Какое усилие возвратной пружины тц

Проверка обеспеченности вагона тормозными средствами

В соответствии с Правилами технической эксплуатации все грузовые и пассажирские вагоны, отправляемые в рейс, должны быть обеспечены автоматическими тормозами из расчета единой наименьшей тормозной силы [В_т], гарантирующей остановку поезда на заданном тормозном пути.

Однако вычисление тормозных сил поезда, составленного из большого количества разнотипных вагонов с различной загрузкой, но фактическому, действительному нажатию на колесо тормозных колодок К_д и коэффициенту трения φ_к весьма трудоемка, т. к. для вагонов в разном режиме торможения необходимо определять свое значение φ_к по известному К.

4.1 Определение расчетного коэффициента трения и расчетного тормозного нажатия колодок.

Коэффициент трения φ_к зависит от скорости движения, силы нажатия К колодки на колесо и вычисляется для композитных тормозных колодок по формуле:

Действительная сила нажатия ;

где: Р_ШТ — усилие по штоку ТЦ, Н;

Р_ТЦ — расчетное давление воздуха в ТЦ,

для крытых вагонов с композиционными колодками Р_ТЦ =0,3МПа;

Р_пр — усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Р_р -усилие возвратной пружины;

d_ТЦ -диаметр TЦ. мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

Р_о — усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Ж_Ц — жесткость отпускной пружины ТЦ, Ж_Ц = 6,57 кгс/см;

L_Ш — величина выхода штока TЦ, мм.

Для композиционных L_Ш =10см.

Р_{пр(комп)} =1590+6,57*100=2247 Н.

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: Р_ОР -усилие предварительного сжатия возвратной пружины

1_р — величина сжатия возвратной пружины 1_р = 15 мм;

n_р — передаточное число, для чугунных колодок и для композиционных n_р =0,65.

Ж_Ц — жесткость возвратной пружины ТЦ, Ж_Ц = 23,1 кгс/см

для композиционных колодок на среднем режиме ВР (Кд=15кН):

n – предаточное число ТРП вагона; n=5,4;

η_РП -КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать η_РП, для передачи с одним TЦ крытого вагона равным 0.95.

Тогда действительная сила нажатия:

Принимаем что у композиционных тормозных колодок Кд=16кН, тогда:

Расчетное нажатие К_p, определяется по действительному К_Д на основе метода приведения, исходя из того, чтобы при принятом φкр, отличающимся от φк, тормозная сила Вт, при любом методе расчета была одинаковая, равная истинному значению, т, е.:

для композиционных колодок:

4.2.Определение расчётного коэффициента нажатия тормозных колодок для различной степени загрузки крытого вагона.

Расчетный коэффициент нажатия тормозных колодок определяется:

для композиционных колодок среднего и груженного режимов:

для порожнего режима:

Также расчетный коэффициент силы нажатия тормозной колодки определяется в зависимости от статической нагрузки колесной пары на рельс:

m1 – число тормозных колодок одной колесной пары;

q0 — статическая нагрузка колесной пары на рельс.

Вычислим для различных режимов загрузки вагона и сведем данные в таблицу:

При наличии АРЖ:

Давление в ТЦ достигает до 60% загрузки вагона брутто. В зависимости от загрузки на ось оно составляет:

q0, кН/ось	66,25	86,25	106,25	126,25	146,25	166,25	232,5
Ртц, МПа	0,13	0,16	0,2	0,235	0,27	0,3	0,3

Усилие на штоке определяется:

площадь поршня ТЦ Fтц=994 ;

величина выхода штока Lшт=10 см.

результаты сведены в таблицу: Таблица 1.

Ртц, МПА	Ршт,кН	К, кН	Кр, кН	q0, кН/ось	δр
0,13	9,1	6,34	7,079	66,25	0,22
0,16	12,02	8,37	9,11	86,25	0,22
0,2	15,92	11,09	11,68	106,25	0,22
0,235	19,33	13,47	13,81	126,25	0,22
0,27	22,74	15,85	15,85	146,25	0,22
0,3	25,66	17,88	17,5	166,25	0,216
0,3	25,66	17,88	17,5	232,5	0,14

По данным таблицы 1 строим зависимость коэффициента расчетного тормозного нажатия композиционных колодок от загрузки вагона:

Из графика видно, что при наличии на вагоне АРЖ обеспеченность его тормозными средствами до 60% загрузки от веса брутто практически остается неизменной. Также при любой степени загрузки крытый вагон в полной мере обеспечен тормозами о чем свидетельствуют δр = 0,22 для поржнего и δр = 0,14 для груженного вагона.

При неисправном АРЖ:

результаты вычислений сведены в таблицу 2. Таблица 2

Режим ВР	Ртц, МПА	Ршт,кН	К, кН	Кр, кН	q0, кН/ось	δр
порожний	0,14	10,067	7,02	7,78	Т=66,25	0,24
Т+30=96,25	0,16
средний	0,3	25,66	17,88	17,5	96,25	0,30
126,25	0,27

По данным таблицы 2 строим зависимость коэффициента расчетного тормозного нажатия композиционных колодок от загрузки вагона:

Из графика видно, что обеспеченность вагона тормозными средствами по мере его загрузки существенно снижается на всех режимах.Вагон обеспечен тормозами.

Вывод: при наличии на вагоне АРЖ при любой степени загрузки крытый вагон в полной мере обеспечен тормозами о чем свидетельствуют δр = 0,22 для поржнего и δр = 0,14 для груженного вагона.

4.3. Проверка максимальной силы нажатия тормозных колодок на отсутствие юза колёсных пар.

Определяем усилие на штоке тормозного цилиндра при выходе штока L_шт=100 мм, для режимов ВР:

Определим действительную силу нажатия на тормозную колодку:

Определим величину расчётного нажатия:

Определяем тормозной расчётный коэффициент:

Расчётный коэффициент трения определяют для скоростей V=20км/ч; V=100км/ч; V=120 км/ч.

Допустимый коэффициент сцепления колёс с рельсами определяется по формуле: [y_p]=y_д*y_v,

При наличии на вагоне АРЖ:

Определим действительную силу нажатия на тормозную колодку:

Определим величину расчётного нажатия:

Определяем тормозной расчётный коэффициент:

Расчётный коэффициент трения определяют для скоростей V=20км/ч; V=100км/ч; V=120 км/ч.

Допустимый коэффициент сцепления колёс с рельсами определяется по формуле: [y_p]=y_д*y_v,

Вывод: полученные значения коэффициента сцепления колеса с рельсом меньше допускаемых. Следовательно, при торможении юза не будет. В соответствии с требованиями МПС по тормозам, величина коэффициента расчетного тормозного сжатия δ = 0,31 свидетельствует о полной обеспеченности крытого вагона тормозами и его можно эксплуатировать в грузовых поездах с максимальной скоростью движения 120 км/ч.

Воспользуйтесь поиском по сайту:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2023 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.011 с) .

Разработка и проектирование тормозной рычажной передачи 4-х осевого крытого вагона на тележках модели 18-100 (стр. 4 из 10)

Рис. 3.1 Схема рычажной передачи тормоза крытого вагона:

1-тормозной цилиндр; 2-шток ТЦ; 3,4-головной и тыловой горизонтальные рычаги; 5-затяжка горизонтальных рычагов; 6,7-тяга; 8,9-вертикальные рычаги; 10-затяжка вертикальных рычагов; 11-серьга;

Передаточное число выбирают в пределах 6-12 с учетом возможности обеспечения нормативных зазоров 5-10 мм между колодкой и колесом в отпущенном состоянии тормоза и обычно допускаемых величинах выхода штока поршня ТЦ 0,075-0,1 5 м.

Отношение суммы фактических сил нажатия ΣК_Д тормозных колонок к расчетному нажатию без учета потерь ΣК_Т, называется КПД рычажной передачи.

Величина выхода штока ТЦ является функцией многих параметров:

где: Δ_ТК — суммарное число тормозных колодок;

Δ_У — упругие деформации элементов ТРП;

п — передаточное число ТРП;

Δ_З — зазор между колесом и колодкой

Для крытых вагонов с композиционными колодками L_ШТ = 0,1м,

с чугунными L_ШТ =0,125м.

3.3 Определение передаточного числа рычажной передачи по заданной величине нажатии тормозных колодок

Имея выбранный диаметр ТЦ dможно при проектировании ТРП определить ориентировочную величину ее передаточного числа n. Это необходимо выполнить для последующего расчета размеров элементов ТРП.

где ΣК_n— суммарное проектное нажатие тормозных колодок, подключенных к ТЦ;

η_РП — КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать η_РП, для передачи с одним TЦ крытого вагона равным 0.95.

Усилие на штоке ТЦ определяют по зависимости:

где: Р_ШТ — усилие по штоку ТЦ, Н;

Р_ТЦ — расчетное давление воздуха в ТЦ,

для крытых вагонов с композиционными колодками Р_ТЦ=0,3МПа;

с чугунными Р_ТЦ = 0,4МПа.

Р_пр — усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Р_р— усилие возвратной пружины;

d_ТЦ — диаметр TЦ. мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

Р_о — усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Ж_Ц — жесткость отпускной пружины ТЦ, Ж_Ц = 6,57 кгс/см;

L_Ш— величина выхода штока TЦ, мм.

Для чугунных колодок L_Ш= 12,5см, для композиционных L_Ш =10см.

Р_{пр(комп)} =1590+6,57*100=2247 Н.

Р_пр(чуг) = 1590 + 6,57*125 = 2411,3 Н

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: Р_ОР — усилие предварительного сжатия возвратной пружины

1_р— величина сжатия возвратной пружины 1_р= 15 мм;

n_р — передаточное число, для чугунных колодок и для композиционных n_р=0,65.

Ж_Ц — жесткость возвратной пружины ТЦ, Ж_Ц = 23,1 кгс/см

для композиционных колодок на среднем режиме ВР (Кд=15кН):

для чугунных колодок на груженном режиме ВР(Кд=38кН):

3.4 Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза

Согласно схеме ТРП, представленной на рис. 3.1, сила Р_ШТ поршня, действующая по направлению штока 2, передается через горизонтальный рычаг 3 на тягу 6, с выигрышем силы пропорционально отношению плеч этого рычага а: 6.

Полученная на тяге сила Р₁ на крытом вагоне, при помощи вертикального рычага 8 передается на ближний к ТЦ триангель с новым изменением силы пропорционально отношению (в+г)/г этого рычага.

где P₁ – усилие, с которым тяга 6 воздействует на вертикальный рычаг 8 тележки;

а и б – плечи горизонтальных рычагов ТЦ;

P₂ – усилие от вертикального рычага тележки на триангель;

в и г – плечи вертикальных рычагов тележки.

Направление силы P₂ образует угол a с направлением нормального давления колодки.

Силы нажатия на тормозной колодки триангеля находим из выражения:

где a =10° — угол наклона колодки.

ТРП подвижного состава конструируются с одинаковой силой нажатия колодок на все к.п.

В данной схеме это достигается подбором плеч рычагов 3,4 и 8,9 и шарнирным соединением их затяжками 5 и 10. Поэтому, чтобы найти суммарную силу нажатия на колодки вагона достаточно полученное выражение умножить на число колодок, тогда:

Имея в виду формулу

3.5 Определение плеч рычагов и длин тяг рычажной передачи

Размеры плеч рычагов определяют из условий их размещения в ТРП на вагоне и реализации требуемого передаточного числа п. Длина тяг выбирается с учетом места расположения на раме вагона ТЦ и подключаемых к нему ТРП тележек.

3.5.1 Выбор длин плеч вертикальных рычагов тележки

Рис.3.2 Вертикальный рычаг тележки.

Расчетная схема установки вертикального рычага тележки вагона (рис.3.2). Из рисунка видно, что суммарная длина плеч рычага:

где: h_в— расстояние от центра верхней проушины до рамы кузова, исключающее взаимодействия конуса рычага с рамой вагона;

h_н — расстояние, исключающее возможность в процессе эксплуатации вагона, выхода конуса рычага за габарит подвижного состава;

Н – расстояние от уровня головки рельса до нижней плоскости кузова в месте расположения вертикального рычага.

Для рычага, подвешенного к необрессоренной массе те­лежки (грузовой вагон), учитывают понижения рамы кузова вследствие:

Δп-износа пятника и подпятника;

¦_ст – величина равномерного статического прогиба;

¦_о – статическая осадка рессор и понижение рамы тележки, ¦_о =10 мм [4,табл.5.2.]

D_к – износ колёсной пары по кругу катания, D_к =53 мм;

D_б – износ буксы и боковины в месте взаимного опирания, D_б =2 мм;

D_ш – максимальный износ шарнирных соединений подвески рычага, D_ш=9мм;

h_г – допускаемая высота от головки рельса до габаритного очертания ходовых частей вагона; h_г =70 мм;

D_з – страховой зазор, D_з =30 мм;

¦_д – динамический пробег;

R_в и R_н – радиусы верхней и нижней проушин;

где Р_р— расчётная нагрузка на вагон, кН;

l_т – гибкость рессорного подвешивания тележки, l_т =0,125 мм/кН [табл. 5.4.].

где К_дв— коэффициент динамической добавки вертикальных сил, К_дв=0,55¸0,65.

h_в = 5+58,1+31,96+10+40+30=175 мм

Из этого выражения находим искомые плечи в и г, где А=2,5; Н=930мм.

Из решения системы уравнений получаем:

в=400,7 мм; г=160,3 мм;

На основе опыта вагоностроения и эксплуатации принимаем:

в=400 мм; г=160 мм;

3.5.2 Определение длин плеч горизонтальных рычагов ТЦ

Длина горизонтального рычага по центрам проушин определяется по конструктивным соображениям из условия размещения ТЦ на раме вагона,

а также по накопленному опыту проектирования ТРП и испытанию тормозных систем МПС рекомендует к применению на крытых вагонах рычага ТЦ стандартных размеров 660 мм; т. е. а + б = l = 660мм.

Рис. 3.2 Схема размещения горизонтальных рычагов на раме

2 – затяжка горизонтальных рычагов;

3 – горизонтальный рычаг;

Длина горизонтального рычага по центрам проушин: l=а+б;

Длины плеч а и б рычага ТЦ можно определить, используя для этого формулу геометрического передаточного числа РП При этом принимают, что передаточное число n_г должно быть одинаковым с величиной n_к, полученный в п.3.2. по заданному нажатию тормозных колодок, т.е. n_г = n_к.т.о., получаем систему из 2-х уравнений:

Проверка обеспеченности вагона тормозными средствами

В соответствии с правилами технической эксплуатации все грузовые и пассажирские вагоны, отправляемые в рейс, должны быть обеспечены автоматическими тормозами из расчета единой наименьшей тормозной силы [В_т], гарантирующей остановку поезда на заданном тормозном пути.

Однако вычисление тормозных сил поезда, составленного из большого количества разнотипных вагонов с различной загрузкой, но фактическому, действительному нажатию на колесо тормозных колодок К_д и коэффициенту трения φ_к весьма трудоёмки, т. к. для вагонов в разном режиме торможения необходимо определять свое значение φ_к по известному К.

Расчет фактического давления сжатого воздуха в ТЦ

Грузовой авторежим обеспечивает давление в тормозном цилиндре порожних вагонов 0.28 – 0.32МПа. Значения давления воздуха в ТЦ, при различной степени загрузки вагона указаны в табл.4.1.

Таблица 4.1.

Тип вагона	Давление воздуха Pтц в МПа в ТЦ при загрузке в %
Средний	0.13	0.16	0.2	0.235	0.27	0.3
Груженый	0.16	0.22	0.27	0.325	0.375	0.4

4.2 Определение действительных и расчётных нажатий тормозных колодок

Коэффициент трения φ_к зависит от скорости движения, силы нажатия К колодки на колесо и вычисляется для композиционных тормозных колодок по формуле:

Действительная сила нажатия ;

где: Р_ШТ – усилие по штоку ТЦ, Н;

Р_ТЦ – расчетное давление воздуха в ТЦ,

Р_пр – усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Р_р –усилие возвратной пружины;

d_ТЦ –диаметр TЦ мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

Р_о – усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Ж_Ц – жесткость отпускной пружины ТЦ, Ж_Ц = 6.57 кгс/см;

L_Ш — величина выхода штока TЦ, мм.

Для композиционных колодок L_Ш =10см.

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: Р_ОР –усилие предварительного сжатия возвратной пружины

1_р — величина сжатия возвратной пружины 1_р = 25 мм;

n_р – передаточное число, для композиционных колодок, n_р =0.47.

Ж_Ц – жесткость возвратной пружины ТЦ, Ж_Ц = 23.1 кгс/см

Усилие по штоку ТЦ:

n – передаточное число ТРП вагона для композиционных колодок n=5.87;

η_РП –КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать для передачи с одним TЦ вагона-хоппера равным 0.95.

Тогда действительная сила нажатия:

Расчетное нажатие К_p, определяется по действительному К_Д на основе метода приведения, исходя из того, чтобы при принятом φкр, отличающимся от φк, тормозная сила Вт, при любом методе расчета была одинаковая, равная истинному значению, т, е.:

для композиционных колодок:

Принимаем что у композиционных тормозных колодок Кд=16 кН, тогда:

4.3 Определение расчётного коэффициента нажатия тормозных колодок для различной степени загрузки вагона

Расчетный коэффициент нажатия тормозных колодок определяется:

для композиционных колодок среднего и груженого режима:

для порожнего режима:

Также расчетный коэффициент силы нажатия тормозной колодки определяется в зависимости от статической нагрузки колесной пары на рельс:

m1 – число тормозных колодок одной колесной пары;

q0 – статическая нагрузка колесной пары на рельс.

Вычислим для различных режимов загрузки вагона и сведем данные в таблицу 4.2.

При наличии АРЖ:

Давление в ТЦ достигает до 60% загрузки вагона брутто. В зависимости от загрузки на ось оно составляет:

Таблица 4.2.

q0, кН/ось	66.65	86.65	106.65	126.65	146.65	166.65	226.6
Ртц, МПа	0.13	0.16	0.2	0.235	0.27	0.3	0.3

Усилие на штоке определяется:

площадь поршня ТЦ Fтц=994 ;

величина выхода штока Lшт=10м.

результаты сведены в таблицу 4.3:

Таблица 4.3

Ртц, МПА	Ршт,кН	К, кН	Кр, кН	q0, кН/ось	δр
0.13	9.038	6.2	7.079	56.65	0.221
0.16	11.966	8.21	9.11	86.65	0.218
0.2	15.866	10.89	11.68	106.65	0.219
0.235	19.282	13.23	13.81	126.65	0.216
0.27	22.696	15.578	15.85	146.65	0.212
0.3	25.622	17.586	17.5	166.65	0.210
0.3	25.622	17.586	17.5	226.6	0.154

По данным таблицы 4.3 строим зависимость коэффициента расчетного тормозного нажатия композиционных колодок от загрузки вагона:

Из графика видно, что при наличии на вагоне АРЖ обеспеченность его тормозными средствами до 60% загрузки от веса брутто практически остается неизменной.

Вывод: при наличии на вагоне АРЖ при любой степени загрузки вагон в полной мере обеспечен тормозами о чем свидетельствуют δр = 0.221 для порожнего и δр = 0.154 для груженого вагона.

При отсутствии АРЖ:

Произведем расчет усилия на штоке для расчетных значений P_ТЦ при отсутствии АРЖ, полученные данные сведем в таблице 4.4.

Режим включения ВР	Расчетная величина давления в тормозном цилиндре РТЦ, МПа	Давление на штоке ТЦ РШТ, кН
Порожний	0,13	9,47
Средний	0,3
груженый	0,4	35,794

Результаты расчета коэффициентов для вагонов не оборудованных АРЖ приведены в табл. 4.5.

Режим включения ВР	Давление на штоке ТЦ РШТ, кН	КД, кН	КР, кН
Порожний	9,47	5,146	5,84
Средний	17,66	17,33
груженый	35,794	24,31	22,38

Вычислим для различных режимов загрузки вагона и сведем данные в таблицу 4.6

Поскольку авторежим на полувагоне неисправен, то приходится использовать ручное переключение грузовых режимов ВР в зависимости от степени загрузки полувагона.

Режим ВР	КР, кН	q0, кН/ось
Порожний	5,84	56.65	0,21
86.65	0,135
Средний	17,33	116.65	0,297
226.65	0,153

По полученным данным в таб. 4.6. построим зависимость коэффициента расчетного тормозного нажатия композиционных колодок от загрузки, при неисправном АРЖ (рис. 4.2)

Из графика видно, что обеспеченность вагона тормозными средствами по мере его загрузки существенно снижается на всех режимах. Вагон обеспечен тормозами.

Вывод: при наличии на вагоне АРЖ при любой степени загрузки крытый вагон в полной мере обеспечен тормозами о чем свидетельствуют полученные значения δр для поржнего и для груженного вагона.

4.3Проверка максимальной величины силы нажатия тормозных колодок на отсутствие юза колёсных пар

Определяем усилие на штоке тормозного цилиндра при выходе штока L_шт=100 мм, для режимов ВР:

Определим действительную силу нажатия на тормозную колодку:

Определим величину расчётного нажатия:

Определяем тормозной расчётный коэффициент:

Расчётный коэффициент трения определяют для скоростей V=20км/ч; V=60км/ч; V=100 км/ч; V=120 км/ч.

Допустимый коэффициент сцепления колёс с рельсами определяется по формуле [y_p]=y_д*y_v:

Для порожнего режима:

Для среднего режима:

При наличии на вагоне АРЖ:

Определим действительную силу нажатия на тормозную колодку:

Определим величину расчётного нажатия:

Определяем тормозной расчётный коэффициент:

Расчётный коэффициент трения определяют для скоростей V=20км/ч; V=100км/ч; V=120 км/ч.

Допустимый коэффициент сцепления колёс с рельсами определяется по формуле: [y_p]=y_д*y_v,где

Для порожнего режима:

Для среднего режима:

Вывод: Полученные значения коэффициента сцепления колеса с рельсом меньше допускаемых. Следовательно, при торможении юза не будет. В соответствии с требованиями МПС по тормозам, величина коэффициента расчетного тормозного сжатия свидетельствует о полной обеспеченности полувагона тормозами и его можно эксплуатировать в грузовых поездах с максимальной скоростью движения 120 км/ч, вагон обеспечен тормозами, а также пошел проверку на отсутствие юза колесных пар.

Расчет и проектирование механической части тормозной системы вагона

Выбор схемы тормозной рычажной передачи (ТРП) определяется типом подвижного состава и конструкцией ходовых частей. При этом ТРП конструируют с учетом реализации требуемого нажатия тормозных колодок и допускаемого удельного давления колодок на колесо

Все основные типы грузовых, рефрижераторных и пассажирских вагонов оборудованы симметричной ТРП, состоящей из двух кинематических цепей, головной и тыловой, размещенных снизу на раме кузова и тележках вагона. Эти кинематические цени передачи тормоза подключены к ТЦ, расположены на раме кузова и средней части вагона. Объединяющим их элементом является затяжка горизонтальных рычагов ТЦ.

3.2 Качественные характеристики механической части тормозной системы вагона

Несмотря на специфические особенности, каждая механическая часть тормозной системы обладает определенными качественными признаками, к которым относятся:

Рис. 3.1 Схема рычажной передачи тормоза крытого вагона:

1-тормозной цилиндр; 2-шток ТЦ; 3,4-головной и тыловой горизонтальные рычаги; 5-затяжка горизонтальных рычагов; 6,7-тяга; 8,9-вертикальные рычаги; 10-затяжка вертикальных рычагов; 11-серьга;

Передаточное число выбирают в пределах 6-12 с учетом возможности обеспечения нормативных зазоров 5-10 мм между колодкой и колесом в отпущенном состоянии тормоза и обычно допускаемых величинах выхода штока поршня ТЦ 0,075-0,1 5 м.

Отношение суммы фактических сил нажатия ?К_Д тормозных колонок к расчетному нажатию без учета потерь ?К_Т, называется КПД рычажной передачи.

Величина выхода штока ТЦ является функцией многих параметров:

где: ?_ТК — суммарное число тормозных колодок;

?_У — упругие деформации элементов ТРП;

п — передаточное число ТРП;

?_З — зазор между колесом и колодкой

Для крытых вагонов с композиционными колодками L_ШТ = 0,1м,

с чугунными L_ШТ =0,125м.

3.3 Определение передаточного числа рычажной передачи по заданной величине нажатии тормозных колодок

Имея выбранный диаметр ТЦ d можно при проектировании ТРП определить ориентировочную величину ее передаточного числа n. Это необходимо выполнить для последующего расчета размеров элементов ТРП.

где ?К_n — суммарное проектное нажатие тормозных колодок, подключенных к ТЦ;

?_РП — КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать ?_РП, для передачи с одним TЦ крытого вагона равным 0.95.

Усилие на штоке ТЦ определяют по зависимости:

где: Р_ШТ — усилие по штоку ТЦ, Н;

Р_ТЦ — расчетное давление воздуха в ТЦ,

для крытых вагонов с композиционными колодками Р_ТЦ=0,3МПа;

с чугунными Р_ТЦ = 0,4МПа.

Р_пр — усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Р_р — усилие возвратной пружины;

d_ТЦ — диаметр TЦ. мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

Р_о — усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Ж_Ц — жесткость отпускной пружины ТЦ, Ж_Ц = 6,57 кгс/см;

L_Ш— величина выхода штока TЦ, мм.

Для чугунных колодок L_Ш= 12,5см, для композиционных L_Ш =10см.

Р_{пр(комп)} =1590+6,57*100=2247 Н.

Р_пр(чуг) = 1590 + 6,57*125 = 2411,3 Н

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: Р_ОР — усилие предварительного сжатия возвратной пружины

1_р— величина сжатия возвратной пружины 1_р= 15 мм;

n_р — передаточное число, для чугунных колодок и для композиционных n_р=0,65.

Ж_Ц — жесткость возвратной пружины ТЦ, Ж_Ц = 23,1 кгс/см

для композиционных колодок на среднем режиме ВР (Кд=15кН):

для чугунных колодок на груженном режиме ВР(Кд=38кН):

3.4 Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза

Согласно схеме ТРП, представленной на рис. 3.1, сила Р_ШТ поршня, действующая по направлению штока 2, передается через горизонтальный рычаг 3 на тягу 6, с выигрышем силы пропорционально отношению плеч этого рычага а: 6.

Полученная на тяге сила Р₁ на крытом вагоне, при помощи вертикального рычага 8 передается на ближний к ТЦ триангель с новым изменением силы пропорционально отношению (в+г)/г этого рычага.

где P1 — усилие, с которым тяга 6 воздействует на вертикальный рычаг 8 тележки;

а и б — плечи горизонтальных рычагов ТЦ;

P₂ — усилие от вертикального рычага тележки на триангель;

в и г — плечи вертикальных рычагов тележки.

Направление силы P₂ образует угол с направлением нормального давления колодки.

Силы нажатия на тормозной колодки триангеля находим из выражения:

где =10 — угол наклона колодки.

ТРП подвижного состава конструируются с одинаковой силой нажатия колодок на все к.п.

В данной схеме это достигается подбором плеч рычагов 3,4 и 8,9 и шарнирным соединением их затяжками 5 и 10. Поэтому, чтобы найти суммарную силу нажатия на колодки вагона достаточно полученное выражение умножить на число колодок, тогда:

Имея в виду формулу

3.5 Определение плеч рычагов и длин тяг рычажной передачи

Размеры плеч рычагов определяют из условий их размещения в ТРП на вагоне и реализации требуемого передаточного числа п. Длина тяг выбирается с учетом места расположения на раме вагона ТЦ и подключаемых к нему ТРП тележек.

3.5.1 Выбор длин плеч вертикальных рычагов тележки

Рис.3.2 Вертикальный рычаг тележки.

Расчетная схема установки вертикального рычага тележки вагона (рис.3.2). Из рисунка видно, что суммарная длина плеч рычага:

где: h_в— расстояние от центра верхней проушины до рамы кузова, исключающее взаимодействия конуса рычага с рамой вагона;

h_н — расстояние, исключающее возможность в процессе эксплуатации вагона, выхода конуса рычага за габарит подвижного состава;

Н — расстояние от уровня головки рельса до нижней плоскости кузова в месте расположения вертикального рычага.

Для рычага, подвешенного к необрессоренной массе те-лежки (грузовой вагон), учитывают понижения рамы кузова вследствие:

?п-износа пятника и подпятника;

_ст — величина равномерного статического прогиба;

_о — статическая осадка рессор и понижение рамы тележки, _о =10 мм [4,табл.5.2.]

_к — износ колёсной пары по кругу катания, _к =53 мм;

_б — износ буксы и боковины в месте взаимного опирания, _б =2 мм;

_ш — максимальный износ шарнирных соединений подвески рычага, _ш=9мм;

h_г — допускаемая высота от головки рельса до габаритного очертания ходовых частей вагона; h_г =70 мм;

_д — динамический пробег;

R_в и R_н — радиусы верхней и нижней проушин;

где Р_р— расчётная нагрузка на вагон, кН;

_т — гибкость рессорного подвешивания тележки, _т =0,125 мм/кН [табл. 5.4.].

где Кдв- коэффициент динамической добавки вертикальных сил, Кдв=0,550,65.

h_в = 5+58,1+31,96+10+40+30=175 мм

Из этого выражения находим искомые плечи в и г, где А=2,5; Н=930мм.

Из решения системы уравнений получаем:

в=400,7 мм; г=160,3 мм;

На основе опыта вагоностроения и эксплуатации принимаем:

в=400 мм; г=160 мм;

3.5.2 Определение длин плеч горизонтальных рычагов ТЦ

Длина горизонтального рычага по центрам проушин определяется по конструктивным соображениям из условия размещения ТЦ на раме вагона,

а также по накопленному опыту проектирования ТРП и испытанию тормозных систем МПС рекомендует к применению на крытых вагонах рычага ТЦ стандартных размеров 660 мм; т. е. а + б = l = 660мм.

Рис. 3.2 Схема размещения горизонтальных рычагов на раме

2 — затяжка горизонтальных рычагов;

3 — горизонтальный рычаг;

Длина горизонтального рычага по центрам проушин: l=а+б;

Длины плеч а и б рычага ТЦ можно определить, используя для этого формулу геометрического передаточного числа РП При этом принимают, что передаточное число n_г должно быть одинаковым с величиной n_к, полученный в п.3.2. по заданному нажатию тормозных колодок, т.е. n_г = n_к.т.о., получаем систему из 2-х уравнений:

Для чугунных колодок:

9,7= 4* а/б*(400+160)/160*cos 10

Из решения системы получаем:

а=270 мм; б=390 мм (фактич.размер а=260;б=400);

Тогда фактическое передаточное число:

n_г (ч) = 4* 270/390*(400+160)/160*cos 10=9,5;

Для композиционных колодок:

5,3 = 4* а/б*(400+160)/160*cos 10

Из решения системы получаем:

а=185 мм; б=475 мм (фактич.размер а=195; б=465);

Тогда фактическое передаточное число:

n_г (к) = 4* 185/475*(400+160)/160*cos 10=5,4;

3.5.3 Определение длинны тяг и затяжек рычагов

Длину головной l_г и тыловой /_т тяг, соединяющих на гру-зовых вагонах рычаги ТЦ с рычагами тележки, определяют исходя из координат их шарнирных соединений.

В симметричной ТРП грузового вагона, на котором ТЦ установлен в средней части на раме кузова, длину тяг можно определить из выражений

где 2L — база вагона;

lп- расстояние от центра шкворня тележки до шарнирного соединения тяги с рычагом тележки;

— расстояние от центра кузова вагона соответственно до шарнирного соединения рычага со штоком ТЦ или с крон-штейном «мертвой точки»

ly; lx — расстояние от шарнирных соединений штока ТЦ и кронштейна «мертвой точки» соответственно до головной или тыловой тяг;

lур -максимальная длина установки регулятора ТРП.

Координатой шарнирного соединения тяги с рычагом те-лежки (см.рис.5.3) является 1_п— расстояние до центра шкворня тележки, которое определяется с учетом среднего диаметра ко-лес в тележке и толщины колодок. Из инструкции и пособия по обслуживанию и ремонту тормозов [6,8] при среднем диа-метре колес 964-950мм и прижатых полномерных колодках установочный размер ТРП в тележке l_п= 350-450мм.

Известны и координаты шарнирных соединений тягового стержня АРП, являющегося продолжением головной тяги, и тыловой тяги вагона с рычагами ТЦ. Это расстояние /_у и /_х (рис. 3.4) от этих шарниров до установки ТЦ на раме кузова. Для грузовых вагонов с АРП принимают l_у=50-90мм и l_х=200-260мм.

Расстояние от середины кузова вагона до отверстия на штоке ТЦ для шарнирного соединения l_ц1=510мм и до от-верстия в кронштейне «мертвой точки» l_ц2=330мм. Таким обра-зом длина установки ТЦ №188Б составляет l_ц1 +-l_ц2 = 840мм.

Максимальная длина l_yp установки* АРП №574Б достигает 2252 мм и РТРП-675 2377мм.

Длину затяжки рычагов ТЦ можно определить из выра-жения:

Длину затяжки lзр вертикальных рычагов в тележке гру-зового вагона выбирают в зависимости от среднего диаметра колоес тележки при полномерных тормозных колодках. При полномерных колесах в тележке Д_ср=964мм длина составляет 950мм, а при среднем диаметре колес менее 865мм lз должна достигать 1110мм, длина серьги 127-227мм.

Рис. 3.3 Схема установочных размеров рычажной передачи крытого вагона

Рис. 3.4 Схема установочных размеров тормозного цилиндра и его рычагов

3.6 Выбор сечений элементов рычажной передачи тормоза вагона

3.6.1 Определение усилий, действующих на элементы рычажной передачи

Искомые усилия, действующие в местах всех шарнирных соединений определяются из условия равновесия рычагов ТРП в тормозном положении, рассматривая последовательно передачу усилий со штока ТЦ на тормозные колодки. Из условия равновесия рычагов тормоза вагона следует:

Тогда на шток ТЦ крытого вагона усилия составляют:

Определим усилие при чугунных колодках:

определим усилие при композиционных колодках:

3.6.2. Расчет на прочность рычага Т.Ц.

Расчет на прочность предполагает определение геометрических размеров сечений элементов ТРП, исходя из условия, что возникающие напряжения (растяжения, сжатия, изгиба, смятия и среза) в этих сечениях под нагрузкой не должны превышать допускаемые для марок стали, из которых намечается их изготовление. Для деталей тормоза, рассчитанных в соответствии с нормами для расчета и проектирования на наиболее невыгодное, но возможное в эксплуатации сочетание расчетных сил

Рис 3.4 Расчетная схема рычага т.ц. и эпюра изгибающего момента, сечения рычага тележки

Размеры горизонтального рычага тележки типа 18-100 крытого вагона:

а=260; б= 400 мм; d₁= 40 мм; d₂ = 45 мм; H*h =142*14 мм; R = 40 мм.

где: [_и] — допускаемые максимальные напряжения в рычаге при

изгибе — 145 МПа;

W-момент сопротивления поперечного сечения рычага;

М_и — изгибающий момент в опасном сечении рычага.

В свою очередь момент сопротивления можно определить из выражения.

После соответствующих преобразований получим уравнение следующего вида

По правилу Тартальи корень этого уравнения представляется выражением:

где: U и V — решения системы.

из таб. 6.2 выбираем следующие размеры сечений рычага: при d₂ =45мм,

h = 120мм, t = 14мм;

Напряжения сжатия и среза определяются по формулам:

где: Р- усилие на проушину;

t — толщина проушины;

d₁ — диаметр проушины;

h — высота сечения проушины по линии среза, принимается равной:

R — радиус наружного очертания проушины.

При расчете проушины напряжения изгиба и растяжения определяются как для криволинейного бруса с сосредоточенной нагрузкой. В зависимости от кривизны этого бруса распределение напряжений по сечению принимается либо по линейному либо по гиперболическому законам (при отношении среднего радиуса к высоте сечения проушины больше 5-ти рекомендуется принимать линейный закон распределения напряжений).

Для прямой проушины рычага максимальные растягивающие напряжения в сечении по отверстию определяются по формуле:

максимальное напряжения на внешнем контуре проушины в сечении, расположенном по линии действия сосредоточенной силы Р, находятся по формуле:

где: K₁ и K₂ — коэффициенты, определяемые в зависимости от отношения d₁/2R=0,5. K₁ =4; K₂ =6

3.7 Расчет на прочность по допускаемым напряжениям затяжки горизонтальных рычагов

Рис 3.5 Затяжка горизонтальных рычагов.

Тяги и прямолинейные затяжки рычагов в расчетной схеме принимаются в виде стержня шарнирно опертого по концам и центрально растянутого или сжатого силами.

где: F — площадь поперечных сечений (без учета местных ослаблении).

t — ширина поперечного сечения; t=25 мм;

h — высота поперечного сечения; h=110 мм;

где е — эксцентриситет приложения усилия Р3, е =105мм.

3.8. Вычисление величины деформации элементов рычажной передачи при торможение вагона

Упругие деформации элементов рычажной передачи, работающих на растяжение или сжатие определим по формуле:

где: Р — сила действующая в рассматриваемом сечение, Н;

l — длинна рассматриваемых элементов, см;

F — площадь поперечного сечения, см;

Е — модуль упругости, Н/см.

В случае внутреннего растяжения (сжатия) формула принимает следующий вид:

где: е — эксцентриситет приложения силы;

I — момент инерции сечения относительно точки приложения силы.

Деформации рычагов рассчитываем по следующей формуле:

где: а и б — плечи рычагов, мм.

Деформация траверсы определяется по формуле:

где: c — плечо приложения силы Р, мм.

Деформация изгиба горизонтального рычага ТЦ:

Момент инерции определим по формуле:

3.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ВЫХОДА ШТОКА ТОРМОЗНОГО ЦИЛИНДРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ВАГОНА

Рис. 3.6 Зависимость хода поршня от давления в Т.Ц.

3.9.1 РАСЧЕТ СВОБОДНОГО ХОДА ПОРШНЯ ЦИЛИНДРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ВАГОНА

Определим влияние величины зазора ? между колодкой и колесом на выход штока L_CB поршня ТЦ. Рассмотрим только головную кинематическую цепь ТРП. Ты-ловая кинематическая цепь передачи тормоза, расположенная на вагоне со стороны задней крышки ТЦ по всей структуре идентична головной и имеет обозначения соединений подвиж-ных звеньев 1 — 9.

Свободный ход поршня ТЦ найдем из условий перемеще-ния шарниров 1- 9 и 1′ — 9′ собирающих элементы рычажного механизма в единые кинематические цепи. Для этого восполь-зуемся подобием треугольников, образованных в структуре механизма изначальным и конечным местоположением рычагов передачи (рис. 3.7.)

Рис. 3.7.Свободный ход поршня Т.Ц. при торможении вагона за счет перемещения колодок до прилегания к колесам.

С учетом полученных результатов полную величину свободного хода поршня Т. Ц. можно выразить:

— зазор между колодкой и колесом; = 8мм.

для чугунных колодок:

для композиционных колодок:

Приращение выхода штока от износа тормозных колодок определяется

— износ тормозных колодок; по данным ВНИИЖТа:

, для чугунных тормозных колодок.

3.9.2 РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ХОДА ШТОКА ЦИЛИНДРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ВАГОНА

После прилегания всех колодок к колесам с увеличением давления воздуха в ТЦ колодки прижимаются с большим уси-лием, а поршень цилиндра, как указывалось выше, сделает до-полнительный ход L_доп, величина которого зависит от давления воздуха в ТЦ, деформации всех элементов ТРП и ее переда-точного числа.

Под действием тормозных усилий рычаги передачи под-вергаются деформациям изгиба, тяги и другие продольные элементы — растяжению или сжатию. Криволинейной формы затяжки или распорки рычагов испытывают внецентренное, растяжение. Деформируют также триангели и траверсы в на-правлении воздействующих на них усилий.

Схема для определения влияния упругих деформаций ТРП на величину хода поршня ТЦ в 4-х осном грузовом вагоне показана на рис 3.8.Искомое приращение хода штока ТЦ най-дем в указанной схеме из условий перемещений шарниров 2-11, соединяющих между собой в кинематические цени элемен-ты рычажного механизма.

Для этого воспользуемся подобием треугольников, обра-зованных в структуре механизма изначальным и конечным местоположением рычагов передачи, обусловленным деформа-циями в ТРП.

₂ — изгиба вертикального рычага тележки;

₃ — сжатие затяжки вертикальных рычагов;

₄ — растяжение тяги вагона;

₅ — изгиба горизонтального рычага ТЦ;

₆ — растяжение затяжки горизонтальных рычагов;

3.9.3 Вычисление величин деформаций элементов РП при торможении вагона

Деформация вертикального рычага тележки:

Упругие деформации элементов Р.П., работающих на растяжение и сжатие определяются по:

Р — сила действующая в рассматриваемом сечении, Н.

l — длины рассматриваемых элементов, см,

F — площадь поперечного сечения, см 2

Е — модуль упругости, Н/ см 2

В случае внутреннего растяжения (сжатия) формула примет вид:

е — эксцентриситет приложения силы;

I- момент инерции сечения.

Деформация сжатия затяжки вертикальных рычагов:

где l — длина затяжки, l=119,5 см;

F — площадь поперечного сечения, F=18.75 см 2 .

Деформация растяжения тяги вагона:

F=3,8 см 2 ; lдл=2910 мм; lкор=523 мм;

Деформация горизонтального рычага:

t*(h 3 -d₂ 3 ) 14(140 3 — 45 3 )

I= = = 3095021мм 3

Деформация затяжки горизонтальных рычагов (внецентренное

где e — эксцентриситет, е = 65мм;

I — момент инерции сечения пластины.

I=t*h 3 /12= 25*110 3 /12=2772917мм 4

F= t*h=25*110=2750; l=1070мм;

Принимаем деформацию прогиба триангеля в процессе торможения 2 мм.

Определяем величину выхода штока от упругих деформаций.

По технологическим требованиям на проектирование ТРП вагона выход штока ТЦ от упругих деформаций не должен превышать 25% (<60мм) выхода штока при ПСТ или при 1-ой ступени торможения.

3.10. Приращение хода поршня Т. Ц. от сжатия возвратной пружины регулятора

РисЗ.9Приращение хода поршня тормозного цилиндра в зависимости от величины сжатия пружины АРП

Поршень ТЦ совершает дополнительный ход в процессе торможения вагона за :чет возвратной пружины регулятора рычажной передачи. На рис. 3.9 приведена расчетная схема узла ТЦ 1 вагона для определения приращения хода его поршня от сжатия возвратной пружины 3 в регуляторе 2 при торможении.

При воздействии привода 4 на корпус регулятора 2.Под действием растягивающих усилий, развиваемых поршнем ТЦ 1 в процессе торможения, происходит сжатие тяговым стержнем 7 возвратной пружины 3 регулятора на величину А_Р (см Рис.3.9), что обуславливает поворот головного горизонтального рычага 5 и приращения хода поршня цилиндра. Зависимость перемещения поршня ТЦ и величины сжатия _р возвратной пружины 3 установим; на основе подобия треугольников f1f0 и t1t0 откуда следует: