Расчеты механической части тормозной системы вагонов

Вывод формулы передаточного числа рычажной тормозной передачи.

Для передачи усилия от штока тормозного цилиндра и распределения его между фрикционными элементами служит механическая система рычагов и тяг – тормозная рычажная передача (ТРП). На большинстве грузовых и пассажирских вагонов, имеющих один тормозной цилиндр, конструкция ТРП зависит от количества тормозных колодок, действующих на колесо.

Обеспечение непосредственного нажатия штока тормозного цилиндра на фрикционные элементы во многих случаях невозможно по конструктивным соображениям. Таким образом, необходимость введения ТРП продиктована функциональными и конструктивными особенностями тормозной системы.

Тормозные рычажные передачи большинства вагонов бывают с одно- и двухсторонним нажатием колодок на колесо.

Преимущества двухстороннего нажатия:

– колесная пара не испытывает выворачивающего действия;

– меньше величина нажатия тормозной колодки, поэтому меньше ее износ и больше коэффициент трения;

– возможность более полной реализации запаса по сцеплению, особенно для вагонов с большой осевой нагрузкой;

– меньшая длина тормозного пути полногрузных вагонов.

Недостатки двухстороннего нажатия:

– относительная сложность и большой вес тормозной рычажной передачи;

– больший нагрев колес (на 10–15 % из-за худших условий теплоотвода).

С применением композиционных колодок, имеющих больший коэффициент трения и, соответственно, меньшую силу нажатия, недостатки одностороннего нажатия уменьшаются.

В состав ТРП входят: горизонтальные и вертикальные рычаги, продольные тяги, затяжки (распорки), тяги ручного привода тормоза, башмаки, подвески и тормозные колодки, триангели или траверсы и предохранительные устройства.

Процесс перемещения рычагов и тяг в ТРП грузового или пассажирского вагона происходит примерно за 0,5 с, пока в тормозном цилиндре не образуется скачковое давление около 0,04 МПа (0,4 кгс/см²), необходимое для преодоления усилия пружин, имеющихся в составе передачи, и для перемещения тормозных колодок и прижатия их к фрикционной поверхности колес.

Передаточное отношение и передаточное число являются характеристиками тормозной рычажной передачи. Передаточное отношение – это силовая характеристика, представляющая собой отношение суммы сил нажатия тормозных колодок, приводимых в действие от одного цилиндра, к силе, которая образуется по его штоку:

(4.1)

где К – сила нажатия одной тормозной колодки;

m – число колодок, действующих от одного цилиндра.

Передаточное число – геометрическая характеристика рычажной передачи. Она определяется по принятой схеме ТРП из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов:

(4.2)

где m – число тормозных пар колодок – триангелей или траверс, действующих от одного тормозного цилиндра. У многоцилиндровых передач, в которых отсутствуют триангели или поперечные траверсы, m принимается равным числу колодок, m =4;

Пl_i – произведение длин ведущих плеч рычагов от штока тормозного цилиндра до колесной пары;

Пl_2i – произведение длин ведомых плеч рычагов;

k - количество рычагов от тормозного цилиндра до рассматриваемой колодки (пары колодок);

α – угол действия силы К прижатия тормозной колодки относительно горизонтальной оси, α =0⁰.

Сила нажатия всех тормозных колодок на единице подвижного состава, как правило, принимается одинаковой, поэтому при расчете суммарного передаточного числа для колодок, действующих от одного тормозного цилиндра, учитывают длину рычагов до ближайшей к цилиндру тормозной колодки или пары колодок. Длина рычагов принимается с учетом их проектного наклона относительно тяг.

Значения плеч рычагов для заданных схем рычажных передач вагонов, необходимые для расчет, приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1. - Характеристики рычажных тормозных передач вагонов

Рисунок	Тип вагона	Размеры плеч рычагов
а	б	в	г	д	е	л	м
Грузовые вагоны
1.1	Четырехосный полувагон	200/	300/			–	–	–	–

Поскольку величина передаточного отношения и геометрической характеристики вытекает из принятой схемы ТРП, то обычно принимают i = nηм, и КПД рычажной передачи равен частному от деления передаточного отношения i на передаточное число n:

(4.3)

где η_м– механический КПД рычажной передачи. Учитывает потери на трение в шарнирах.

В ТРП железнодорожного подвижного состава передаточное отношение i и передаточное число n отличаются на величину КПД передачи. Передаточное число ТРП определяется в зависимости от длины ведущих и ведомых плеч рычагов, которая определяется по месту приложения силы от штока тормозного цилиндра. Размещение рычагов и точек их поворота определяется схемой конструктивного размещения ТРП на элементах тележки.

Рычаги бывают первого и второго рода (рисунок 4.1). При определении передаточного числа для пары колодок, объединенных траверсой или триангелем, или для одинарной колодки остальные колодки считаются прижатыми. Это позволяет установить центр поворота рычага и длину ведомого и ведущего плеч. Поскольку загрузка вагона равномерно распределяются между осями экипажа, то передаточное число ТРП для всех осей одинаково.

Рисунок 4.1 – Схема расположения ведущих и ведомых плеч рычагов:

а – рычаг первого рода; б, в – рычаги второго рода; P1 – известная сила (со стороны тормозного цилиндра); P2 – искомая сила (со стороны колодок);

l₁ – ведущее плечо; l₂ – ведомое плечо

Оптимальная величина передаточного числа ТРП зависит от ряда факторов. При её выборе руководствуются следующими соображениями:

– при большом n, имея заданную величину силы нажатия К и величину давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах, можно применять цилиндры меньшего диаметра и уменьшить вес тормозного оборудования;

– в то же время при большом n увеличивается ход поршня тормозного цилиндра или должен быть уменьшен зазор между колодками и колесами, а также ухудшаются условия регулировки рычажной передачи по мере износа колодок.

В грузовых вагонах нормальный выход штока 75–125 мм при чугунных колодках и 50–100 мм – при композиционных. У пассажирских величина выхода штока – 130–160 мм независимо от типа колодок. При величине зазора между колодками и колесом 6–8 мм и коэффициенте зазора в шарнирах Б = 1,7 … 2,2 рациональное передаточное число ТРП грузовых вагонов при чугунных колодках – 6–12 и композиционных – 4–10. У пассажирских вагонов n = 7 … 14, а с секционными чугунными колодками – до n = 16.

Особенность непрямодействующих тормозов пассажирского подвижного состава заключается в том, что величина давления в тормозных цилиндрах зависит от выхода штока. У грузовых вагонов такая зависимость наступает только при глубокой (экстренной) разрядке тормозной магистрали.

Поскольку передаточное число ТРП и ведущие плечи горизонтальных рычагов при композиционных колодках меньше, чем при чугунных, то выход штока при нормальном зазоре между колодками и колесами также будет меньше. Следовательно, давление в тормозном цилиндре будет выше, чем при чугунных колодках, что может привести к заклиниванию колесных пар. Поэтому в тормозных цилиндрах пассажирских вагонов искусственно завышают объем рабочей полости на l = 70 мм, надевая на шток поршня хомут, который не дает возможности поршню при отпуске тормоза переместиться до упора в заднюю стенку цилиндра. Таким образом, увеличивается объем рабочей полости цилиндра. В связи с тем, что в свободном пространстве цилиндра остается воздух атмосферного давления, при торможениях с композиционными колодками это приводит к завышению давления примерно на 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) в тормозном цилиндре (рисунок 4.2).

Максимальные значения n и i зависят, в первую очередь, от числа колодок, действующих от данного тормозного цилиндра, осевой нагрузки колеса и коэффициента трения колодки. Для грузовых поездов важным оказывается длительность непрерывного торможения, поскольку этим определяется нагрев колесной пары и износ фрикционного элемента.

Рисунок 4.2 – Увеличение рабочей полости тормозного цилиндра за счет хомута на поршне (а1 < а; б1 > б): а – при чугунных колодках; б – при композиционных колодках

Рессорное подвешивание вагона оказывает влияние на конструкцию сопряжения тормозных башмаков с траверсой или триангелем.

Тормозная колодка пассажирского вагона связана с подрессоренной частью тележки и при движении колеблется относительно колеса, поэтому она закрепляется на башмаке, допускающем поворот относительно траверсы.

Вывод:Расчитали механическую части тормозной системы вагонов.Вывили формулу передаточного числа рычажной тормозной передач.

Изучили схемы расположения ведущих и ведомых плеч рычагов

Заключение.

В контрольной работе выполнены следующие расчеты:

1) Силы допускаемого нажатия композиционной тормозной колодки на колесо