2.3 Расчет передаточного числа рычажной передачи
Тип рычажной передачи, ее расположение на транспортном средстве зависят
от многих факторов и разрабатываются на последних этапах его проектирования
исходя из сложившихся условий. Поэтому общий вид рычажной передачи задается
или берется типовым.
В соответствии с вариантом задания в таблицах 2.3, 2.4 и рисунками 2.5-
2.15 Схема рассчитываемой рычажной передачи с необходимыми данными изо-
бражается на листе пояснительной записки.
Рисунок 2.2 - Рычаги, применяемые в тормозных рычажных передачах:
n - передаточные числа; F – приложенная сила; F’ – передаваемое усилие; а, б,
в, г, д, е – плечи рычагов
16
Рычаги, применяемые для передачи усилия в рычажных передачах, бывают 1-
го и 2-го родов. Их вид и передаточные числа приведены на рисунок 2.2. При этом
передаточное число nнаходится как отношение ведущего плеча к ведомому. Веду-
щим является плечо от оси вращения рычага (мертвой точки) до места приложения
силы F. Ведомым называется плечо от оси вращения рычага до места передачи уси-
лия F’. Если рычаги включены последовательно друг за другом, то их передаточные
числа перемножаются.
Рисунок 2.3 - К расчету nтормозной рычажной передачи
Расчет значения n необходимо вести последовательно от штока тормозного
цилиндра к каждой тормозной колодке (или паре колодок при симметричной ры-
чажной передаче), а затем полученные передаточные числа сложить и получить
общее число для рычажной передачи от данного ТЦ. При этом целесообразно вна-
чале для расчета nк первой колодке считать, что остальные условно неподвижны.
Аналогично после прижатия первой тормозной колодки к колесу для расчета nко
второй колодке условно считать, что кроме нее, штока ТЦ и связывающих их рыча-
гов, остальные неподвижны. Таким образом, общее передаточное число, например,
для рычажной передачи, приведенной на рисунке 2.3, находится по следующему
выражению:
éæ
ö æ
ö æ
öù
êç a c + ÷ ç
÷ ç
÷
d
a
c
e +f
a
c
e
h +g ú
n = êç
÷ + ç
÷ + ç
÷úcosa ,
êç b
d
÷
b
d
f
b
d
f
h
ú
ê
çç
÷÷ çç
÷÷
è
1
ë
n
ø è
n2
ø è
3
n
øúû
где
a - угол наклона тормозных колодок (для вагонов обычно 100, а для ло-
комотивов - 300).
При явной симметрии рычажной передачи к отдельным тормозным колодкам
(или парам колодок) расчеты можно не проводить, получив конечный результат ум-
ножением найденного к первой колодке n на число колодок
1
(или их пар).
17
2.4 Расчет диаметра тормозного цилиндра и его выбор
Предварительно находят требуемое усилие, развиваемое на штоке ТЦ по
формуле
n
å k m
i i
i =
=
1
ш
F
, кН,
(2.10)
m
h
n
где k и
-
i
mi
выбранное нажатие на тормозную колодку и их число;
h - коэффициент полезного действия рычажной передачи (КПД).
КПД рычажной передачи определяет, какая часть развиваемого на штоке ТЦ
усилия достигает тормозных колодок с учетом потерь в валиках, на деформацию РП
и т. д. Он зависит от сложности РП (количества соединений, рычагов
и т. д.) и для различных типов подвижного состава имеет следующие значения:
- четырехосные грузовые вагоны с односторонним нажатием колодок
- 0,95; вагоны-хопперы - 0,8;
- четырехосные пассажирские вагоны с двухсторонним нажатием колодок -
0,9;
- шестиосные вагоны: для осей с двухсторонним нажатием - 0,8;
с односторонним - 0,9; для вагона – 0,85;
- восьмиосные вагоны - 0,8;
- локомотивы с одно/двухсторонним нажатием колодок при действии на одну
ось - 0,95/0,9; на две оси - 0,95/0,85; на три оси - 0,9/0,8;
- пассажирские вагоны с дисковым тормозом при действии ТЦ на один диск -
0,98.
Усилие, развиваемое на штоке ТЦ, можно найти по следующему выражению:
- 3
2
F
= ,
0 25 ×10
×p × d h - (F +F +F )
ц
P
щ
, кН,
(2.11)
m
ц ц
1
2
3
где
Рц- давление сжатого воздуха в ТЦ, МПа;
dц- диаметр ТЦ, мм;
h ц- КПД ТЦ (0.98);
F1, F2, FЗ - усилия пружин, соответственно, отпускной ТЦ, авторегулятора
и наружной (для локомотивов), приведенные к штоку ТЦ, кН.
Таким образом, используя найденное Fшт, можно определить диаметр ТЦ по
формуле
F
+ ( F +F +F
ш
)
m
d
1
2
3
=
, мм
(2.12)
ц
13
,
1
- 3
10
h
ц
P
ц
Усилия отпускной пружины ТЦ и наружной пружины находят следующим
образом
F
×
1 = F0 + Ж1
ш
l , кН,
(2.13)
18
æ
a öa
ç
n ÷
n
F =F +ж ×l
×
×
, кН,
(2.14)
3
ç 0
3
ш a ÷a
Ш
è
ø ш
где F0 , Ж1, Ж3, lш - усилие предварительного натяга, кН; жесткость соответст-
венно внутренней или наружной пружины, кН/мм и выход штока ТЦ, мм;
anиaш - расстояния от мертвой точки до пружины и штока ТЦ, мм.
Усилие пружины авторегулятора, приведенное к штоку ТЦ, в зависимости от
типа привода в соответствии с рисунком 2.4 находят по выражениям:
- для рычажного привода
p
æ d - з e +д ö
F
= ( F +ж ×l ) × ç
×
÷ , кН
(2.15)
2
p
2
p
è a +з
e ø
- для стержневого привода
с
d
F
= ( F +ж ×l ) × , кН,
(2.16)
2
p
2
p
a
где Fр - усилие предварительного натяга пружины регулятора, (принять
2 кН);
Ж2, l р - жесткость пружины регулятора 0,015 (кН/мм) и ее сжатие;
а, б, з, е, д - размеры плеч в соответствии с рисунком 2.4, мм.
После определения диаметра ТЦ его величину необходимо округлить до бли-
жайшего значения серийно выпускаемых ТЦ: 203, 254, 305, 356 и 400 мм, что соот-
ветствует 8, 10, 12, 14 и 16 дюймам. Если диаметр ТЦ по расчету оказался больше
400 мм, нужно взять это стандартное значение за основу и изменить передаточное
число n, используя формулы (2,11) и (2,10), так, чтобы нажатиеКсоответствовало
выбранному. По найденным значениям nиdцопределяют ожидаемое нажатие на
тормозную колодку:
1 é
- 3
2
ù
K =
,
0 25 ×10
×
×p × d ×h - (F +F +F ) ×nh
ê
, кН.
(2.17)
ë
ц
P
ц
ц
m
1
2
3 úû
i
После этого по выражению (2.7) находят действительный коэффициент силы
нажатия колодок, который не должен оказаться менее рекомендуемого в таблице
2.2. В противном случае нужно выбрать ТЦ с большим диаметром или проверить
правильность предыдущих расчетов.
В завершение расчетов выполняют проверку на безъюзовое торможение
по выражениям (2.3), (2.4) и таблице 2.1 для минимальной указанной скорости
при чугунных и 100 км/ч - при композиционных тормозных колодках, а по фор-
муле (2.9) - на допустимые удельные нажатия. Выбранным в предварительном
расчете нажатием К и диаметром ТЦ варьируют так, чтобы все указанные
проверки удовлетворялись и делают соответствующий вывод.
19
Таблица 2.3 - Данные для локомотивов и ТЦ (для специализации Л)
Номер варианта (последняя цифра шифра) и локомотив
Параметры
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ВЛ22М ВЛ23 ВЛ8 ВЛ60 ВЛ10 ВЛ11 ВЛ80 ЧС2 ЧС7 ЭР2
Расчетный вес, кН
1320 1380 1840 1380 1840 1840 1840 1200 1720 640
Количество автотормоз-
ных осей
6
6
8
6
8
8
8
6
8
4
Число тормозных ци-
линдров
4
4
8
4
8
8
8
6
8
4
Максимально допусти-
мый выход штока, мм
125
125
125
125
125
125
125
125
125
100
Жесткость пружины
ТЦ, кН×10-3/мм
6,5
6,5
8,7
6,5
8,7
8,7
8,7
6,4
8,7
8,7
Усилие предварительно-
го натяга пружины ТЦ,
1,54
1,54
1,26
1,54
1,26
1,26
1,26
0,97
1,26
1,26
кН
Расчетное давление в
ТЦ при ЭТ, МПа
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
0,4
Примечания:
1. Схемы тормозных рычажных передач локомотивов приведены на
рисунках 2.5 - 2.11.
2. Усилия пружин F2 и F3 принять равными нулю.
3. На всех локомотивах чугунные тормозные колодки.
Рисунок 2.4 - Схема рычажного, стержневого (пунктиром) привода
авторегулятора
20
Рисунок 2.5 - Схема тормозной рычажной передачи электровозов
ВЛ22М и ВЛ23 (размеры рычагов ВЛ23 указаны
в скобках)
Рисунок 2.6 - Схема тормозной рычажной передачи электровоза ВЛ8
Рисунок 2.7 - Схема тормозной рычажной передачи электровоза ВЛ60
(одна сторона тележки)
21
Рисунок 2.8 - Схема тормозной рычажной передачи электровозов ВЛ10,
ВЛ11, ВЛ80 (одна сторона тележки)
Рисунок 2.9 - Схема тормозной рычажной передачи электровоза ЧС2
(одна сторона тележки)
22
Рисунок 2.10 - Схема тормозной рычажной передачи одной тележки
электровоза ЧС7
Рисунок 2.11 - Схема рычажной передачи моторного вагона ЭР2
Рисунок 2.12 - Схема тормозной рычажной передачи 8-осного вагона
23
Рисунок 2.13 - Схема тормозной рычажной передачи 6-осного полувагона
Рисунок 2.14 - Схема тормозной рычажной передачи 4-осного полувагона
Рисунок 2.15 - Схема тормозной рычажной передачи пассажирского
и рефрижераторного вагона
24
Таблица 2.4 – Данные для вагонов и тормозных цилиндров
(для специализации В)
Номер варианта (последняя цифра шифра) и тип вагона
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
у-
у-
у-
,
-
-
-
с-
-
-
-
Параметры
ол
ол
ол
ма
гон
п
п
п
.)
агон
530
в
)
480
кН
420
кН
гон
ор
жера
миче
вагон
ажирс
ажирс
,
ажирс
,
ва
вагон
вагон
кН
-осная
тф
ый ва
осный
ый
й
(груз
4
(пасс
4-
ыт
ЦМВ
ки
ЦМВ
520
ЦМВ
480
-осный
-осный
-осный
пла
Рефри
Пасс
Пасс
Пасс
8
6
4
торн
кр
Изотер
кий
кий
кий
Номер рисунка ры
чажной передачи
2.12
2.13 2.14
2.14
2.15
2.14
2.14
2.15
2.15
2.15
Грузоподъемность, кН 1250 930 620
600 400 500
350
-
-
-
Тара, кН
430 320
210
200 340 230
300
530
480
420
Размеры плеч рычагов,
мм
а
220
225
145
195
365
195
240
390
350
330
б
280
273
355
465
295
465
510
260
300
320
в
300
500
500
400
230
400
400
230
230
230
г
160
160
160
160
230
160
160
230
230
230
Размеры плеч привода
а/р, мм (рисунок 2.4):
з
60
152
195
205
-
205
205
-
-
-
е
340
327
340
400
-
400
400
-
-
-
д
160
173
160
260
-
260
260
-
-
-
Тип привода авторегу-
лятора:
с – стержневой
р – рычажный
р
р
р
р
с
р
р
с
с
с
lp, мм
15
20
15
15
40
15
15
40
40
40
Тип используемых ко-
лодок
к
к
к
к
ч
к
к
ч
ч
ч
Жесткость пружины
ТЦ, 10-3 кН/мм
6,56
6,56 6,54
6,54
6,54
6,54
6,54
6,54
6,54
6,54
Усилие предваритель-
ного натяга, кН
1,59
1,59 1,56
1,56
1,56
1,56
1,56
1,56
1,56
1,56
Выход штока ТЦ на
режимах, (мм):
груженом и среднем
190
190
190
190
-
190
190
-
-
-
Порожнем
150 150
150
150 160 150
150
160
160
160
Примечания:
1. Схемы тормозных рычажных передач вагонов представлены на
рисунках 2.12 - 2.15.
2. Расчетное давление в ТЦ всех грузовых вагонов при ЭТ на груженом
режиме - 0,42 МПа, среднем - 0,30 МПа, порожнем - 0,16 МПа.
3. На пассажирских вагонах давление в ТЦ при ЭТ - 0,38 МПа.
25