Разработка и проектирование тормозной рычажной передачи 4-х осевого крытого вагона на тележках модели 18-100 (147339)

Посмотреть архив целиком

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства

Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»




Пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине «Автоматические тормоза и безопасность движения»


Разработка и проектирование тормозной рычажной передачи 4-х осевого крытого вагона на тележках модели 18-100






Выполнил ст. гр. ТВГ-411

Бородин Е. В.

Проверил преподаватель

Юдин В. А.








Москва 2005


Содержание


Введение

1.Выбор тормозной системы подвижного состава

1.1. Определение потребной тормозной силы по заданной длине тормозного пути.

1.2 Расчет допускаемой тормозной силы из условия безъюзного торможения подвижного состава

2. Расчет пневматической части тормозной системы вагона

2.1. Выбор принципиальной схемы пневматической части тормозной системы вагона

2.2.Выбор типа воздухораспределителя

2.3. Требования к воздухораспределителям грузового подвижного состава

2.4. Определение диаметра тормозного цилиндра

2.5 Выбор передаточного числа РП тормоза

2.6 Выбор объема запасного резервуара

3 Расчет и проектирование механической части тормозной системы вагона

3.1 Выбор принципиальной схемы механической части тормозной системы вагона.15

3.2 Качественные характеристики механической части тормозной системы вагона..16

3.3 Определение передаточного числа рычажной передачи по заданной величине нажатии тормозных колодок

3.4 Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза

3.5 Определение плеч рычагов и длин тяг рычажной передачи

3.6 Выбор сечений элементов рычажной передачи тормоза вагона

3.7 Расчет на прочность по допускаемым напряжениям затяжки горизонтальныхх рычагов

3.8.Вычисление величины деформации элементов рычажной передачи при торможение вагона

3.9 определение величины выхода штока тормозного цилиндра при торможении вагона

3.10.Приращение хода поршня Т. Ц. от сжатия возвратной пружины регулятора

4. Проверка обеспеченности вагона тормозными средствами

4.1 Определение расчетного коэффициента трения и расчетного тормозного нажатия колодок

4.2.Определение расчётного коэффициента нажатия тормозных колодок для различной степени загрузки крытого вагона

4.3. Проверка максимальной силы нажатия тормозных колодок на отсутствие юза колёсных пар

5. Обоснование эффективности разработанной и спроектированной тормозной системы вагона

5.1. Вычисление полного тормозного пути на участке с заданным руководящим уклоном и начальной скоростью торможения

5.2. Определение величины замедления и времени полного торможения

5.3. Расчёт температуры нагрева элементов трущихся пар

6. Определение технического содержания и приемка тормозного оборудования вагона


Введение


Целью курсового проекта является разработка и проектирование тормозной рычажной передачи 4-х осевого крытого вагона на тележках модели 18-100.

Крытый вагон служит для перевозки груза, требующего защиты от воздействия атмосферных явлений и сыпучих грузов. В военное время крытый вагон используется для военных перевозок личного состава.

Автотормозная техника представляет собой достаточно сложный комплекс устройств, создающих искусственно регулируемое сопротивление движению поезда при регулировании его скорости или остановки.

Автоматические тормоза железнодорожного подвижного состава являются одним из основных средств, обеспечивающих безопасность движения поездов и оказывающих непосредственное влияние на повышение пропускной и провозной способности железных дорог.

Все грузовые магистральные вагоны оборудованы воздухораспределителями № 483. На всех грузовых вагонах обычно использованы авторежимы № 265А, установленные сбоку хребтовой балки над тележкой. Под вагоном также расположены магистральная труба диаметром , концевые краны с междувагонными соединительными рукавами № 369А и пылеловка.

Автоматические тормоза подвижного состава железных дорог России отвечают современным требованием и по техническому уровню имеют ряд преимуществ перед конструкциями зарубежных аналогов. Наиболее широко применяется пневматический колодочный тормоз, которым оборудуются как грузовые, так и пассажирские вагоны.


1.Выбор тормозной системы подвижного состава


1.1. Определение потребной тормозной силы по заданной длине тормозного пути


Исходные данные:

- максимальная скорость движения поезда V = 80 км/ч;

- величина уклона 0,003;

- масса крытого вагона брутто 91 т;

- расчетное значение тормозного пути при ЭТ грузового поезда Sт= 1200м;

Среднее значение основного удельного сопротивления движению крытого вагона:

;

где: - скорость движения подвижного состава, км/ч;

- эмпирические коэффициенты, зависящие от типа подвижного состава и конструкции буксового узла колесных пар. Для крытого вагона с буксами на роликовых подшипниках соответственно равны:

где: - масса вагона, приходящаяся на одну ось, т;

Т;

Удельное ускоряющее усилие на грузовой поезд от уклона пути: ic = 10*i.

где: i – уклон пути, принимают на подъеме со знаком <<+>>, а на спуске со знаком << - >>;


1.1.1 Среднее значение удельной тормозной силы по расчетной длине пути:

где: - время подготовки тормоза к действию при торможении поезда на равнинном участке пути, с. Для грузового поезда с пневматическим тормозом = 7с;

-составляющая времени подготовки тормоза к действию при торможении поезда на уклоне,с. Для грузового поезда с пневматическим тормозом =10с;

- замедление поезда под действием замедляющей силы 1Н/т, принимаемое с учетом инерции вращающихся масс равным 12 грузовых и пассажирских поездов, км/ч2;


1.1.2 Среднее значение удельной тормозной силы по величине замедления поезда:

по расчетному замедлению = 1,3 м/с2

по наибольшему допускаемому замедлению = 2 м/с2


1.1.3.Проверка потребной тормозной силы по допустимой величине замедления

где: Sд - величина действительного тмозного пути.

Полученная тормозная сила обеспечивает замедление поезда в допустимых пределах и обеспечивает сохранность перевозимого груза.


1.2 Расчет допускаемой тормозной силы из условия безъюзного торможения подвижного состава


Для тормозов, основанных на использовании сцепления колес с рельсами, реализуемая тормозная сила не должна превышать силу сцепления, так как возможно заклинивание колесных пар. Кроме того, при юзе возрастает тормозной путь.

Рис.1.1. Силы, действующие на колесо при торможение подвижного состава.


Условие безъюзного торможения колесной пары:

где: ВТ- реализуемая тормозная сила колесной пары, Н;

Вс- предельное значение силы сцепления рельса с колесом или допускаемая тормозная сила по сцеплению, Н; Вс=[вт];

 - коэффициент сцепления колеса и рельса,

q - статическая осевая нагрузка единицы подвижного состава, Н;

Кс - расчетный коэффициент запаса по сцеплению.

Определим среднюю допускаемую удельную тормозную силу по сцеплению для крытого вагона.

Вес брутто 91 т., конструкционная скорость – 100 км/ч.

Расчетный коэффициент сцепления:

Допускаемая тормозная сила:

Значения определяем из графика функции скорости.

Результаты расчетов и соответствующие скоростям движения крытого вагона от 100 км/ч до полной остановки, сведем в таблицу № 1 .

На основании полученных данных строем графическую зависимость удельной тормозной силы от скорости движения


Расчетные значения и для крытого вагона

V, км/ч

, Н/т

80

0,57

0.0817

694.5

60

0,60

0.0860

731

40

0,64

0.0917

779.5

20

0,73

0.1046

890

0

1

0.1433

1218



График зависимости допускаемой удельной тормозной силы от скорости движения вагона.


Скорость движения V-км/ч.


Определим среднее значение допускаемой удельной тормозной силы:


Вывод

1) Потребная тормозная сила (втс = 274 Н/т) меньше допускаемой по сцеплению ([втс] = 839.2 Н/т). В этом случае параметры тормозной системы следует выбирать из допускаемой тормозной силы. Целесообразно использование колодочного тормоза с пневматическим управлением.

2) При втс=274 Н/т и замедление аm=0,24 м/с2 соблюдается необходимая

безопасность движения 4-х осной цистерны в составе поезда и обеспечиваются условия сохранности груза.


2. Расчет пневматической части тормозной системы вагона


2.1. Выбор принципиальной схемы пневматической части тормозной системы вагона


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


Рис.2.1 Схема пневматического тормозного оборудования крытого вагона.


На новых грузовых вагонах устанавливается только ВР №483. Его двухкамерный резервуар 6 укреплен на раме вагона и отводами 9 и 11 соответственно соединен с М 5 и ЗР 10. Причем отвод 9 непосредственно ввинчен в разобщительный кран 8, который сам установлен в тройнике кронштейне 7. Последнее позволяет в случае излома отвода отключить не только ВР, но и неисправный отвод.

Разобщительный кран 8 № 372 снабжен отверстием диаметром 4 мм, через которое при выключении тормоза магистральная камера ВР сообщается с атмосферой (Ат), тем самым, предупреждая самоторможение выключенного ВР в случае пропуска воздуха через пробку закрытого разобщительного крана. По горцам магистральный воздухопровод 5 оборудован концевыми кранами 3 и соединительными рукавами 2.

Концевой кран 3 № 190 имеет контрольное отверстие диаметром 6 мм, посредством которого при закрытии крана полость соединительного рукава 2 сообщается с Ат, что позволяет затем безопасно разъединять рукава.

Кран экстренного торможения (ЭТ) 4 со снятой ручкой устанавливается только на вагонах с тормозной площадкой. Для отпуска тормоза вагона вручную служит выпускной клапан 15 № 31, который непосредственно размещен на крыше главной части 16 ВР. На рукоятке этого клапана закреплен проволочный поводок 14, выведенный к боковой стороне вагона.

Сверху на корпусе главной части 16 ВР находится обратный клапан 17, наделяющий тормоз свойством неистощимости. Также сверху, но на корпусе магистральной части 12 ВР располагается клапан мягкости 19.


2.2.Выбор типа воздухораспределителя


ВР выполняет важнейшие функции автотормоза и поэтому является одним из наиболее ответственных приборов тормозного оборудования вагона. Наряду с основными операциями, изложенными выше, ВР должен выполнять такие вспомогательные операции, как дополнительную разрядку М, образование скачка начального давления в ТЦ, изменение грузового режима торможения.


2.3. Требования к воздухораспределителям грузового подвижного состава


ВР грузового тормоза должен обеспечивать достаточно легкий бесступенчатый отпуск при следовании поезда по участкам пути с уклоном до 18 о/оо и ступенчатый отпуск для следования поезда по затяжным крутым спускам с уклонами более 18 о/оо.

Он должен обладать свойством мягкости, т. е. не срабатывать на торможение при снижение давления в М темпом 0,02-0,03 МПа в минуту.

Для обеспечения плавности торможения скорость тормозной волны при ЭТ должна достигаться наибольшей и не менее 250 м/с.

Максимальное давление в ТЦ должно обеспечиваться при снижении зарядного давления в М 0,13 – 0,15 МПа. При этом время наполнения воздухом ТЦ до 90% максимальной величины давления должно составлять 20-25 с. Реализация максимального давления воздуха в ТЦ должна быть в пределах 0,39-0,45 МПа для груженого режима ВР; 0,28-0,32 МПа для среднего и 0,14-0,18 МПа для порожнего. ВР должен обеспечивать пополнение возможных утечек воздуха из ТЦ.


2.4. Определение диаметра тормозного цилиндра


Необходимый диаметр ТЦ можно получить из выражения:

или ,

где: dТЦ – диаметр ТЦ, мм;

РШТ - усилие по штоку ТЦ, Н;

РПР - усилие отпускной пружины ТЦ. Н;

РР - усилие возвратной пружины авторегулятора рычажной передачи, приведенное к штоку ТЦ, Н;

РТЦ – расчетное давление воздуха в ТЦ, МПа;

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

Усилие отпускной пружины ТЦ:

,

где: Ро - усилие предварительного сжатия отпускной пружины ГЦ, Н;

Жц - жесткость отпускной пружины ТЦ, Н/мм;

LШ- величина выхода штока ТЦ, мм.

Для крытых вагонов максимально допустимый в эксплуатации LШ=175 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 крытого вагона:

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

,

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

lР - величина сжатия возвратной пружины АРП, мм;

ЖР - жесткость возвратной пружины АРП, Н/мм;

nР – передаточное число привода АРП. Для крытых вагонов с чугунными колодками nР =0,67.

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

РОР= 1690 Н, ЖР = 23,1 Н/мм, lр=15 мм.

Для крытых вагонов значение давление в ТЦ, принимается равным:

РТЦ= 0,4 МПа на груженом и РТЦ = 0,28 МПа на среднем режиме ВР.

Величину РШТ 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 крытого вагона равным - 0,95.

Допускаемая сила нажатия колонки:

,

где: kс- коэффициент, учитывающий возможность разгрузки колесной пары при торможении;

q - нагрузка от оси колесной пары на рельс;

ψc- расчетный коэффициент сцепления колеса с рельсом;

m - число тормозных колодок колесной пары;

φk - коэффициент трения тормозной колодки.

,

где: V – скорость, км/ч;

К - значение нажатия на колодку, кН.

При построении графической зависимости Вт = f(K) произвольно задают значения К по которым с учетом выбранной скорости V, вычисляют соответствующие значениями φk и ВТ. Затем определяют по условию сцепления колес с рельсами возможную для реализации тормозную силу [BT]=kc*qk и по ее значению из графика находят необходимую величину Кn 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 учла колесо-кололка. так как износ трущихся материалов определяется главным образом работой сил трения. Ее выполняют косвенно по допускаемым удельным давлениям на колодки. Поэтому определяют силу нажатия Кυ (кН) тормозных колодок по допускаемому удельному давлению на колодку.

,

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

Fтр - площадь трения колодки, см2.

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

Для уточнения и окончательной корректировки величины силы нажатия колодок сравнивают полученные значения Кn и Кν.

Если Кпv, то в качестве допускаемой силы нажатия тормозных колодок принимают К = Кν. При Кn < Кν принимают К = Кn

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

2. Коэффициент трения композиционных колодок

,

и тормозную силу[BТ] = m*K* φk=2К*φk. При этом число тормозных колодок колесной пары крытого вагона m=2 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 [Вс]=kc*qk;

коэффициент запаса по сцеплению kc=0,85


Таблица 2.3

V-км/ч

20

60

100

Вс - кН

20,7

17

15,6


6. Графическая зависимость ВТ= 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:

Ку = 0,1 • [P]- FТР ; Ky = 0,1 • 1,3 • 305 = 39,65 кН

Принимаем Kу = Kmin = 39,65 кН .

9. Допускаемая сила нажатия на колодку;

Поскольку Ку < К п, то K = Kу = 39,65 кН.


2.5 Выбор передаточного числа РП тормоза


Необходимое усилие по штоку ТЦ и передаточное число РП можно определить методом подбора, как двух взаимосвязанных величин, учитывая следующие соображения.

При сравнительно большом п можно применить компактный ТЦ с малым диаметром и тормозное оборудование меньшего веса. Однако в таких случаях получаются худшие условия для отвода колодок после торможения и затрудняется регулировка РП по мере износа тормозных колодок.

Кроме того, принятое передаточное число РП определяет соотношение между возможным перемещением колодки пси торможении (зазоры между колесом и колодкой в отпущенном состоянии тормоза) и величиной хода поршня ТЦ.

Так как зазор между колодками и колесом должен быть в пределах 5-8 мм, а по конструктивным соображениям рабочий ход поршня также может изменяться в ограниченном диапазоне 40-180 мм, то и передаточное число, РП ограничивается данными условиями. С учетом изложенного в железнодорожной практике обычно передаточные числа РП тормоза принимает n = 6 - 12.

Для уточенного выбора n целесообразно применение другого метода, предложенного Иноземцевым В.Г., учитывающим условия непрерывного торможения вагонов на крутом затяжном спуске, когда длительно не производится полный отпуск автотормозов и поэтому АРП не стягивает РП.

В таком режиме торможения общий расчетный объемный износ чугунных тормозных колодок, действующих на одно колесо, с учетом технологическах факторов может достигать 250 см3.

С учетом выхода штока ТЦ lупр, от упругих деформаций РП и хода поршня от износа тормозных колодок общий выход штока не должен превышать максимально возможной величины Lmax.

Из этого условия:

,

где: mk – число колодок действующее на колесо;

Δc – нормальный средний зазор между колодкой и колесом, Δс=0,5-0,8 см

Для крытых вагонов, оборудованных чугунными тормозными колодками и имеющих один ТЦ, рекомендуют принимать: Lmax= 18см; lупр=6см.

В качестве исходных данных используем результаты расчетов полученных ранее

допустимое нажатие на чугунные колодки К = 39,65 кН. Передаточное число РП n = 9,09.

Далее определим dТЦ, по вышеперечисленной методике.

1.

2.Усилие отпускной пружины ТЦ:

3.Усилие возвратной пружины АРП № 574 Б, приведенное к штоку ТЦ:

4.Диаметр ТЦ:

Принимаем стандартный ближайший размер dТЦ = 356 мм

5. Выбор типа TЦ:

Для пневматической части автотормоза рефрижераторного вагона принимаем ТЦ усл. № 188 Б.


2.6 Выбор объема запасного резервуара


При проектировании тормозного оборудования объем ЗР выбирают в соответствии с принятым диаметром ТЦ, из расчета обеспечения при ПСТ и ЭТ давления в ТЦ не менее 0,38 MПa, при максимальном выходе штока поршня 200 мм. Таковы требования МПС. Исходя из закона Бойля-Мариота, рассматривая состояние пневматической части автотормоза вагона в отпущенном и тормозном состоянии. При этом во внимание принимаются рабочие объекты автотормоза и величины давления воздуха в них.


Рис. 2.3 Схема взаимодействия элементов пневматической части тормоза вагона при отпуске


Рис. 2.4 Схема взаимодействия элементов пневматической части тормоза вагона при торможении


В отпущенном состоянии тормоза объем ЗР-Vзр наполнен сжатым воздухом из М до зарядного давления Рз, а объём ТЦ VТО сообщен с Ат, таким образом давление в объеме VТО устанавливается Ра.(Рис. 2.3)

В заторможенном состоянии ТЦ сообщается с ЗР, а канал Ат перекрыт золотником 2, связанным с поршнем чувствительного элемента 1. Поэтому происходит перемещение поршня на величину выхода штока 3, что вызывает увеличение объема ТЦ до VТЦ .

В соответствие с законом Бойля-Мариота:

,

где: РЗ- зарядное давление воздуха, МПа в аб. ед.;

РА - давление воздуха в ЗР после ПСТ или ЭТ, МПа в аб. ед.;

РТЦ - давление воздуха в ТЦ, МПа в аб. ед.;

m1- число ТЦ, подключенных к ЗР;

VЗР - объем ЗР, м3;

VЦО - объем ТЦ при отпуске и зарядке тормоза, л/3; VЦО = 0,0022 м3;

VТЦ – объем ТЦ при торможение, м3;

Отсюда объем ЗР будет равен:

Принимаем ближайший стандартный ЗР VЗР = 0,078 м3 (78 л)

Тип резервуара Р7-78.


3 Расчет и проектирование механической части тормозной системы вагона


3.1 Выбор принципиальной схемы механической части тормозной системы вагона


Выбор схемы тормозной рычажной передачи (ТРП) определяется типом подвижного состава и конструкцией ходовых частей. При этом ТРП конструируют с учетом реализации требуемого нажатия тормозных колодок и допускаемого удельного давления колодок на колесо

Все основные типы грузовых, рефрижераторных и пассажирских вагонов оборудованы симметричной ТРП, состоящей из двух кинематических цепей, головной и тыловой, размещенных снизу на раме кузова и тележках вагона. Эти кинематические цени передачи тормоза подключены к ТЦ, расположены на раме кузова и средней части вагона. Объединяющим их элементом является затяжка горизонтальных рычагов ТЦ.


3.2 Качественные характеристики механической части тормозной системы вагона


Несмотря на специфические особенности, каждая механическая часть тормозной системы обладает определенными качественными признаками, к которым относятся:

Рис. 3.1 Схема рычажной передачи тормоза крытого вагона:

1-тормозной цилиндр; 2-шток ТЦ; 3,4-головной и тыловой горизонтальные рычаги; 5-затяжка горизонтальных рычагов; 6,7-тяга; 8,9-вертикальные рычаги; 10-затяжка вертикальных рычагов; 11-серьга;


Передаточное число выбирают в пределах 6-12 с учетом возможности обеспечения нормативных зазоров 5-10 мм между колодкой и колесом в отпущенном состоянии тормоза и обычно допускаемых величинах выхода штока поршня ТЦ 0,075-0,1 5 м.

Отношение суммы фактических сил нажатия ΣКД тормозных колонок к расчетному нажатию без учета потерь ΣКТ, называется КПД рычажной передачи.

Величина выхода штока ТЦ является функцией многих параметров:

LШТ=f (Δ3, ΔТК, ΔP, ΔY, n),

где: ΔТК - суммарное число тормозных колодок;

ΔУ - упругие деформации элементов ТРП;

п - передаточное число ТРП;

ΔЗ - зазор между колесом и колодкой

Для крытых вагонов с композиционными колодками LШТ = 0,1м,

с чугунными LШТ =0,125м.


3.3 Определение передаточного числа рычажной передачи по заданной величине нажатии тормозных колодок


Имея выбранный диаметр ТЦ d можно при проектировании ТРП определить ориентировочную величину ее передаточного числа n. Это необходимо выполнить для последующего расчета размеров элементов ТРП.

,

где ΣКn - суммарное проектное нажатие тормозных колодок, подключенных к ТЦ;

ηРП - КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать ηРП, для передачи с одним TЦ крытого вагона равным 0.95.

Усилие на штоке ТЦ определяют по зависимости:

где: РШТ - усилие по штоку ТЦ, Н;

РТЦ - расчетное давление воздуха в ТЦ,

для крытых вагонов с композиционными колодками РТЦ=0,3МПа;

с чугунными РТЦ = 0,4МПа.

ηТЦ - КПД ТЦ; ηТЦ =0,92

Рпр - усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Рр - усилие возвратной пружины;

dТЦ - диаметр TЦ. мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

РпроЦ*LШ ,где:

Ро - усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Р0 = 159 кгс;

ЖЦ - жесткость отпускной пружины ТЦ, ЖЦ = 6,57 кгс/см;

LШ- величина выхода штока TЦ, мм.

Для чугунных колодок LШ= 12,5см, для композиционных LШ =10см.

Рпр(комп) =1590+6,57*100=2247 Н.

Рпр(чуг) = 1590 + 6,57*125 = 2411,3 Н

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: РОР - усилие предварительного сжатия возвратной пружины

РОР - 1690 Н;

1р- величина сжатия возвратной пружины 1р= 15 мм;

nр - передаточное число, для чугунных колодок и для композиционных nр=0,65.

ЖЦ - жесткость возвратной пружины ТЦ, ЖЦ = 23,1 кгс/см

для композиционных колодок на среднем режиме ВР (Кд=15кН):

для чугунных колодок на груженном режиме ВР(Кд=38кН):


3.4 Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза


Согласно схеме ТРП, представленной на рис. 3.1, сила РШТ поршня, действующая по направлению штока 2, передается через горизонтальный рычаг 3 на тягу 6, с выигрышем силы пропорционально отношению плеч этого рычага а: 6.

Р1*б = РШТ*а; Р1= РШТ *(а/б):

Полученная на тяге сила Р1 на крытом вагоне, при помощи вертикального рычага 8 передается на ближний к ТЦ триангель с новым изменением силы пропорционально отношению (в+г)/г этого рычага.

где P1 – усилие, с которым тяга 6 воздействует на вертикальный рычаг 8 тележки;

а и б – плечи горизонтальных рычагов ТЦ;

P2 – усилие от вертикального рычага тележки на триангель;

в и г – плечи вертикальных рычагов тележки.

Направление силы P2 образует угол  с направлением нормального давления колодки.

Силы нажатия на тормозной колодки триангеля находим из выражения:

2*Кт 2

*cos 

Кт = 0,5* Р2 *cos  =0,5 *Pшт*(а/б)*[(в+г)/г]*cos  ,

где  =10 - угол наклона колодки.

ТРП подвижного состава конструируются с одинаковой силой нажатия колодок на все к.п.

В данной схеме это достигается подбором плеч рычагов 3,4 и 8,9 и шарнирным соединением их затяжками 5 и 10. Поэтому, чтобы найти суммарную силу нажатия на колодки вагона достаточно полученное выражение умножить на число колодок, тогда:

Имея в виду формулу

Можем записать:

сокращая получим:


3.5 Определение плеч рычагов и длин тяг рычажной передачи


Размеры плеч рычагов определяют из условий их размещения в ТРП на вагоне и реализации требуемого передаточного числа п... Длина тяг выбирается с учетом места расположения на раме вагона ТЦ и подключаемых к нему ТРП тележек.


3.5.1 Выбор длин плеч вертикальных рычагов тележки


Рис.3.2 Вертикальный рычаг тележки.


Расчетная схема установки вертикального рычага тележки вагона (рис.3.2). Из рисунка видно, что суммарная длина плеч рычага:

в + г = Н - (hв + hн)

где: hв- расстояние от центра верхней проушины до рамы кузова, исключающее взаимодействия конуса рычага с рамой вагона;

hн - расстояние, исключающее возможность в процессе эксплуатации вагона, выхода конуса рычага за габарит подвижного состава;

Н – расстояние от уровня головки рельса до нижней плоскости кузова в месте расположения вертикального рычага.

Для рычага, подвешенного к необрессоренной массе те­лежки (грузовой вагон), учитывают понижения рамы кузова вследствие:

Δп-износа пятника и подпятника;

ст – величина равномерного статического прогиба;

о – статическая осадка рессор и понижение рамы тележки, о =10 мм [4,табл.5.2.]

к – износ колёсной пары по кругу катания, к =53 мм;

б – износ буксы и боковины в месте взаимного опирания, б =2 мм;

ш – максимальный износ шарнирных соединений подвески рычага, ш=9мм;

hг – допускаемая высота от головки рельса до габаритного очертания ходовых частей вагона; hг =70 мм;

з – страховой зазор, з =30 мм;

д – динамический пробег;

Rв и Rн – радиусы верхней и нижней проушин;

Поэтому:

где Рр- расчётная нагрузка на вагон, кН;

т – гибкость рессорного подвешивания тележки, т =0,125 мм/кН [табл. 5.4.].

ст =0,5*930*0,125=58,1 мм;

ддв*ст =0,55*58,1=31,96 мм.

где Кдв- коэффициент динамической добавки вертикальных сил, Кдв=0,550,65.

hв = 5+58,1+31,96+10+40+30=175 мм

hн = 70+53+2+9+40+30=204 мм.

;

Из этого выражения находим искомые плечи в и г, где А=2,5; Н=930мм.

в+г=930-(175+204)=551 мм

Из решения системы уравнений получаем:

в=400,7 мм; г=160,3 мм;

На основе опыта вагоностроения и эксплуатации принимаем:

в=400 мм; г=160 мм;


3.5.2 Определение длин плеч горизонтальных рычагов ТЦ

Длина горизонтального рычага по центрам проушин определяется по конструктивным соображениям из условия размещения ТЦ на раме вагона,

а также по накопленному опыту проектирования ТРП и испытанию тормозных систем МПС рекомендует к применению на крытых вагонах рычага ТЦ стандартных размеров 660 мм; т. е. а + б = l = 660мм.


Рис. 3.2 Схема размещения горизонтальных рычагов на раме

1 – ТЦ;

2 – затяжка горизонтальных рычагов;

3 – горизонтальный рычаг;

4 – тяга;

5 – рама вагона.

Длина горизонтального рычага по центрам проушин: l=а+б;


Длины плеч а и б рычага ТЦ можно определить, используя для этого формулу геометрического передаточного числа РП При этом принимают, что передаточное число nг должно быть одинаковым с величиной nк, полученный в п.3.2. по заданному нажатию тормозных колодок, т.е. nг = nк.т.о., получаем систему из 2-х уравнений:

Для чугунных колодок:

а + б = 660

9,7= 4* а/б*(400+160)/160*cos 10

Из решения системы получаем:

а=270 мм; б=390 мм (фактич.размер а=260;б=400);

Тогда фактическое передаточное число:

nг(ч)= 4* 270/390*(400+160)/160*cos 10=9,5;

Для композиционных колодок:

а+б = 660

5,3 = 4* а/б*(400+160)/160*cos 10

Из решения системы получаем:

а=185 мм; б=475 мм (фактич.размер а=195; б=465);

Тогда фактическое передаточное число:

nг(к)= 4* 185/475*(400+160)/160*cos 10=5,4;


3.5.3 Определение длинны тяг и затяжек рычагов

Длину головной lг и тыловой /т тяг, соединяющих на гру­зовых вагонах рычаги ТЦ с рычагами тележки, определяют исходя из координат их шарнирных соединений.

В симметричной ТРП грузового вагона, на котором ТЦ установлен в средней части на раме кузова, длину тяг можно определить из выражений



где 2L - база вагона;

lп- расстояние от центра шкворня тележки до шарнирного соединения тяги с рычагом тележки;

- расстояние от центра кузова вагона соответственно до шарнирного соединения рычага со штоком ТЦ или с крон­штейном "мертвой точки"

ly; lx - расстояние от шарнирных соединений штока ТЦ и кронштейна "мертвой точки" соответственно до головной или тыловой тяг;

lур -максимальная длина установки регулятора ТРП.

Координатой шарнирного соединения тяги с рычагом те­лежки (см.рис.5.3) является 1п- расстояние до центра шкворня тележки, которое определяется с учетом среднего диаметра ко­лес в тележке и толщины колодок. Из инструкции и пособия по обслуживанию и ремонту тормозов [6,8] при среднем диа­метре колес 964-950мм и прижатых полномерных колодках установочный размер ТРП в тележке lп= 350-450мм.

Известны и координаты шарнирных соединений тягового стержня АРП, являющегося продолжением головной тяги, и тыловой тяги вагона с рычагами ТЦ. Это расстояние /у и /х (рис. 3.4) от этих шарниров до установки ТЦ на раме кузова. Для грузовых вагонов с АРП принимают lу=50-90мм и lх=200-260мм.

Расстояние от середины кузова вагона до отверстия на штоке ТЦ для шарнирного соединения lц1=510мм и до от­верстия в кронштейне "мертвой точки" lц2=330мм. Таким обра­зом длина установки ТЦ №188Б составляет lц1 +-lц2= 840мм.

Максимальная длина lyp установки* АРП №574Б достигает 2252 мм и РТРП-675 2377мм.

Длину затяжки рычагов ТЦ можно определить из выра­жения:

Длину затяжки lзр вертикальных рычагов в тележке гру­зового вагона выбирают в зависимости от среднего диаметра колоес тележки при полномерных тормозных колодках. При полномерных колесах в тележке Дср=964мм длина составляет 950мм, а при среднем диаметре колес менее 865мм lз должна достигать 1110мм, длина серьги 127-227мм.


Рис. 3.3 Схема установочных размеров рычажной передачи крытого вагона


Рис. 3.4 Схема установочных размеров тормозного цилиндра и его рычагов


3.6 Выбор сечений элементов рычажной передачи тормоза вагона


3.6.1 Определение усилий, действующих на элементы рычажной передачи

Искомые усилия, действующие в местах всех шарнирных соединений определяются из условия равновесия рычагов ТРП в тормозном положении, рассматривая последовательно передачу усилий со штока ТЦ на тормозные колодки. Из условия равновесия рычагов тормоза вагона следует:

Тогда на шток ТЦ крытого вагона усилия составляют:

Определим усилие при чугунных колодках:

определим усилие при композиционных колодках:


3.6.2. Расчет на прочность рычага Т.Ц.

Расчет на прочность предполагает определение геометрических размеров сечений элементов ТРП, исходя из условия, что возникающие напряжения (растяжения, сжатия, изгиба, смятия и среза) в этих сечениях под нагрузкой не должны превышать допускаемые для марок стали, из которых намечается их изготовление. Для деталей тормоза, рассчитанных в соответствии с нормами для расчета и проектирования на наиболее невыгодное, но возможное в эксплуатации сочетание расчетных сил


Рис 3.4 Расчетная схема рычага т.ц. и эпюра изгибающего момента, сечения рычага тележки


Размеры горизонтального рычага тележки типа 18-100 крытого вагона:

а=260; б= 400 мм; d1= 40 мм; d2 = 45 мм; H*h =142*14 мм; R = 40 мм.

,

где: [и] - допускаемые максимальные напряжения в рычаге при

изгибе - 145 МПа;

W-момент сопротивления поперечного сечения рычага;

Ми - изгибающий момент в опасном сечении рычага.

Для сечения А-А

В свою очередь момент сопротивления можно определить из выражения.

Поэтому:

После соответствующих преобразований получим уравнение следующего вида

По правилу Тартальи корень этого уравнения представляется выражением:

где: U и V - решения системы.

из таб. 6.2 выбираем следующие размеры сечений рычага: при d2 =45мм,

h = 120мм, t = 14мм;

Напряжения сжатия и среза определяются по формулам:

где: Р- усилие на проушину;

t – толщина проушины;

d1 – диаметр проушины;

h – высота сечения проушины по линии среза, принимается равной:

R – радиус наружного очертания проушины.

При расчете проушины напряжения изгиба и растяжения определяются как для криволинейного бруса с сосредоточенной нагрузкой. В зависимости от кривизны этого бруса распределение напряжений по сечению принимается либо по линейному либо по гиперболическому законам (при отношении среднего радиуса к высоте сечения проушины больше 5-ти рекомендуется принимать линейный закон распределения напряжений).

Для прямой проушины рычага максимальные растягивающие напряжения в сечении по отверстию определяются по формуле:

максимальное напряжения на внешнем контуре проушины в сечении, расположенном по линии действия сосредоточенной силы Р, находятся по формуле:

где: K1 и K2 - коэффициенты, определяемые в зависимости от отношения d1/2R=0,5. K1 =4; K2 =6


3.7 Расчет на прочность по допускаемым напряжениям затяжки горизонтальных рычагов


Рис 3.5 Затяжка горизонтальных рычагов.


Тяги и прямолинейные затяжки рычагов в расчетной схеме принимаются в виде стержня шарнирно опертого по концам и центрально растянутого или сжатого силами.

где: F – площадь поперечных сечений (без учета местных ослаблении).

F=h*t. при этом [p]=145МПа.

t – ширина поперечного сечения; t=25 мм;

h – высота поперечного сечения; h=110 мм;

где е – эксцентриситет приложения усилия Р3, е =105мм.


3.8.Вычисление величины деформации элементов рычажной передачи при торможение вагона


Упругие деформации элементов рычажной передачи, работающих на растяжение или сжатие определим по формуле:

где: Р – сила действующая в рассматриваемом сечение, Н;

l – длинна рассматриваемых элементов, см;

F – площадь поперечного сечения, см;

Е – модуль упругости, Н/см.

В случае внутреннего растяжения (сжатия) формула принимает следующий вид:

где: е – эксцентриситет приложения силы;

I – момент инерции сечения относительно точки приложения силы.

Деформации рычагов рассчитываем по следующей формуле:

где: а и б – плечи рычагов, мм.

Деформация траверсы определяется по формуле:

где: c – плечо приложения силы Р, мм.

Деформация изгиба горизонтального рычага ТЦ:

Момент инерции определим по формуле:


3.9.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ВЫХОДА ШТОКА ТОРМОЗНОГО ЦИЛИНДРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ВАГОНА









Рис. 3.6 Зависимость хода поршня от давления в Т.Ц.


3.9.1 РАСЧЕТ СВОБОДНОГО ХОДА ПОРШНЯ ЦИЛИНДРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ВАГОНА

Определим влияние величины зазора ∆ между колодкой и колесом на выход штока LCB поршня ТЦ. Рассмотрим только головную кинематическую цепь ТРП. Ты­ловая кинематическая цепь передачи тормоза, расположенная на вагоне со стороны задней крышки ТЦ по всей структуре идентична головной и имеет обозначения соединений подвиж­ных звеньев 1 – 9.

Свободный ход поршня ТЦ найдем из условий перемеще­ния шарниров 1- 9 и 1’ – 9’ собирающих элементы рычажного механизма в единые кинематические цепи. Для этого восполь­зуемся подобием треугольников, образованных в структуре механизма изначальным и конечным местоположением рычагов передачи (рис. 3.7.)


Рис. 3.7.Свободный ход поршня Т.Ц. при торможении вагона за счет перемещения колодок до прилегания к колесам.


С учетом полученных результатов полную величину свободного хода поршня Т. Ц. можно выразить:

- зазор между колодкой и колесом; = 8мм.

для чугунных колодок:

для композиционных колодок:

Приращение выхода штока от износа тормозных колодок определяется

- износ тормозных колодок; по данным ВНИИЖТа:

, следовательно

, для чугунных тормозных колодок.


3.9.2 РАСЧЕТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ХОДА ШТОКА ЦИЛИНДРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ВАГОНА

После прилегания всех колодок к колесам с увеличением давления воздуха в ТЦ колодки прижимаются с большим уси­лием, а поршень цилиндра, как указывалось выше, сделает до­полнительный ход Lдоп, величина которого зависит от давления воздуха в ТЦ, деформации всех элементов ТРП и ее переда­точного числа.

Под действием тормозных усилий рычаги передачи под­вергаются деформациям изгиба, тяги и другие продольные элементы - растяжению или сжатию. Криволинейной формы затяжки или распорки рычагов испытывают внецентренное, растяжение. Деформируют также триангели и траверсы в на­правлении воздействующих на них усилий.

Схема для определения влияния упругих деформаций ТРП на величину хода поршня ТЦ в 4-х осном грузовом вагоне показана на рис 3.8.Искомое приращение хода штока ТЦ най­дем в указанной схеме из условий перемещений шарниров 2-11, соединяющих между собой в кинематические цени элемен­ты рычажного механизма.



Рис. 3.8.


Для этого воспользуемся подобием треугольников, обра­зованных в структуре механизма изначальным и конечным местоположением рычагов передачи, обусловленным деформа­циями в ТРП.

Деформации:

1 – триангеля;

2 – изгиба вертикального рычага тележки;

3 – сжатие затяжки вертикальных рычагов;

4 – растяжение тяги вагона;

5 – изгиба горизонтального рычага ТЦ;

6 – растяжение затяжки горизонтальных рычагов;


3.9.3Вычисление величин деформаций элементов РП при торможении вагона

Деформация вертикального рычага тележки:

Упругие деформации элементов Р.П., работающих на растяжение и сжатие определяются по:

, где

Р – сила действующая в рассматриваемом сечении, Н.

l – длины рассматриваемых элементов, см,

F – площадь поперечного сечения, см2

Е – модуль упругости, Н/ см2

В случае внутреннего растяжения (сжатия) формула примет вид:

е – эксцентриситет приложения силы;

I– момент инерции сечения.

Деформация сжатия затяжки вертикальных рычагов:

где l – длина затяжки, l=119,5 см;

F – площадь поперечного сечения, F=18.75 см2.

Деформация растяжения тяги вагона:

F=3,8 см2; lдл=2910 мм; lкор=523 мм;

Деформация горизонтального рычага:

t*(h3-d23) 14(1403 – 453)

I=  =  = 3095021мм3


Случайные файлы

Файл
28246-1.rtf
142978.rtf
53928.doc
Tvorch_mysl.doc
8289.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.