Вступ

Для зупинки поїзда вимикають тягові двигуни локомотива, але він продовжує рухатися по інерції за рахунок накопиченої кінетичної енергії, і проходить до зупинки значну відстань. Наприклад, поїзд масою 3500 т, який рухається зі швидкістю 72 км/год. по горизонтальній ділянці колії, пройде до зупинки 13,6 км, і витратить на це 22 хв. 39 с. За таких умов робота транспортних засобів була б неможливою з багатьох причин, таких як дуже низька середня швидкість руху, неможливість розрахунку моменту початку гальмування, неможливість забезпечити негайну зупинку в аварійній ситуації тощо.

Для забезпечення можливості роботи залізниці і підвищення безпеки руху необхідно в потрібний час штучно підвищувати сили опору руху.

Пристрої, що застосовуються в поїздах для штучного збільшення сил опору руху, називаються гальмівними пристроями (гальмами), а сили, які створюють штучний опір - гальмівними силами. Гальмівні сили і сили опори руху гасять кінетичну енергію поїзда, що рухається. Найбільш розповсюдженим засобом для отримання гальмівних сил є колодкове гальмо, при якому гальмування здійснюється притисканням колодок до коліс, що обертаються, завдяки чому виникають сили тертя між колодкою та колесом. Під час тертя колодок об колеса здійснюється руйнування найдрібніших виступів поверхні, а також молекулярна взаємодія мікроскопічних нерівностей поверхонь, які контактують. При цьому відбувається підвищення їхньої температури. Таким чином, тертя гальмівних колодок можна розглядати як процес перетворення механічної роботи сил тертя у тепло.

Кінетична енергія поїзда, яка перетворюється при цьому в теплову, залежить від гальмівної сили та відстані, яку проходить поїзд в загальмованому стані (гальмівного шляху).

Для зупинки поїзда потрібно привести в дію гальма, враховуючи їх ефективність (кількість кінетичної енергії, яка гаситься гальмами за одиницю часу в процесі гальмування). Чим ефективніші гальма, тим пізніше можна починати гальмування, тобто більший час прямувати по перегону з максимальною швидкістю; завдяки цьому підвищується середня (технічна) швидкість руху поїздів.

Завдання 1

Накреслити схему важільної гальмової передачі в масштабі, згідно зі своїм шифром.

На важелях розставити розміри ведучих та ведених плечей, а також вказати діаметр гальмового циліндра.

Коротко описати будову та дію важільної гальмової передачі.

Для прийнятої схеми визначити:

а) силу, яка виникає на штоці поршня гальмового циліндра під час гальмування, Ρ_шт;

б) передаточне число гальмової важільної передачі, n;

в) дійсну силу натиснення гальмових колодок, ΣК;

г) коефіцієнт сили натиснення гальмових колодок, δ.

Вихідні данні для виконання завдання приймаю згідно варіанту 56.

1 Складання схеми гальмівної важільної передачі локомотива, розрахунок передаточного числа

1.1 Будова та дія гальмової важільної передачі

Гальмівною важільною передачею називається система тяг і важелів, за допомогою яких зусилля, що розвивається стисненим повітрям, по штоку гальмівного циліндру (при пневматичному та електропневматичному гальмуванні) або зусилля людини (при ручному гальмуванні) передається на гальмівні колодки, притискуючи їх до коліс. Вона складається з системи важелів, тяг, валів, підвісок, кронштейнів, серг та інших елементів [6].

По дії на колесо розрізняють передачі важелів з одно- та двостороннім натисненням колодок. Гальмівна передача важеля з двостороннім натисненням колодок має наступні переваги в порівнянні з одностороннім: колісна пара не піддається вивертаючій дії в буксах у напрямі сили натиснення колодок; тиск на кожну колодку менше, отже, менше знос колодок; коефіцієнт тертя між колодкою і колесом більше. Проте передача важеля при двосторонньому натисненні значно складніше по конструкції і важче, ніж при односторонньому, а температура нагріву колодок при гальмуванні вище на 10-15%. Із застосуванням композиційних колодок недоліки одностороннього натиснення стають менш відчутними унаслідок меншого натиснення на кожну колодку і більш високого коефіцієнта тертя [7].

Для запобігання падіння масивних частин важільної передачі на колію передбачаються запобіжні і підтримуючі скоби. Нормальний вихід штока гальмівного циліндра по мірі зносу колодок забезпечують автоматичні регулятори важільних передач [6].

1.2 Визначення зусилля, яке створюється поршнем гальмового циліндра

Схема важільної гальмової передачі тепловоза 2ТЕ116 представлена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема гальмівної важільної передачі тепловоза 2ТЕ116

Таблиця 1.1 – Розміри плечей важелів гальмівної передачі тепловоза

2ТЕ116

а	б	в	г	д	е
307	483	285	657	675	285

Зусилля на штоці гальмового циліндра, (Р_шт) кН, визначається за формулою:

, (1.1)

де Р_ц – тиск повітря в гальмовому циліндрі, МПа;

d – внутрішній діаметр циліндра, мм;

η_ц – коефіцієнт корисної дії гальмового циліндра, η_ц = 0,98;

Р_в – зусилля попереднього стиснення відпускної пружини

гальмового циліндра, кН;

с_п – жорсткість відпускної пружини, кН/мм;

f – максимальний вихід штока гальмового циліндра, м, [2].

кН.

1.3 Виведення формули передаточного числа важільної гальмової передачі

Передаточне число є основною технічною характеристикою важільної гальмової передачі. Вона показує у скільки разів збільшується зусилля, яке виникає на штоці гальмового циліндра і передається до всіх гальмових колодок, що приєднані до нього. Величина передаточного числа залежить від розмірів ведучих і ведених плечей важелів гальмової передачі.

При виведенні формули передаточного числа приймають розрахункову схему важільної передачі, яка знаходиться в стані рівноваги, а важелі під час гальмування розташовані перпендикулярно тягам і розпіркам. Починаючи від штока гальмового циліндра, розглядаються послідовно важелі, до яких прикладені моменти сил. На підставі рівнянь статики сума моментів сил для будь-якого важеля дорівнює нулю ΣМ_(х) = 0 відносно прийнятої нерухомої точки (шарніра). Із умов рівноваги моментів визначають невідому силу.

Для першої колодки послідовна передача зусиль від штока гальмового циліндра через важелі може бути показана залежностями [4]

ΣМ₍₁₎ = 0; Р_шт ∙ а = Р₁ ∙ б, (1.2)

Р₁ = Р_шт ∙ ,

Р₁ = 12,074 ∙ = 19,211 кН.

ΣМ₍₄₎ = 0; Р₂ ∙ г = Р₁ ∙ (г + в), (1.3)

Р₂ = Р₁ ∙ ,

Р₂ = 19,211 ∙ = 43,4 кН.

Після підставлення значень сил із рівнянь (1.2) та (1.3) отримаємо силу, яка передається від важеля на першу гальмову колодку:

Р₂ = Р_шт ∙ ∙,

Р₂ = 12,074∙ 1,59 ∙ 2,25 = 43,20 кН.

Вектор сили Р₂ направлений горизонтально, а колодка притискується до поверхні колеса під дією сили К, вектор якої направлений по радіусу колеса. Сила натиснення першої гальмової колодки на колесо визначається:

К₁ = Р₂ ∙ cosα, (1.4)

де α – кут розташований між горизонтальним вектором сили Р₂ и радіусом, проведеним через середину гальмівної колодки і центра колеса, для локомотивів α = 30^о.

К₁ = 43,20 ∙ cos 30^о = 37,3 кН.

Для другої колодки рівняння рівноваги важелів і значення сили має вигляд:

ΣМ₍₁₎ = 0; Р_шт ∙ а = Р₁ ∙ б, (1.5)

Р₁ = Р_шт ∙ ,

Р₁ = 12,074 ∙ = 19,211 кН.

ΣМ₍₃₎ = 0; Р_Т ∙ г = Р₁ ∙ в, (1.6)

Р_Т = Р₁ ∙ ,

Р_Т = 19,211 ∙ = 24,173 кН.

ΣМ₍₆₎ = 0; Р₃ ∙ е = Р₂ ∙ (е + д), (1.7)

Р₃ = Р₂ ∙ ,

Р₂ = 34,479 ∙ = 61,924 кН.

Після підставлення значень сил із рівнянь (1.6) та (1.7) отримаємо силу, яка передається від важеля на першу гальмову колодку:

Р₃ = Р_шт ∙ ∙∙,

Р₃ = 12,074∙ 1,59 ∙ 1,25 ∙ 1,79 = 43,2 кН.

Як правило гальмові важільні передачі рухомого складу мають однокове натиснення колодок на всі колісні пари. Це досягається підбором плечей важелів а – б, в – г та е – д.

Сила натиснення для другої гальмової колодки на колесо визначається:

К₂ = Р₃ ∙ cosα, (1.8)

К₂ = 43 ∙ cos 30^о = 37,3 кН.

Сумарне натиснення гальмових колодок важільною передачею

, (1.9)

кН.

В той же час

, (1.10)

Таким чином,

= (∙ + ∙∙) ∙ cos 30^о , (1.11)

де – коефіцієнт корисної дії важільної гальмової передачі, який враховує силові витрати;

п – передаточне число важільної передачі.

При вищенаведених розрахунках витрати на тертя в шарнірах вузлах не враховувалися, тому можна прийняти = 1.

Із рівняння (1.9) отримаємо значення передаточного числа важільної передачі

п = (∙ + ∙∙) ∙ cos 30^о, (1.12)

п = (∙+ ∙∙)∙ cos 30^о = 6,2.

1.4 Визначення дійсної сили натиснення всіх гальмових колодок локомотива

Сумарна дійсна сила натиснення всіх гальмових колодок локомотива визначається за формулою

(1.13)

де – зусилля, яке виникає на штоці гальмового циліндра при пневматичному гальмуванні, кН;

– коефіцієнт корисної дії важільної гальмової передачі, який враховує силові витрати;

п – передаточне число важільної передачі;

– кількість гальмових передач локомотива [1].

кН.

1.5 Визначення величини коефіцієнта сили натиснення гальмових колодок

Коефіцієнт сили натиснення гальмових колодок характеризує забезпечення локомотива або вагона гальмовими засобами.

Величина коефіцієнта визначається відношенням сумарного натиснення всіх гальмових колодок локомотива до його ваги.

, (1.14)

де - сумарне натиснення всіх гальмових колодок, кН;

- вага локомотива, кН, [1].

.