Автоматические тормоза подвижного состава должны обеспечивать безопасность движения поездов, обладать высокой надежностью и безопасностью действия. Обеспечение этих условий позволяет повысить скорость движения и вес поездов, что приводит к увеличению провозной и пропускной способности железнодорожного транспорта.
Данный курсовой проект позволяет овладеть теоретическими и практическими знаниями проектирования автотормозной техники, изучить устройство и работу тормозных систем подвижного состава, ознакомиться с методами расчетов тормозного оборудования вагонов.
1. Задание на курсовой проектИсходные данные для выполнения курсового проекта выбираются из табл. 1.1 и 1.2. Вариант задания принимается по двум последним цифрам шифра указанного в зачетной книжке. Исходные данные для расчета колодочного тормоза вагона:Тип вагона- рефрижераторныйКоличество осей вагона-4Тара вагона, т-32Грузоподъемность, т-50Тип колодок-композиционные.Исходные данные для обеспеченности поезда тормозными средствами и оценки эффективности тормозной системы поезда:4-осн. грузовые (брутто 88 т)-124-осн. рефрижераторные (брутто 84 т)-354-осн. грузовые (брутто 24 т)-24Скорость, км/ч-90Уклон пути (спуска), ‰-7Тормозные колодки-чугунныеЛокомотив-2ТЭ116.2. Выбор схемы и приборов пневматической части тормоза вагона
На железнодорожном транспорте применяется автоматический пневматический тормоз. Автоматическими называются тормоза, которые при разрыве поезда или тормозной магистрали, а также при открытии стоп-крана из любого вагона автоматически приходят в действие вследствие снижения давления воздуха в магистрали. Данный вагон также оборудуется авторежимом. Схема тормозного оборудования представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Схема тормозного оборудования вагонаТаблица 2.1 - Номенклатура тормозных приборов и арматуры пневматической части
№ на рис.2.1
Наименование
Условный №
Количество
1
Главная часть воздухораспределителя
270-023
1
2
Двухкамерный резервуар
1
3
Магистральная часть воздухораспределителя
483М-010
1
4
Кронштейн пылеловка
573
1
5
Концевые краны
190
2
6
Разобщительный кран
372
1
7
Запасной резервуар
Р10-100
1
8
Тормозной цилиндр
510Б
1
9
Авторежим
265А-1
1
10
Соединительные рукава
Р17Б
(ГОСТ 1335-84)
2
11
Тормозная магистраль
1ј''
1
3. Расчет давления воздуха в тормозном цилиндре, приторможении
Давление в тормозных цилиндрах при торможении зависит от типа воздухораспределителя, величины снижения давления в тормозной магистрали, режима торможения у грузовых воздухораспределителей и загрузки вагона при наличии авторежима.
Для воздухораспределителей грузового типа давление в тормозных цилиндрах при полном служебном и экстренном торможении зависит от установленного режима. При порожнем режиме - 0,14 ~ 0,16 МПа; при среднем - 0,28 ~ 0,33 МПа; при груженом - 0,39 ~ 0,43 МПа.
При ступенчатом торможении давление определяется из условия равновесия уравнительного поршня
Ртц = (Fу·Ро + Ру + Жу·li)/ Fу,(3.2)
где Fу- площадь уравнительного поршня, 20·10-4 м2;
Жу- суммарная жесткость режимных пружин, на порожнем режиме Жу = 8400 Н/м, на среднем - Жу = 8400 ~ 0,5·32700 Н/м; на груженом - Жу = 8400 ~ 32700 Н/м;
li - перемещения уравнительного поршня после i-й ступени торможения, м; li = hi - 0,0065;
hi - перемещения главного поршня после i-й ступени торможения, м.
Условие равновесия главного поршня
рркi·Fг = рзкi·(Fг - Fш) + Рг + Жгhi.(3.3)
Давление в рабочей камере после ступени торможения
рркi = (ррк Vр)/(Vр + Fгhi),(3.4)
где рзкi, рмi - абсолютное давление в золотниковой камере и тормозной магистрали при i-й ступени торможения, Па;
Fг - площадь главного поршня, 95·10-3, м2;
Fш - площадь штока главного поршня, 4,15·10-4, м2;
Рг - усилие предварительного сжатия пружины главного поршня, 200 Н;
Жг - жесткость пружины главного поршня, 28000 Н/м;
Vр - объем рабочей камеры, 6·10-3 м3;
ррк - абсолютное зарядное давление рабочей камеры, Па, ррк = рм;
рзкi = рмi.
В результате совместного решения уравнений (3.3) и (3.4) получается квадратное уравнение относительно hi.
Аhi2 + Вhi + C = 0,(3.5)
А = Жг·Fг,(3.6)
В = Жг·Vр + Fг·рмi(Fг - Fш) + Рг·Fг,(3.7)
С = Vр[(Fг - Fш)рмi + Рг - Fг·рм].(3.8)
Таблица 3.1 - Расчет давлений в тормозном цилиндре при ступенях торможений и полном служебном
Дртм, МПа
0,08
0,10
0,12
Полное служебное торможение
Рстц, МПа
0,22
0,27
0,32
Ртц, МПа
0,43
Наличие на вагоне авторежима устанавливает зависимость давления воздуха в тормозном цилиндре от загрузки вагона, которая выражается формулой
где fпр - величина предварительного подъема опорной плиты, м;
где fi - величина статического прогиба рессор, м;
Рцп - давление в тормозном цилиндре порожнего вагона, МПа;
fi = 0,01 Q fo Qi ,(3.11)
fo - гибкость центрального рессорного подвешивания вагона, 0,0006225 м/т;
Qi - загрузка вагона в процентном соотношении от полной;
Q - грузоподъемность вагона, т;
Рвр - давление на выходе из воздухораспределителя при полном служебном торможении, МПа.
Результаты расчета представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Расчет давлений в тормозном цилиндре при наличии авторежима
Q,%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Pтц, МПа
0,269
0,289
0,309
0,330
0,352
0,375
0,400
0,43
0,43
0,43
0,43
Принимаем максимальное давление Рмтц = 0,43МПа.
4. Качественная оценка правильности выбора воздушной части тормоза
На основании закона Бойля - Мариотта состояние сжатого воздуха в выбранных емкостях воздушной части тормозной системы до торможения и при торможении аналитически выражается равенством
В рефрижераторных вагонах применяется колодочный тормоз с двухсторонним нажатием. Данная схема эффективна при скоростях движения до 160 км/ч. При более высоких скоростях схема неэффективна. Основным ее недостатком является интенсивный износ колесных пар по профилю катания, а также навары при торможении.
6. Определение допускаемого нажатия тормозной колодки
С целью создания эффективной тормозной системы величина нажатия тормозной колодки на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной тормозной силы. Вместе с тем необходимо исключить возможность появления юза при торможении. При условиях сухих и чистых рельсов это положение для колодочного тормоза аналитически выражается уравнением
К·цк = 0,9·Рк·шк ,(6.1)
где К - допускаемая сила нажатия колодки на колесо, кН;
цк - коэффициент трения тормозной колодки;
0,9 - коэффициент разгрузки задней колесной пары;
Рк - статическая нагрузка на колесо, отнесенная к одной тормозной колодке, кН;
шк - коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении.
Значения коэффициента трения для стандартных чугунных колодок определяются по следующей эмпирической формуле
где V - расчетная скорость движения поезда, исключающая появление юза, м/с. Для композиционных колодок принимаем V=28 м/с.
Коэффициент сцепления зависит от состояния поверхности рельсов и колес, от нагрузки колеса на рельс и скорости движения. Для его определения можно воспользоваться расчетной формулой
шк = [0,17 - 0,00015 (q - 50)]·ш(V),(6.3)
где q - статическая осевая нагрузка, кН;
ш(V) - функция скорости, значение которой в зависимости от типа подвижного состава находят по графику [1].
Статическая осевая нагрузка определяется
q = (T + Q)/m,(6.4)
где T,Q - тара и грузоподъемность вагона, кН;
m - число осей вагона.
Статическая нагрузка на колесо
Рк = (T + Q)/mв ,(6.5)
где mв - число тормозных колодок на вагоне
Рк = (32 + 50)/16 = 51,25 кН,
q = (32 + 50)/4 = 205 кН,
ш(V) = 0,54
шк = [0,17 - 0,00015 (205 - 50)]·0,54 = 0,08
Из (6.14) находим
цк = 0,9·51,25·0,08/К = 3,64/К
Решая полученное выражение совместно с (6.5) получим
К = 5 кН.
Полученную допускаемую силу нажатия тормозной колодки проверяем исходя из требований теплового режима трущихся пар
К/Fk <= [ДРу],(6.6)
где Fk - номинальная площадь трения тормозной колодки, м2;
[ДРу] - допустимое удельное давление на тормозную колодку, кН/м2;
5/0,029 = 172 кН/м2 < 900 кН/м2
Кдоп = [ДРу]·Fк(6.20)
Кдоп = 900·0,029 = 26,1 кН.
7. Расчет передаточного числа рычажной передачи вагона
Передаточным числом рычажной передачи называется отношение теоретической величины суммы сил нажатия тормозных колодок вагона к силе давления сжатого воздуха на поршень тормозного цилиндра
n = (Kдоп·mв)/(Ршт·зрп),(7.1)
где Ршт - усилие по штоку тормозного цилиндра, кН;
зрп - КПД рычажной передачи, принимаем 0,80.
Величина усилий по штоку тормозного цилиндра определяется
Ршт = рd2тцPтц·зтц /4 - (F1 + F2 + Lшт·Ж),(7.2)
где зтц - коэффициент, учитывающий потери на трение поршня о стенки тормозного цилиндра, который равен 0,98;
F1 - усилие оттормаживающей пружины в отпущенном состоянии, 1500-1590 Н, принимаем 1580 Н;
F2 - усилие пружины бескулисного автоматического регулятора рычажной передачи, приведенное к штоку тормозного цилиндра, которое принимается равным 300 - 1500 Н при рычажном приводе и 2000 - 2500 Н при стержневом;
Ж - жесткость отпускаемой пружины тормозного цилиндра, 6540 Н/м.
10. Расчет обеспеченности поезда тормозными средствами
Все поезда, отправляемые со станции, должны быть обеспеченны тормозами с гарантированным нажатием тормозных колодок в соответствии с нормативами по тормозам, утвержденным МПС.
Потребное нажатие тормозных колодок для заданного поезда определяется по формуле
УКр = УQ/100·N(10.1)
где УQ - вес состава поезда, тс;
N - единое наименьшее тормозное нажатие, тс; N = 33 тс.
УКр = 3440/100·33 = 1135,2 тс.
Расчетное фактическое тормозное нажатие колодок заданного поезда определяется
УКрф = Уnj·mj·Kpj ,(10.2)
где nj - число единиц подвижного состава;
mj - осность единицы подвижного состава;
Kpj - расчетное нажатие тормозных колодок на ось вагонов или локомотивов данного типа, тс; для локомотива Kpj = 12 тс, для грузового вагона с чугунными колодками на груженном режиме Kpj = 7,0 тс, на порожнем Kpj = 3,5 тс, для вагонов рефрижераторного подвижного состава с чугунными колодками на груженом режиме Kpj = 9,0 тс.
УКрф = 35·4·7 + 15·4·9 = 1400 тс
Поезд считается обеспеченным тормозами, если выполняется условие
УКр < УКрф ,(10.3)
1135,2 < 1400
Так как условие выполняется, то считаем что поезд обеспечен тормозами.
Расчетный коэффициент силы нажатия тормозных колодок определяется по формуле
др = УКрф/ УQ,(10.4)
др = 1400/3440 = 0,41
11. Определение тормозного пути, замедлений и времени торможенияПолный расчетный тормозной путь определяется по формулеSт = Sп + Sд ,(11.1)где Sп - подготовленный (предтормозной путь);Sд - действительный тормозной путь.Подготовительный путь, м, определяетсяSп = VH·tп ,(11.2)где VH - скорость движения в начале торможения, м/с;tп - время подготовки тормозов к действию, с.Время подготовки автотормозов, с, определяется следующим образом. tп = 10 + 15 (± i)/bт ,(11.3)где i - уклон пути, i = - 7‰, знак ''-'' - означает, что расчет ведется на спуске;bт - удельная тормозная сила, Н/кН.bт = 1000·цкр·др ,(11.4)где цкр - расчетный коэффициент трения тормозных колодок;др - расчетный коэффициент силы нажатия тормозных колодок поезда.Расчетный коэффициент трения тормозных колодокцкр = 0,27·(3,6V + 100)/(18V + 100)(11.5)Действительный тормозной путь, м, определяется по формулегде к - число интервалов скоростей;щ - основное удельное сопротивление движению, Н/кН, bт и щ рассчитываются при средней скорости интервала, интервал 2 м/с.Vср = (VH + VH+1)/2,(11.6)Основное удельное сопротивление определяем для грузовых вагоновщ = 0,7 + (3 + 0,36V + 0,0324V2)/0,1q ,(11.7)где q - осевая нагрузка, кН, q = 245 кН;V - средняя скорость в интервале, м/сРасчеты сводим в таблицу 11.3Замедление движения поезда определяется по формулеаi = (V2н - V2н+1)/(2·ДSд) ,(11.8)Время торможения определяется по формулеt = tп + Уti ,(11.9)где ti - время торможения в расчетном интервале, с.ti = (Vн - Vн+1)/ai ,(11.10)Расчеты замедлений движения поезда и времени торможения представлены в таблице 11.1.Таблица 11.1 - Расчет тормозного пути
Vн, м/с
цкр
bт, Н/кН
tн, с
Sп, м
Vср, м/с
цкр
bт, Н/кН
щ, Н/кН
Sд, м
ДSд, м
Sт, м
22,00
0,10
41,95
4,50
98,93
23,00
0,10
41,29
1,86
125,48
15,64
224,41
20,00
0,10
43,41
4,58
91,63
21,00
0,10
42,65
1,71
109,83
15,23
201,46
18,00
0,10
45,13
4,67
84,12
19,00
0,10
44,23
1,58
94,61
14,71
178,73
16,00
0,11
47,16
4,77
76,38
17,00
0,11
46,10
1,45
79,90
14,08
156,27
14,00
0,12
49,61
4,88
68,37
15,00
0,11
48,32
1,34
65,82
13,33
134,18
12,00
0,12
52,61
5,00
60,05
13,00
0,12
51,03
1,24
52,49
12,43
112,54
10,00
0,13
56,39
5,14
51,38
11,00
0,13
54,39
1,14
40,06
11,38
91,44
8,00
0,14
61,29
5,29
42,29
9,00
0,14
58,67
1,06
28,67
10,15
70,97
6,00
0,16
67,87
5,45
32,72
7,00
0,15
64,32
0,99
18,52
8,71
51,24
4,00
0,18
77,22
5,64
22,56
5,00
0,17
72,10
0,93
9,81
7,02
32,37
2,00
0,21
91,51
5,85
11,71
3,00
0,19
83,53
0,88
2,79
1,79
14,50
0
0,27
116,10
6,10
-
1,00
0,24
101,93
0,84
1,00
1,00
1,00
Таблица 11.2 - Расчет замедлений и времени торможения
Vн, м/с
аi, м/с2
ti, с
tп, с
Уti, с
t, с
22
2,69
0,74
4,50
15,43
19,92
20
2,50
0,80
4,58
14,68
19,26
18
2,31
0,87
4,67
13,88
18,55
16
2,13
0,94
4,77
13,02
17,79
14
1,95
1,03
4,88
12,08
16,96
12
1,77
1,13
5,00
11,05
16,06
10
1,58
1,26
5,14
9,92
15,06
8
1,38
1,45
5,29
8,66
13,94
6
1,15
1,74
5,45
7,21
12,66
4
0,85
2,34
5,64
5,46
11,10
2
1,12
1,79
5,85
3,12
8,98
0
1,50
1,33
6,10
1,33
7,43
ЗаключениеВ данном курсовом проекте были спроектированы воздушная часть тормозной системы вагона и механическая часть колодочного тормоза. Причем основная часть деталей и приборов принята типовой, что значительно снижает их себестоимость.Так же была произведена оценка обеспеченности поезда тормозными средствами и проверка эффективности тормозной системы поезда.