 15, а их промежуточные отверстия 18 шарнирно соединены с распорками 17 триангелей. На цапфах триангелей установлены башмаки с колодками. В отверстие каждого башмака проходит подвеска 16 триангеля, соединенная валиком с кронштейном тележки. Таким образом, подвески являются элементами шарнирно подвешивающихся деталей рычажной передачи тележек.

1.2 Расчет механической части тормоза

Используя схемы пневматического оборудования и рычажной передачи вагона, определим объем тормозной магистрали вагона с учетом объемов тормозных приборов

(1)

где V_тр - объем тормозной магистрали - 12,8л

V_зр - объем тормозного резервуара - 78 л

V_вр - объем воздухораспределителя - 6л

V_тц - объем тормозного цилиндра - 14,63л

Передаточное отношение рычажной передачи геометрически определяется как произведение отношений размеров ведущих плеч рычагов к ведомым.

Для грузового четырехосного вагона.

(2)

где а=195, б=465, в=400, г=160 - ведущие и ведомые плечи рычажной передачи.

Максимальное же значение передаточного отношения рычажной передачи определяется условиями длительного торможения на крутых затяжных спусках. Износ чугунных тормозных колодок по толщине (мм) на затяжных спусках можно определить по формуле.

h=A У L · i_c

где У L i_c - сумма произведений длины всех участков пути спуска, по которым следует поезд, на величину спуска (для расчетов У L i_c =200мм);

А - коэффициент, равный: для грузовых вагонов 0,03.

h= 0,03•200=6мм (3)

Исходя из этого максимальное передаточное число тормозной рычажной передачи

где H_пр, Н_мах - предельно допустимый и максимальный выход штока тормозного цилиндра, мм (Нпр=185 мм Нмах=125 мм для грузового вагона).

i (4)

Вычисленное по соотношению плеч передаточное отношение не должно превышать определенного по формуле:

(5)

величина к.п.д. тормозного цилиндра () и рычажной передачи (грузовые вагоны = 0,95).

2. Определение допускаемых величин нажатия тормозных колодок

Для обеспечения возможно большей эффективности действия тормозов при выполнении условий, исключающих возможность скольжения колес при торможении, сила нажатия тормозных колодок должна обеспечивать максимально допустимое использование силы сцепления колес с рельсами.

2.1 Определение допускаемых сил нажатия тормозных колодок

Для определения вышеупомянутых сил принято пользоваться коэффициентом силы нажатия тормозных колодок д:

; (6)

где Р - статическая нагрузкой от колесной пары на рельс (по заданию);

д - коэффициент силы нажатия, 4-х осных ^г=0,40, ^п=0,60.

Для грузовых вагонов различают порожний Р_п, д_{п =} 0.60 и груженый. Р_г , д_г =0.40 и определяют два значения К_п и К_г.

где Q - грузоподемность, Q=620 кH (согласно заданию)

Т - вес тары = 221 кН

m_o - число осей вагона m₀ = 4.

2.2 Определение нажатия тормозных колодок, исходя из допускаемого уровня тепловой напряженности фрикционного узла

К = р · F; (7)

где р - удельное давление колодки на колесо (для композиционных колодок Р=6·10² кН/м²;

F - площадь давления (для одной (согласно заданию) композиционной колодки F=994·10^-4м²).

К = 6•10² •994•10^-4=59,64 кН

2.3 Сопоставление полученных значений допускаемых сил нажатия тормозных колодок по условиям сцепления колеса с рельсами и по нагреву

Выбрать величину нажатия тормозной колодки и указать ограничивающий фактор (т.е. наименьшее значение К).

K ⁿ < K< K ^г

29,83<59,64< 75,69кН

3. Расчет тормоза заданного типа вагона

Расчет тормоза проектируемого вагона выполняется по типовой методике. Для грузового вагона требуемые вычисления производятся для груженого и порожнего состояний.

Определение усилия (кг/см²) (кН) на штоке поршня тормозного цилиндра.

(8)

где P_o, ?_ш - давление и расчетный выход штока тормозного цилиндра;

Ж_тц, Р_тц.пр - жесткость и усилие предварительного сжатия пружины тормозного цилиндра;

- площадь поршня тормозного цилиндра, см2;

Р₁ - усилие пружины бес кулисного регулятора, приведенное к штоку тормозного цилиндра, определяется по формуле:

- для рычажного привода

(9)

где ?_р · Ж_р · Р_р.пр - величина сжатия при торможении, жесткость и величина предварительного сжатия пружины регулятора;

а, b, с, d, e - размеры плеч горизонтального рычага и рычажного привода регулятора;

а =19,5cм b =46,5 см с =14,5 см d =40,5 см e =25,5 см	?р =3,0 см Жр =15кН/м Рр.пр =200кН Ртц.пр =159кН =0,98 =994см2	Pо г =4,0кН Poп =1,6кН ?ш г =12,5см ?ш п=10,1см Жтц =6,57кН/м

кн

Вычисление величины действительного нажатия (кг/см²) (кН) на одну тормозную колодку

(10)

где m - число тормозных колодок, на которое действует усилие от одного тормозного цилиндра;

i - передаточное отношение рычажной передачи от одного тормозного цилиндра;

Нахождение величины расчетного нажатия на одну колодку в зависимости от ее материала.

Тормозная сила, действующая на колесо, определяется произведением силы нажатия на коэффициент трения тормозных колодок. Трение является молекулярно-механическим процессом, зависящим от свойств материала трущихся пар, скорости скольжения, удельных давлений, площади пятен контакта колодки и колеса, температурного режима торможения, твердости, состояния трущихся поверхностей и другие.

для композиционных колодок

(11)

Определение расчетных коэффициентов силы нажатия и их оценка с точки зрения «Норм для расчета и проектирования новых и модернизированных вагонов железных дорог» более 1520 мм.

(12)

(13)

Установление возможности заклинивания колесных пар по нижеописанной методике.

Возможность юза проверяется по формуле

(14)

где д_пр - расчетный коэффициент силы нажатия, который определяется для условий заклинивания;

_кр - расчетный коэффициент трения для грузовых вагонов, который определяется при скоростях 20 и 100 км/ч;

Ш_к - расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами в случае отсутствия юза (заклинивания) должен быть не более:

для грузовых вагонов

[Ш_к] при V =20 км/ч, [Ш_к]-0,09;

при V =100 км/ч, [Ш_к]-0,12.

нахождение _кр - расчетный коэффициент трения в данном интервале скоростей:

(15)

для композиционных колодок

,

Определение усилия (кг/см²) на штоке тормозного цилиндра вагона (для грузовых порожних)

(16)



Все составляющие правой части формулы, кроме Р_о.з, найдены ранее, а давление в тормозном цилиндре Р_о.з для условий заклинивания имеет следующие значения; для грузовых вагонов 1,8 кг/см² (0,18 МПа).

Определение величины действительного нажатия на одну тормозную колодку К_д.з для условий заклинивания при подстановке в формуле значение Р_ш.з.

(17)

Нахождение величины расчетного нажатия для условий заклинивания К_р.з. при подстановке в формуле значения К_р.з.

(18)

Определение расчетного коэффициента силы нажатия для условий заклинивания д_пр при подстановке в формулу значения К_р.з.

(19)

Определение Ш_к и сравнение с допускаемым [Ш_к], вывод о возможности заклинивания.

 (20)

Так как расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при 20 км/ч равен допустимому есть возможность возникновения заклинивания.

Расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при 100 км/ч меньше допустимого возможность возникновения заклинивания отсутствует.

4. Расчет тормозного пути

Расчет тормозного пути подвижного состава железных дорог можно производить методами: аналитическим, графическим и расчетным по номограммам.

4.1 Определение полного тормозного пути

В результате приближенного аналитического интегрирования уравнения движения поезда, при условии постоянства величины действующих сил в принятом интервале скоростей от V_n до V_n-1, получена формула для определения полного тормозного пути (м):

(21)

где V_o - скорость поезда в начальный момент торможения, км/ч (из задания);

t_n - время подготовки к торможению для грузовых составов 200 осей и более

(22)

где V_n, V_n+1 - конечная и начальная скорости поезда в принятом расчетном интервале скоростей, км/ч;

- замедление поезда в км/ч² под действием замедляющей силы в 1 кГ/m (=120 км/ч²);

 (23)

b_T=ц_кр

ц_кр=

ц_кр=

b_T

S_{П = м}

i_c - приведенное значение уклона с учетом сопротивления в кривой, %_о (из задания);

b_т - удельная тормозная сила при средней скорости в каждом интервале, равной

V_ср - V_n+ V_n+1/2, b_т=1000 v_p·_кр,

где _кр - расчетный коэффициент трения в данном интервале скоростей (вместе V подставлять V_ср м/с);

V_p - расчетный тормозной коэффициент, определяемый по формуле

, (24)

Скорость:

1) 80-70 км/ч 2) 70-60км/ч 3) 60-50км/ч 4) 50-40км/ч

5) 40-30км/ч 6) 30-20км/ч 7) 20-10км/ч 8) 10-0км/ч

1) V_{cp =} V_{cp км/ч}

ц_кр= ц_кр=

b_T=ц_кр (27)

b_T

где щ_ox - основное удельное сопротивление движению поезда при средней скорости в каждом интервале;

q_o - средняя нагрузка от оси вагона на рельсы (кг/см²) (кН) определяется по формуле

(29)

где m_о - число осей вагона.

(28)

2) V_{cp =} V_cp км/ч

ц_кр= ц_кр=

b_T

3) V_cp км/ч

ц_кр=

b_T

4) V_cp км/ч

ц_кр=

b_T

5) V_cp км/ч

ц_кр=

b_T

6) V_cp км/ч

ц_кр=

b_T

7) V_cp км/ч

ц_кр=

b_T

8) V_cp км/ч

ц_кр=

b_T

о=120 км/ч², i_c =-1

; (31)

м

?S_D= 28,75+16,33+15,16=50,25 м

S_T=S_{П +}?S_D (32)

S_T=111,11+50,25=161,36 м

После определения замедляющих сил и составных тормозного пути по интервалам скоростей необходимо дать табличное изложение, определить полный тормозной путь, построить графики зависимости.

Показатели	Численные значения показателей при интервале скорости (Vo=40км/ч)
	80-70	70-60	60-50	50-40	40-30	30-20	20-10	10-0
Vcp км/ч	75	65	55	45	35	25	15	5
кр	0,27	0,27	0,28	0,29	0,3	0,31	0,33	0,35
bт	56,7	56,7	58,8	60,9	63	65,1	69,3	73,5
wох	8,23	8,01	7,80	7,63	7,48	7,35	7,25	7,17
bт+ wох+ic	64,92	64,70	66,59	68,52	70,47	72,44	76,54	80,66
SD	96,25	83,71	68,81	54,72	41,38	28,75	16,33	5,16
ST	318,48	278,16	235,48	193,61	152,49	112,09	71,88	32,94
W	0,87	0,77	0,68	0,59	0,49	0,40	0,30	0,20

4.2 Определение величины замедления поезда (м/с²)

, (33)

где V_о =40 км/ч,

i_c - в тысячных единицах (i_c = -0,01).

При вычислениях следует помнить, что доля сопротивления движения локомотива в общем сопротивлении поезда незначительна, поэтому первым при тормозных расчетах можно пренебречь.

S_Tn=S_{П +}S_Dn;

1) S_T1=222,22+96,25=318,48;

2) S_T2=194,44+83,71=278,16;

3) S_T2=166,66+68,81=235,48;

4) S_T3=138,88+54,72=193,61;

5) S_T4=111,11+41,38=152,49

6) S_T5=83,33+28,75=112,09

7) S_T6=55,55+16,33=71,88

8) S_T7=27,77+5,16=32,94

Вывод

Подводя итог по курсовой работе, мы выбрали и спроектировали тормозное оборудование вагона, в моем случае - четырехосной цистерны, рассчитали тормоза заданного типа вагона, тормозной путь, и по окончанию расчетов у нас были определены свои значения величины нажатия тормозных колодок и тормозного пути. Составили график зависимости коэффициента трения и тормозного пути от скорости. В итоге мои значения были близки к стандартным расчетам.

В данной курсовой работе мною разработан тормоз четырехосной Спец цистерны модели 15-1404.

Был рассчитан объем тормозной магистрали вагона с учетом объемов тормозных приборов V_TM=111,43 л.

Передаточное отношение рычажной передачи составило i=5,87.

Была определена величина тормозных нажатий колодок К^Г=75,69 кН и К^П =29,83 кН.

Также было определено усилие на штоке поршня тормозного цилиндра Р_Ш^П=10,45 Кн и Р_Ш^Г=33,68 кН,величина расчетного нажатия на одну колодку составило К_Р^П=7,28 кН, К_Р^Гр= кН.

Расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при скорости 20 км/час ц_кр²⁰=0,32, а при скорости 100 км/час ц_кр¹⁰⁰=0,25.

В работе был рассчитан тормозной путь, который составил S_Т=161,36 м, при начальной скорости х₀=40 км/час.

По результатам численных значений показателей составлены графики. S_T=f (х) и W=f (х).



Литература

1. Иноземцев В.Г., Казаринов В.В. и др. Автоматические тормоза. - М.: Транспорт, 1981.

2. Справочник по тормозам. Крылов В.И. и др. М.: Транспорт, 1989.

3. Инструкция по ремонту тормозного оборудования вагонов. ЦВ-ЦЛ-945, 2003.

4. Безопасность движения и тормозные системы вагонов. Методическое указание для выполнения курсовой работы ТашИИТ, 2005.

5. Безопасность движения и тормозные системы. Вершков А.Б., Городецкий Ю.Г. 2012.

Размещено на Allbest.ru