Противоюзные регуляторы и расчет их параметров

/ Литература / Автоматические тормоза подвижного состава / Противоюзные регуляторы и расчет их параметров

В связи с тем что при дисковом тормозе, в отличие от колодочного, не происходит очистки поверхности катания колес, коэффициент сцепления их с рельсами снижается в 1,5-2 раза, что увеличивает вероятность юза. Поэтому на высокоскоростных поездах обязательна установка противогазных устройств, которые можно разделить на три поколения.

Первые из них, инерционно-механические, срабатывали при окружных замедлениях колес более 3-4 м/с2, после про ворота маховика на оси колесной пары, и резко, за доли секунды, выпускали воздух из ТЦ, растормаживая весь вагон. Затем, по окончании паузы в 1,5-2,0 с, давление в ТЦ вновь возрастало через сбрасывающий клапан до исходного, как показано на рис. 6.6. В расчете на периодическое срабатывание таких регуляторов объем ЗР на каждом вагоне увеличивался в 4-5 раз.

Эти устройства выполняли простейшую функцию по исключению повреждения колес при юзе, а алгоритм их действия являлся защитным. Тем не менее они позволяли реализовать уровень сцепления колес с рельсами на 15-20 % выше по сравнению с обычными пассажирскими поездами.

Поскольку замедление вращения колеса в этих приборах не является признаком, гарантирующим отсутствие юза, возникали случаи их блокирования и повреждения при так называемом медленном юзе с низким темпом потери окружной скорости. Однако, оставаясь в рамках пневматических конструкций противоюзных устройств, реализовать другие алгоритмы выявления и ликвидации юза довольно сложно.

Рис. 6.6. «Защитный» алгоритм инерционно-механического противоюзного устройства:

1 - скорость транспортного средства; 2 - допустимое скольжение; 3 - окружная скорость колесной пары; 4 - юз; 5 - давление в ТЦ В этой связи в нашей стране и за рубежом для эффективного использования свойств сцепления при поосном или потележечном торможении были созданы быстродействующие электронные противогазные регуляторы, позволяющие при ЭТ вести колеса в режиме небольшого периодического проскальзывания и выполненные по общей структурной схеме, представленной на рис. 6.7.

В схеме сигналы, вырабатываемые датчиками скорости (ДС), от каждой колесной пары подаются на логический блок (ЛБ), который по заданному алгоритму управляет работой сбрасывающих клапанов (СК). Последние сообщают реле давления (РД) с определенным ТЦ для увеличения давления или с атмосферой для его снижения.

Противогазные утройства второго поколения электронного типа в пределах одного вагона или локомотива сравнивают скорость вращения колес, определяя величину их скольжения, и резким изменением давления в ТЦ на незначительную величину в большую Рис. 6.7. Структурная схема противогазного регулятора электронного типа или меньшую сторону удерживают индивидуально проскальзывание колесных пар в диапазоне 10-15 %, как показано на рис. 6.8. Это позволяет повысить уровень реализуемого сцепления при торможении на 60-70 %, хотя увеличивает износ колесных пар и расход сжатого воздуха.

Совершенствование электронных противогазных устройств в нашей стране привело к созданию так называемых регуляторов управления скольжением с адаптивным алгоритмом действия. При этом функции защиты колесных пар от повреждения являются, безусловно, обязательными, но второстепенными. На первое место выдвигаются требования максимально использовать силы сцепления колес с рельсами при торможении, что и обеспечивается применением подстройки (адаптации) регулятора под условия движения.

Один из перспективных алгоритмов действия таких регуляторов представлен на рис. 6.9 [20]. При ЭТ давление в ТЦ первой оси поез

Рис. 6.8. Алгоритм удержания скольжения для противогазного устройства: 1 - скорость транспортного средства; 2 - допустимое скольжение; 3 - окружная скорость колесной пары; 4 - юз; 5 - давление в ТЦ да Рц1 возрастает до тех пор, пока не наступит юз (скольжение колеса более 2 %) в момент 12- Этот уровень давления 1>] запоминается в устройстве, и оно выполняет антиблокировочный цикл (/2-'4), снижая давление в ТЦ до тех пор, пока колесо не прекратит замедляться (момент 13).

В течение периода 13-<4 давление воздуха остается неизменным, а колесо выходит из юза, увеличивая скорость вращения. Когда это произойдет (момент 14), давление в ТЦ вновь возрастает, но до уровня на АР меньше того, при котором юз начался (момент 15).

Как показали исследования свойств сцепления [9], несмотря на его вероятностные свойства, на однородном участке пути без посторонних включений на рельсах оно изменяется в пределах 5 % на расстоянии около 100 м. Поэтому, определив предельный уровень сцепления через давление в ТЦ (/>]), можно после антиблокировочного цикла подстроиться под него и двигаться, эффективно тормозя на расстоянии А5.

Бели на этом отрезке пути самопроизвольного срыва колес в юз не произошло, устройство вновь поднимает давление в ТЦ до потери сцеп

Рис. 6.9. Адаптивный алгоритм регулятора управления скольжением: 1 - скорость транспортного средства; 2 - допустимое скольжение; 3 - окружная скорость колесной пары; 4,5 - давление в ТЦ ления (момент <7) и определения нового уровня 7*2 с дальнейшей автоматической подстройкой под него после антиблокировочного цикла и тл. Поскольку следующие за первой колесные пары двигаются в лучших по отношению к сцеплению условиях, то уровень давления в их ТЦ сразу подстраивается под известньш, определенный при ее юзе.

Таким образом, остальные колесные пары не вводятся в режим повышенного скольжения, реализуя силу сцепления, близкую к максимальной (см. диаграммы давлений Рп на рис. 6.9 и характеристику сцепления на рис. 2.10). Это позволяет в десятки раз уменьшить износ колесных пар и расход сжатого воздуха по сравнению с применением рассмотренного выше алгоритма, а самое главное, использовать потенциальное сцепление колес с рельсами практически полностью. Расчетная тормозная эффективность поездов, оборудованных адаптивными регуляторами управления скольжением, по сравнению с обычными пассажирскими возрастает почти в два раза.

При нарушении условия безъюзового торможения, например, из-за въезда колесной пары на участок с пониженным сцеплением, она резко уменьшает скорость вращения, увеличивая тем самым коэффициент трения тормозных колодок (особенно чугунных), что приводит к еще большему неравенству тормозной и силы сцепления и углублению процесса юза. Развитие этого процесса во времени <к, <ч позволяет получить выражения, выведенные для подвижного состава, оборудованного соответственно композиционными и чугунными тормозными колодками: для композиционных колодок

где 1ГЦ и К* - максимальные по условиям сцепления нажатия композиционных и чугунных тормозных колодок;

Ук - окружная скорость колес в процессе юза, км/ч;

Л] - число колесных пар подвижной единицы;

у - коэффициент инерции вращающихся масс (принять равным для вагонов 0,08, для локомотивов 0,2);

\|/р - реализуемый коэффициент сцепления колес с рельсами на участке с высоким сцеплением (принять равным 0,2);

\уск - коэффициент трения скольжения колеса по рельсу при блокировании (принять равным 0,05).

Если сила сцепления колеса с рельсом превышает тормозную силу, возникает процесс юза, приводящий к удлинению тормозного пути и повреждению колесных пар. В месте контакта колеса с рельсом при заклинивании происходит интенсивный нагрев и быстрый износ поверхности катания. Глубина выбоины А при этом определяется по выражению [21]

где Р0 - скорость движения, м/с;

6К-ширина выбоины на поверхности катания, м (принять равной 0,02м); Л - радиус колеса, м;

г - время заклиненного состояния колесной пары, с. Допустимое при торможении проскальзывание колес, при котором не происходит их повреждения, можно найти из формулы

где - допустимая скорость проскальзывания.

Для предупреждения заклинивания колес на подвижном составе устанавливают противогазные регуляторы, снижающие тормозное нажатие до ликвидации состояния юза. Такие регуляторы во избежание повреждения колес должны обладать определенным быстродействием. Максимальное время их срабатывания от момента начала заклинивания колес с учетом замедления вращения колесной пары не должно превышать где 3 - момент инерции колесной пары и вращающихся с ней масс. Момент инерции колесной пары находится по формуле

где т - масса вращающейся части (принять равной для вагонной оси 1,25 кН, локомотивной - 3,0 кН);

р - радиус инерции (для движущих и вагонных колесных пар (принять равным 0,75 Л).

В приведенной методике расчета процессов развития юза предполагается мгновенное снижение уровня сцепления до установленного и неизменного в дальнейшем его значения. Это позволяет дать предварительную оценку параметрам противоюзных устройств, однако для более точного и детального исследования процесса блокирования колесных пар необходимо использовать важнейшую закономерность, определяющую изменение силы, или коэффициента сцепления в зависимости от скорости скольжения-характеристику сцепления колеса с рельсом при торможении, приведенную в п. 2.3.

⇐ | Автоматические регуляторы грузовых режимов торможения авторежимы | | Автоматические тормоза подвижного состава | | Перспективы совершенствования регуляторов тормозного нажатия | ⇒