2. Расчет пневматической части тормозной системы вагона

2.1. Выбор принципиальной схемы пневматической части тормозной системы вагона

Пневматическая часть тормоза существующих пассажирских вагонов спроектирована на основе использования непрямодействующего автоматического тормоза.

Рис.2.1 Схема пневматического тормозного оборудования пассажирского вагона.

На пассажирских вагонах и локомотивах железных дорог СНГ применяют воздухораспределители непрямодействующего типа усл. №292-001.

Воздухораспределитель 5 усл. №292-001 установлен на кронштейне задней крышки тормозного цилиндра 3. Под вагоном также расположена магистральная труба 13 диаметром , концевые краны 15 с междувагонными соединительными рукавами 10 усл. №369А и пылеловка 7. Разобщительный кран 6 служит для включения и выключения воздухораспределителя 5.

В каждом пассажирском вагоне имеются не менее трёх кранов 8 для экстренного торможения (стоп-кранов). Запасный резервуар 1 объёмом 78 л соединён трубой диаметром с кронштейном задней крышки тормозного цилиндра 3. На трубе от запасного резервуара или на запасном резервуаре установлен выпускной клапан 2.

При зарядке и отпуске тормоза воздух из магистрали через воздухораспределитель 5 поступает в запасный резервуар 1, а тормозной цилиндр через воздухораспределитель сообщен с атмосферой. При торможении понижают давление в магистрали, воздухораспределитель срабатывает, отключает тормозной цилиндр 3 от атмосферы и сообщает его с запасным резервуаром 1. При полном торможении давление в запасном резервуаре и тормозном цилиндре выравнивается и устанавливается около 3,8 кгс/см².

2.2. Определение диаметра тормозного цилиндра

Необходимый диаметр ТЦ можно получить из выражения:

или

,

где: d_ТЦ – диаметр ТЦ, мм;

Р_ШТ – усилие по штоку ТЦ, Н;

Р_ПР – усилие отпускной пружины ТЦ. Н;

Р_Р – усилие возвратной пружины авторегулятора рычажной передачи, приведенное к штоку ТЦ, Н;

Р_ТЦ – расчетное давление воздуха в ТЦ, МПа;

_ТЦ - коэффициент потерь усилия (КПД) ТЦ, _ТЦ = 0,98

Усилие отпускной пружины ТЦ:

,

где: Р_о – усилие предварительного сжатия отпускной пружины ГЦ, Н;

Ж_ц – жесткость отпускной пружины ТЦ, Н/мм;

L_Ш – величина выхода штока ТЦ, мм.

Для пассажирских вагонов максимально допустимый в эксплуатации L_Ш=180 мм.

При определении диаметра ТЦ целесообразно величины выхода штока принимать как максимально допускаемую, в эксплуатации при полном торможении.

Для подвижного состава промышленностью выпускаются ТЦ, в которых жесткость отпускной пружины составляет 6.29 - 8.7 Н/мм и усилие предварительного сжатия – 1260 - 1540 Н. При этом на магистральных вагонах, имеющих колодочный тормоз, устанавливаются, как правило, ТЦ с жесткостью отпускной пружины 6,29Н/мм и усилием их предварительного сжатия 1540 Н. Исходя из этого получим для пассажирского вагона:

Усилие возвратной пружины авторегулятора рычажной передачи (АРП), приведенное к штоку ТЦ:

,

где: Р_ОР – усилие предварительного сжатия пружины АРП, Н;

l_Р – величина сжатия возвратной пружины АРП, мм;

Ж_Р – жесткость возвратной пружины АРП, Н/мм;

n_Р – передаточное число привода АРП. Для пассажирских вагонов с чугунными колодками n_Р =0,67.

Отечественные вагоны с колодочным тормозом оснащаются в настоящее время АРП № 574Б, имеющие следующие технические данные:

Р_ОР= 1690 Н, Ж_Р = 23,1 Н/мм, l_р=15 мм.

Для пассажирских вагонов значение давление в ТЦ принимается Р_ТЦ= 0,38 МПа.

Величину Р_ШТ можно найти из ее зависимости от нажатия тормозных колодок и передаточного числа рычажной передачи:

,

где: К - суммарное нажатие тормозных колодок, обслуживаемых ТЦ;

n – передаточное число РП;

_РП – КПД РП. Согласно типовому расчету тормоза _ПР принимают для пассажирского вагона равным 0,9.

Допускаемая сила нажатия колонки:

,

где: k_с – коэффициент, учитывающий возможность разгрузки колесной пары при торможении;

q – нагрузка от оси колесной пары на рельс;

ψ_c – расчетный коэффициент сцепления колеса с рельсом;

m – число тормозных колодок колесной пары;

φ_k – коэффициент трения тормозной колодки.

,

где: V – скорость, км/ч;

К - значение нажатия на колодку, кН.

При построении графической зависимости В_т = f(K) произвольно задают значения К по которым с учетом выбранной скорости V, вычисляют соответствующие значениями φ_k и В_Т. Затем определяют по условию сцепления колес с рельсами возможную для реализации тормозную силу и по ее значению из графика находят необходимую величину К_n из которых выбирают минимальную величину, исключающею возможность юза колесных пар во всем диапазоне скоростей движения вагона.

Для окончательного выбора допускаемой силы нажатия колодок делают проверку тепловой напряженности фрикционного числа колесо-колодка, так как износ трущихся материалов определяется главным образом работой сил трения. Ее выполняют косвенно по допускаемым удельным давлениям на колодки. Поэтому определяют силу нажатия К_υ (кН) тормозных колодок по допускаемому удельному давлению на колодку.

,

где: [P] – допускаемое удельное давление, МПа;

F_тр – площадь трения колодки, см².

Для чугунных тормозных колодок [Р] =1,3 МПа, F_тр= 305 см².

Для уточнения и окончательной корректировки величины силы нажатия колодок сравнивают полученные значения К_n и К_ν.

Если К_п>К_v, то в качестве допускаемой силы нажатия тормозных колодок принимают К = К_ν. При К_n < К_ν принимают К = К_n

1. Расчетные скорости движения пассажирского вагона для которых построим график B_T =f(К) V = 20; 60; 100 км/ч

2. Коэффициент трения композиционных колодок

,

и тормозную силу . При этом число тормозных колодок колесной пары пассажирского вагона m=4 результаты сведены в таблице 2.1.

3. Осевая нагрузка

4. Коэффициент сцепления колес с рельсами

Таблица 2.1.

К, кН	φk при V- км/ч			Вт – кН при V- км/ч
	20	60	100	20	60	100
10	0,232	0,154	0,127	4,64	3,08	2,54
20	0,182	0,121	0,1	7,28	4,84	4
30	0,156	0,104	0,086	9,36	6,24	5,16
40	0,140	0,093	0,077	11,20	7,44	6,16
50	0,129	0,086	0,071	12,90	8,60	7,10
60	0,121	0,081	0,067	14,52	9,72	8,04
70	0,115	0,077	0,063	16,1	10,5	8,82
80	0,111	0,073	0,061	17,76	11,68	9,76
90	0,107	0,071	0,058	19,26	12,8	10,44
100	0,104	0,069	0,057	20,8	13,8	11,4
110	0,101	0,067	0,055	22,2	14,7	12,1
120	-	0,066	0,054	-	15,8	13,0
130	-	0,065	0,053	-	16,9	13,8
140	-	-	0,052	-	-	14,6
150	-	-	0,052	-	-	15,5

Функцию скорости найдем по формуле:

Таблица 2.2.

V- км/ч	f(V)	Ψk
20	0,73	0,105
60	0,6	0,087
100	0,55	0,079

5. Сила сцепления колес с рельсами [В_с]=k_c*q*ψ_k;

коэффициент запаса по сцеплению k_c=0,85

Таблица 2.3

V-км/ч	20	60	100
Вс - кН	20,7	17	15,6

6. Графическая зависимость В_Т= f (K) представлена на рис. 2.3

7. Сила нажатия на тормозную колодку: К₁=100,5 кН; K₂=135 кН; К₃=145 кН.

8. Сила нажатия на тормозную колодку:

К_у = 0,1 • [P]- F_ТР ; K_y = 0,1 • 1,3 • 305 = 39,65 кН

Принимаем K_у = K_min = 39,65 кН .

9. Допускаемая сила нажатия на колодку;

Поскольку К_у < К_п, то K = K_у = 39,65 кН.