1.3 Тормозные задачи и методы их решения

Поскольку режим торможения является важнейшим в обеспечении безопасности движения поездов, тормозным расчетам уделяют большое внимание. При расчетах используются следующие характеристики и переменные:

• длина тормозного пути S_т;

• наличие тормозных средств в поезде, определяемых расчетным тормозным коэффициентом ;

• начальной v_н и конечной v_к скоростями движения;

• уклонами i (конечную скорость принимают равной нулю).

Из этих пяти параметров определяют один по четырем заданным, используя аналитический или графический метод решения уравнения движения поезда. В зависимости от того, какую величину из пяти определяют, тормозные задачи подразделяют на три типа.

1. Первый тип тормозных задач или просто - первая тормозная задача - сводится к определению длины тормозного пути по заданным значениям v_н, v_к, и i.

2. Во втором типе рассчитывают допустимые скорости движения v_н на различных уклонах i, исходя из условия остановки поезда в пределах заданного тормозного пути S_т, при заданном значении .

3. В третьем типе определяют, сколько тормозных средств нужно иметь в поезде (или какой должен быть ), чтобы поезд, движущийся с заданной скоростью v_н, можно было остановить на заданном уклоне i в пределах тормозного пути S_т.

Первые две задачи называют задачами первого рода, третью задачу называют задачей второго рода. Наиболее часто приходится решать первую задачу по ограничению скоростей движения поездов на крутых спусках. Вторую задачу решают чаще всего при проверке эффективности действия тормозного оборудования поезда. Третью задачу решают при разработке новых конструкций подвижного состава, например поездов для скоростных пассажирских перевозок.

2. Рекомендации по выполнению лабораторных работ

Настоящая лабораторная работа направлена на закрепление у студентов теоретических знаний по наиболее сложному разделу дисциплины – тяговым расчетам, в частности решения тормозных задач.

Лабораторную работу необходимо выполнять осмысленно, тщательно анализируя материал и продумывая ответы на вопросы.

При выполнении лабораторной работы необходимо придерживаться следующих положений:

• работу рекомендуется выполнять на листах писчей бумаги (размером 210×297 мм) формата А4;

• на титульном листе необходимо указать дисциплину, название лабораторной работы, курс, фамилию, инициалы и шифр студента;

• страницы работы, иллюстрации, таблицы и графики должны быть пронумерованы. Таблицы должны иметь названия, иллюстрации и графики - подрисуночные подписи;

• работу следует подписать и указать дату ее выполнения;

3. Методические указания по

ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Исходные данные для выполнения лабораторной работы выбираются из таблицы 1:

Таблица 1

Наименование данных	Предпоследняя цифра учебного шифра
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Тип локомотива	2ТЭ116	2М62	3ТЭ10М	2ТЭ10М	2ТЭ121	ВЛ8	ВЛ10 (2 секции)	ВЛ11 (3 секции)	ВЛ60К (1 секция)	ВЛ80Р (2 секции)
Масса локомотива, Р (т)	276	238	414	276	300	184	184	276	138	192
Сила тяги, Fкр (кН)	496,4	400,3	744,0	496,4	657,3	456,2	451,3	676,9	361,0	502,3
Расчетная скорость, vр, км/ч	24,0	20,0	23,5	23,5	24,0	43,3	46,7	46,7	43,5	43,5
Расчетный подъем, iр, ‰	+5,6	+6,5	+7,3	+8,1	+9,2	+10	+5,8	+6,7	+7,6	+8,5
Тип тормозных колодок:
чугунные	*		*		*		*		*
композиционные		*		*		*		*		*
Состав поезда в долях по массе: 8-осных (α) 6-осных (β) 4-осных (γ)	0,16 0,23 0,61	0,25 0,32 0,43	0,34 0,42 0,24	0,46 0,42 0,12	0,51 0,18 0,31	0,14 0,33 0,53	0,22 0,56 0,22	0,31 0,25 0,44	0,42 0,44 0,12	0,46 0,32 0,22

Продолжение таблицы 1

Масса груженного вагона брутто, q, т 8-осного 6-осного 4-осного	169 123 89	168 121 86	167 120 85	169 121 85	168 120 89	167 123 86	169 123 89	168 121 86	167 120 85	169 121 85
Доля тормозных осей в составе, σ	0,96	0,97	0,98	0,96	0,97	0,98	0,96	0,97	0,98	0,96

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРУТИЗНЫ РАСЧЕТНОГО

ПОДЪЕМА НА РАСЧЕТНУЮ МАССУ СОСТАВА

Для выполнения тяговых расчетов необходимо определить массу состава. Масса состава в значительной степени зависит от крутизны расчетного подъема и определяется по формуле:

(16)

где: Q - расчетная масса состава, т;

F_кр - расчетная сила тяги локомотива, Н;

Р - масса локомотива, т;

w′₀ - основное удельное сопротивление локомотива, Н/кН;

w″₀ - основное удельное сопротивление состава, Н/кН;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²;

i_р - крутизна расчетного подъема, ‰.

1. Основное удельное сопротивление движению локомотива (Н/кН):

, (17)

где v_р – расчетная скорость локомотива.

2. Основное удельное сопротивление движению состава:

(18)

• Основное удельное сопротивление движению 8-осных вагонов на роликовых подшипниках (Н/кН):

, (19)

где q₀₈ - масса приходящаяся на одну колесную пару 8-осного вагона (т/ось):

• Основное удельное сопротивление движению 6-осных вагонов на роликовых подшипниках (Н/кН):

, (20)

где q₀₆ - масса приходящаяся на одну колесную пару 8-осного вагона (т/ось):

• Основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на роликовых подшипниках (Н/кН):

, (21)

где q₀₈, q₀₆, q₀₄ - масса, приходящаяся на одну колесную пару 8-ми, 6-ти, 4-ёх осного вагона соответственно (т/ось):

; ; . (22)

1. Рассчитать расчетную массу состава Q для следующих значений расчетного подъема i_р (табл. 2):

Таблица 2

Параметр	iр1, ‰	iр2, ‰	iр3, ‰	iр4, ‰	iр5, ‰	iр6, ‰	iр7, ‰	iр8, ‰
Интервал	0÷2	3÷5	6÷8	9÷11	12÷14	15÷16	17÷18	19÷20

2. Интервал значений расчетного подъема при вычислениях расчетной массы состава Q выбирается через 0,5 ‰.

3. По результатам расчета построить графическую зависимость расчетной массы состава Q от крутизны расчетного подъема i_р.

4. Проанализировать полученную зависимость и сделать выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КРУТИЗНЫ СПУСКА НА ДЛИНУ

ТОРМОЗНОГО ПУТИ ГРУЗОВОГО ПОЕЗДА, ОБОРУДОВАННОГО

АВТОМАТИЧЕСКИМИ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ТОРМОЗАМИ

В лабораторной работе вторую задачу из группы тормозных задач решают численным методом (эта задача может быть решена графическим методом).

• Полный тормозной путь S_т (м) в соответствии с Правилами тяговых расчетов (ПТР) определяют по формуле (6).

• Подготовительный тормозной путь S_п [формула (7)] зависит от:

  • начальной скорости движения поезда в начале торможения v_н (км/ч);

  • времени подготовки тормозов к действию t_п (с).

• Время подготовки тормозов к действию t_п (с) [формулы (8)÷(12)] зависит:

  • от удельной тормозной силы b_т (Н/кН);

  • от крутизны спуска i_с (‰);

  • от количества осей (колесных пар) в составе.

Примечание - в эти формулы величину i_с подставляют со знаком минус.

• Удельную тормозную силу b_т (Н/кН) состава для скорости определяют по формуле:

(23)

где: φ_кр - расчетный коэффициент трения тормозной колодки и

поверхности колеса;

- расчетный тормозной коэффициент (кН/кН).

Расчетный тормозной коэффициент состава определяется из соотношения (13).

Примечание - расчетные силы нажатия тормозных колодок на ось при:

• чугунных колодках k_р = 68,5 кН/ось;

• композиционных колодках k_р = 41,5 кН/ось.

Расчетный коэффициент трения для тормозных колодок φ_кр определяется выражением:

для чугунных колодок	для композиционных колодок
(24)	(25)

По результатам вычислений заполняем таблицу 3.

Таблица 3

Начальная скорость торможения, vн, км/ч	Время подготовки тормозов tп, с	Коэффициент трения φкр	Удельная тормозная сила поезда bт, Н/кН	Подготовительный тормозной путь Sп, м при:
				iс1 = -4 ‰	iс2 = -6 ‰	iс3 = -8 ‰	iс4 = -10 ‰	iс5 = -12 ‰	iс6 = -14 ‰	iс7 = -16 ‰	iс8= -18 ‰
90
80
70
60
50
40
30
20
10

По результатам вычислений (табл. 3) на миллиметровой бумаге построить зависимость S_п = f(v) для 8-ми значений крутизны спуска.

Сделать выводы о влиянии крутизны спуска на величину подготовительного тормозного пути.

Действительный тормозной путь S_д, определяют по формуле:

(26)

где: w′_0x - основное удельное сопротивление поезда при движении локомотива

без тяги (холостой ход);

v_к, v_н - интервал скорости для которого определяется пройденный путь.

Примечание:

1. силы w′_0x и b_т рассчитывают для среднего значения скоростного интервала и они направлены в сторону, противоположную движению поезда, поэтому в формуле они включены (подставляются) со знаком «-»;

2. дополнительное сопротивление от спуска направлено в сторону движения поезда и в формуле имеет знак «+», и подставляется со знаком «+»;

3. в соответствии с ПТР приемлемая точность расчетов соответствует интервалу 10 км/ч.

Таким образом, действительный тормозной путь будет складываться из тормозных путей, проходимых поездом при снижении скорости от 90 до 80 км/ч, от 80 до 70 км/ч ...... от 10 до 0 км/ч. Результаты расчета удельных равнодействующих сил поезда и длин тормозных путей в пределах скоростных интервалов приведены в таблице 4.

Таблица 4

Скоростной интервал, км/ч	Основное удельное сопротивление движению поезда w0x, Н/кН	Удельная тормозная сила поезда bт, Н/кН	Удельная равнодействующая сила поезда (w0x + bт), Н/кН	Действительный тормозной путь в скоростном интервале Sд, м
				iс1 = -4 ‰	iс2 = -6 ‰	iс3 = -8 ‰	iс4 = -10 ‰	iс5 = -12 ‰	iс6 = -14 ‰	iс7 = -16 ‰	iс8 = -18 ‰
90-80	2,28
80-70	2,04
70-60	1,82
60-50	1,63
50-40	1,46
40-30	1,32
30-20	1,20
20-10	1,10
10-0	1,06
Суммарная длина действительного тормозного пути, Sд, м
Длина полного тормозного пути, Sт, м

По результатам вычислений (табл. 4) на миллиметровой бумаге построить зависимость S_т = f(i_c) и сделать соответствующие выводы.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ №1 и №2

1. титульный лист;

2. название и цель лабораторной работы;

3. исходные данные в соответствии с вариантом;

4. используемые формулы и результаты расчетов;

5. графические построения на миллиметровой бумаге формата А4;

6. выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОМОГРАМ-ГРАФИКОВ

ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ ЗАДАЧ