ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Устройство тормозов вагонов. Принцип их действия. Этапы развития

Методические указания

к лабораторной работе по дисциплине

«Подвижной состав железных дорог»

Москва – 2015

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»

Устройство тормозов вагонов. Принцип их действия. Этапы развития

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для студентов специальности «Вагоны»

Москва – 2015

УДК 629.4

У 79

Филиппов В.Н., Козлов И.В., Курыкина Т.Г., Подлесников Я.Д. Устройство тормозов вагонов. Принцип их действия. Этапы развития: Методические указания. – М.: МГУПС (МИИТ), 2015. – 41 с.

Рассмотрено устройство тормозов вагонов, принцип их действия и этапы развития. Приведена классификация тормозов подвижного состава.

© МГУПС (МИИТ), 2015

Содержание

Введение________________________________________________4

1. Основы торможения и силы, действующие на тормозящееся колесо____________________________________________6

2. Ручной механический тормоз________________________10

3. Пневматические тормоза____________________________15

4. Особенности пневматической части тормоза грузовых и пассажирских вагонов______________________________19

5. Механическая часть тормоза_________________________22

6. Классификация тормозов____________________________34

Задание для студентов____________________________________39

Введение

Значительное место в изучении курса «Подвижной состав железных дорог» занимает изучение устройства грузовых и пассажирских вагонов. При этом необходимо помнить, что вагоном является единица подвижного состава, предназначенная для перевозки грузов или пассажиров, и независимо от назначения вагонов, любой вагон состоит из кузова, ходовых частей, ударно-тяговых приборов и тормозного оборудования. Целью данного методического пособия является оказание помощи студентам в изучении общего устройства тормозного оборудования грузовых и пассажирских вагонов и ознакомление с этапами его появления и развития, связанными с повышением нагрузок и скоростей движения, а также выявление общих тенденций в проектировании и преемственности отдельных удачных конструктивных решений, ознакомление с перспективами развития при повышении скоростей движения и веса поездов.

При изучении устройства тормозного оборудования необходимо помнить, что тормоза железнодорожного подвижного состава являются одним из основных узлов железнодорожной техники, от уровня развития, конструкции, параметров и состояния которой в значительной степени зависит безопасность движения поездов.

Тормоза подвижного состава – комплекс устройств, создающих искусственное сопротивление движению поезда с целью регулирования скорости его движения или остановки.

Для торможения первых поездов применялись простые рычаги, через систему тяг передававшие усилия на колодки, которые прижимались к ободам колес и останавливали их вращение. Управлял рычагом тормоза кондуктор, находившийся на тормозной площадке. Позже рычаги были заменены штурвальным колесом с винтовым передаточным механизмом, что облегчило управление. Было создано много конструкций различных механических тормозов – цепных, канатных, пружинных. Патент на первый воздушный тормоз был выдан в России в 1859 г. инженеру О. Мартину, который не смог его реализовать практически. В 1869 г. патент на прямодействующий воздушный тормоз получил американский предприниматель Дж. Вестингауз, который организовал производство тормозов и их внедрение на подвижном составе, в том числе и в России. В 1872 г. фирма «Вестингауз» приступила к выпуску тормозов с автоматическим управлением. В последующем были разработаны электропневматические и электрические тормоза.

К современным тормозным системам предъявляются такие требования как: непрерывность действия, безотказность срабатывания, автоматичность срабатывания и неистощимость.

1. Основы торможения и силы, действующие на тормозящееся колесо

С момента появления дорог, где колеса достаточно легко катятся по каким-либо направляющим, человек задумался о необходимости создания устройств, позволяющих при необходимости замедлить это движение, т.е. о создании тормозных систем или тормоза.

Еще в 1680 г. в Англии от рудников Ньюкасла к порту на реке Тайн была проложена первая дорога с деревянными направляющими (лежнями). Груженые углем повозки – челдроны сами катились под уклон к порту. Кондуктор регулировал скорость, сидя на рукоятке рычажного тормоза, а лошадь трусила сзади на поводке (рис. 1.1). Лошадь затем тянула в гору пустую повозку.

Рис. 1.1. Доставка угля к порту повозками (челдронами) с рычажным тормозом

Тормозная сила в данном случае создавалась за счет прижатия тормозной колодки к поверхности катания колеса и тем самым мешала ему вращаться. Такой принцип создания тормозной силы используется и в настоящее время.

В этой связи при изучении работы тормоза крайне важным является понимание создания тормозной силы, мешающей движению поезда.

Силы, действующие на тормозящееся колесо

Рис. 1.2. Силы, действующие на тормозящееся колесо

На рис. 1.2 обозначено:

к – нажатие тормозной колодки на колесо;

Р_к – вертикальная нагрузка от колеса на рельс, отнесенная к одной тормозной колодке

В – сила трения между колодкой и колесом;

m – число тормозных колодок рычажной передачи.

Сила трения В является внешней по отношению к колесу и в то же время внутренней по отношению к этому колесу.

где r – радиус колеса.

Момент М_т посредством колеса воздействует на рельс. В результате этого в точке контакта колеса с рельсом возникает усилие, стремящееся сдвинуть рельс по направлению движения вагона В_к. Так как рельс закреплен, то в точке контакта возникает реакция рельса В_т. Эта реакция и является тормозной силой, останавливающей поезд. Численно .

В то же время, рассматривая вращающееся колесо, мы видим, что сила мешает ему вращаться, а сила заставляет вращаться колесо.

В_с – сила сцепления колеса с рельсом;

ψ – коэффициент трения покоя между колесом и рельсом (коэффициент сцепления).

Чтобы колесо при торможении вращалось, сила сцепления колеса с рельсом В_с должна быть больше, чем сила трения между колодкой и колесом В, т.е. .

Учитывая обезгруживание задних колесных пар вагона при торможении, мы должны ввести какой-либо коэффициент запаса и тогда

.

Если это условие не выдерживается, то колесо не будет вращаться – возникнет юз.

Юз – вредное явление, т.к. в этом случае происходит интенсивное истирание колеса и выделение тепла, что приводит к образованию таких дефектов колеса как ползун, навар, выщербины.

При движении поезда со скоростью 20 ÷ 40 км/ч с ползунами на колесах могут возникнуть ударные нагрузки, действующие на рельс, величиной до 45 тонн.

Юз приводит не только к образованию дефектов на поверхности катания колеса, но и к существенному увеличению тормозного пути.

2. Ручной механический тормоз

Как видно из рис. 1.1, на заре создания тормозных систем тормоз был механическим и приводился в действие руками человека, т.е. был еще и ручным.

Естественно, что первые тормоза вагонов были ручными, приводимыми в действие тормозильщиками, находящимися на тормозных площадках вагонов поезда, по соответствующим сигналам машиниста локомотива. Первые ручные тормоза были использованы в поезде из пяти груженых вагонов, который провел со скоростью около 8 км/ч в 1804 г. в Англии паровоз Ричарда Тревитика. В 50-х годах 19 столетия русские инженеры и техники применили на грузовых и пассажирских вагонах ручные тормоза с винтовым приводом. В Америке ручные тормоза строились с цепными, воротковыми и балансирными приводами, требующие значительно больших усилий от тормозильщика и были менее надежными и эффективными, чем отечественные.

В 1872 г. работники Путиловского паровозостроительного и вагоностроительного завода в Петербурге А. Матвеев и Л. Сазонов создали самодействующий рессорный тормоз, который был в то время самым совершенным механическим тормозом в мире. Такой механический непрерывный тормоз, управляемый с помощью натянутого вдоль поезда троса, был применен на Николаевской (Октябрьской) железной дороге. При этой системе тормозные колодки прижимались к бандажам усилием листовых рессор через систему рычажной передачи. Рычажные передачи вагонов между собой и паровозом соединялись специальной цепью. Если цепь была натянута, тормоза отпускали и, наоборот, при отпуске цепи – тормоза вводились в действие. В случае обрыва поезда или освобождения цепи кондуктором в любом вагоне тормоза также немедленно приходили в действие, т.е. торможение было автоматическим.

В дальнейшем, в 60-х годах 19 века, на русских дорогах появились вагоны отечественной постройки не только с односторонним, но и с двусторонним нажатием тормозных колодок на колеса (рис. 2.1). В результате получилась уравновешенная система торможения, которая не допускала одностороннего и преждевременного износа деталей подвижного состава и увеличивала эффективность торможения.

Рис. 2.1. Расположение тормозных колодок на колесе: а – одностороннее; б – двухстороннее

В качестве примера применения механического ручного тормоза на вагонах на рис. 2.2 и 2.3 представлены вагоны с односторонним нажатием тормозных колодок на колесо, и на рисунках 2.4 и 2.5 с двухсторонним.

Рис. 2.2. Четырехосный полувагон системы Фокса Абеля

Рис. 2.3. Двухосный вагон для перевозки спирта

Рис. 2.4. Трехосный товарный вагон

Рис. 2.5. Трехосный почтово-багажный вагон

Механический ручной тормоз существует и в настоящее время в виде стояночного тормоза, которым оборудуется весь подвижной состав.