Важнейшими параметрами ТРП являются передаточное число п и коэффициент силовых потерь л. Передаточное число показывает, во сколько раз (без учета потерь на трение в соединениях) увеличивается усилие, развиваемое на штоке ТЦ при воздействии на все тормозные колодки, связанные с ним. Максимальное значение п зависит от величины передаваемого усилия (типа и количества применяемых тормозных колодок) и длительности непрерывного торможения грузовых поездов на крутых затяжных спусках.
С учетом известного правила механики выигрыш в суммарной силе нажатия тормозных колодок по отношению к усилию, развиваемому на штоке ТЦ за счет рычагов, достигается его значительным перемещением. Поэтому большой износ тормозных колодок за одно торможение (особенно длительное на затяжном спуске), пропорциональный передаточному отношению, увеличивает выход штока ТЦ вплоть до предельных значений, исключающих его дальнейшее выдвижение (при упоре в переднюю крышку). Тормозное нажатие при этом может упасть до нуля.
В этой связи при использовании на грузовых и пассажирских вагонах чугунных колодок величина п не должна превышать соответственно 10 и 12, а при — композиционных быть в два раза меньше. Аналогичные максимальные значения п применяются и для локомотивов.
Коэффициент л, (ранее коэффициент полезного действия ТРП) определяет, какая часть развиваемого на штоке поршня ТЦ усилия достигает тормозных колодок с учетом потерь в валиках, на деформацию рычагов, тяг и т.д. Таким образом, этот параметр характеризует степень совершенства рычажной передачи, а его значение обычно находится в диапазоне 0,8-0,95.
Кроме указанных параметров важное значение для расчета ТРП, характеризующее эффективность использования сцепления колес с рельсами, а значит, и длину тормозного пути, имеет коэффициент силы нажатия тормозных колодок, определяемый по формуле т. к
5 = -!-. (3.1) Ч где к — действительная сила нажатия тормозной колодки.
Этот параметр нормируется и существенно отличается для разных типов подвижного состава. Например, для грузовых вагонов с полной загрузкой и композиционными колодками он составляет 0,21-0,22, в порожнем состоянии 0,28-0,30, пассажирских вагонов без противогазных устройств — 0,28-0,30. Аналогично при чугунных тормозных колодках и для указанных типов подвижного состава он равен соответственно 0,38-0,42; 0,55-0,60; 0,65-0,75, а для грузовых и пассажирских локомотивов должен составлять 0,6-0,7 и 0,7-0,8.
Значительная разница в коэффициентах нажатия объясняется практически в два раза большими коэффициентами трения композиционных тормозных колодок по сравнению с чугунными и способами торможения пассажирских и грузовых поездов на затяжных спусках. Первые по условиям неистощимости требуют периодического отпуска для подзарядки ЗР и поддержания давления в ТЦ, а вторые, будучи неистощимыми, позволяют тормозить долго и непрерывно.
Таким образом, если колесная пара войдет в юз в пассажирском поезде, то при очередном отпуске он прекратится и ее значительного повреждения не произойдет. В грузовом поезде, наоборот, она может получить недопустимый ползун. Темп роста последнего пропорционален нагрузке на колесо и скорости движения, так как именно они в основном определяют тепловые процессы в контактном пятне пары трения. Поэтому рекомендуемый коэффициент нажатия уменьшается с ростом нагрузки транспортного средства, а для обеспечения требуемой безопасности движения пассажирских поездов его вынужденное повышение с ростом скорости вызывает необходимость применения специальных регуляторов.
Если при скорости 120 км/ч для пассажирских вагонов с колодочным тормозом выполняется неравенство то нужно устанавливать противогазные устройства.
В системе дискового тормоза расчет ведется аналогично с учетом соотношения радиуса колеса Л и радиуса г, на котором действуют накладки. Противогазные устройства при этом устанавливаются, если полученное по формуле (3.2) значение более 0,75.
Рассчитанное по преобразованной формуле (3.1) с учетом рекомендованных 8 значение к нужно проверить применительно к допустимым удельным нажатиям на колодку р где Рк — площадь тормозной колодки, см2.
Значение р не должно превышать 130 Н/см2 для чугунных и 90 Н/см2 для композиционных материалов при скоростях до 120 км/ч и соответственно 120 Н/см2 и 50 Н/см2 при больших скоростях. Для локомотивов с односторонним нажатием колодок допускается р < 190 Н/см2.
Если проверка на удельные давления не выполняется, нужно выбрать допустимое нажатие согласно равенству (3.3), разрешив его относительно к с учетом рекомендованного р. Дальнейшие расчеты следует выполнять с полученным таким образом значением к.
Тип рычажной передачи, ее расположение на транспортном средстве зависят от многих факторов и разрабатывается на последних этапах его проектирования, исходя из сложившихся условий.
(3.2)
(3.3)
Поэтому общий вид рычажной передачи задается или берется типовым. При этом, как отмечено ранее, передаточное число определяется с учетом длительного торможения на затяжном спуске, когда авторегулятор не может стянуть рычажную передачу в соответствии с неравенством [11] и поршень ТЦ может упереться в переднюю крышку снижая нажатие колодок до нуля.
где ‘max’ ‘упр — максимальный и дополнительный выход штока поршня за счет упругих деформаций (принять соответственно 1тах=180 мм, Zynp=60 мм для грузовых и 70 мм для пассажирских вагонов и 30-35 мм для локомотивов);
V- объемный юное тормозных колодок (250 см3 чугунной тормозной колодки, 83 см3 композиционной колодки);
Дс — зазор между тормозной колодкой и поверхностью колеса в отпущенном состоянии тормоза (5-8 мм).
Рычаги, применяемые для передачи усилия в рычажных передачах, бывают 1-го и 2-го родов, их вид и передаточные числа приведены на рис. 3.7. При этом передаточное число л находится как отношение ведущего плеча к ведомому. Ведущим является плечо, идущее от оси вращения рычага (мертвой точки) до места приложения силы F. Ведомым называется плечо, идущее от оси вращения рычага до места передачи усилия F. Если рычаги включены последовательно друг за другом для получения итогового передаточного числа надо перемножить соответствующие числа каждого из них.
Расчет значения л необходимо вести последовательно от штока ТЦ к каждой тормозной колодке (или паре колодок при симметричной рычажной передаче), а затем полученные передаточные числа сложить и получить общее число для рычажной передачи от данного ТЦ. При этом целесообразно сначала для расчета л к первой колодке предполагать, что остальные неподвижны. Аналогично после прижатия первой тормозной колодки к колесу для расчета л ко второй колодке предполагать, что, кроме нее, штока ТЦ и связывающих их рычагов, остальные неподвижны.
Рис. 3.7. Рычаги, применяемые в тормозных рычажных передачах: и — передаточные числа; F- приложенная сила; ¥" — передаваемое усилие; а, б, в, г, д, е — плечи рычагов
Таким образом, общее передаточное число, например, для рычажной передачи, приведенной на рис. 3.8, находится по формуле где а — угол наклона тормозных колодок (для вагонов обычно 10°, а для локомотивов 30°).
При явной симметрии рычажной передачи по отношению отдельным тормозным колодкам (или парам колодок) расчеты можно не проводить, получив конечный результат умножением найденного применительно к первой колодке л| на число колодок (или их пар).
Что касается коэффициента силовых потерь, то практическим путем при известных силах нажатия тормозных колодок на транспортном средстве и усилию, развиваемому на штоке ТЦ, то его можно найти следующим образом Рис. 3.8. К расчету и тормозной рычажной передачи
(3.6)
где к,- — действительная сила нажатия тормозной колодки; т1 — число тормозных колодок, действующих от ТЦ; — усилие на штоке ТЦ.
Теоретически этот коэффициент определяется в соответствии с формулой [12]
где у — средний угол наклона рычагов ТРП;
X — коэффициент трения в шарнирных соединениях;
1 — среднее значение длин рычагов;
й — среднее значение диаметров соединительных валиков;
г — среднее число рычагов в кинематических цепях, передающих усилие от ТЦ к триангелям или траверсам.
Коэффициент силовых потерь существенно зависит от сложности ТРП и составляет:
(3.7)
для четырехосньгх грузовых вагонов с односторонним нажатием колодок 0,95; вагонов-хопперов 0,8;
для четырехосных пассажирских вагонов с двухсторонним нажатием колодок 0,9;
для шестиосных вагонов: оси с двухсторонним нажатием 0,8; с односторонним нажатием 0,9; для вагона — 0,85;
для восьмиосных вагонов 0,8;
для локомотивов 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;
для пассажирских вагонов с дисковым тормозом при действии ТЦ на один диск 0,98.
Особенностью этого параметра является его рост в движущихся транспортных средствах по отношению к их статическому состоянию ориентировочно на 15-20%. Это учитывается в значениях приведенных выше коэффициентов. Данный рост происходит вследствие того, что силы трения покоя всегда больше сил трения движения, и это повышает нажатие тормозных колодок и сокращает тормозной путь.
При расчетах тормозной силы Bj и других тормозных характеристик подвижного состава часто используют расчетную систему нажатий, которая связана с действительной следующим равенством При этом расчетная сила нажатия кр задается как норматив для разных транспортных средств, а расчетный коэффициент трения колодок условно не зависит от силы нажатия колодки в отличие от фк (2.13), поэтому является общим для всех тормозных колодок в поезде, что удобно при практических расчетах
(3.8)
Коэффициенты gиh соответственно равны для колодок: чугунных стандартных 2,22 и 0,27; композиционных 1,22 и 0,36; фосфористых чугунных 1,67 и 0,3. Значения остальных коэффициентов приведены в п. 2.2. Степень обеспеченности поезда тормозными средствами оценивается расчетным тормозным коэффициентом где Р и б — вес соответственно локомотива и состава (на спусках до 20 %о в грузовых поездах вес локомотива и его тормозное нажатие могут не учитываться).
При ЭТ Эр принимается равным его полному значению. Для ПСТ он уменьшается до 0,83р. На практике вместо расчетного тормозного коэффициента чаще применяется тормозное нажатие, приходящееся на 100 т массы поезда. Например, расчетному тормозному коэффициенту 0,33 соответствует нажатие 33 тс на каждые 100 т массы поезда.
При скоростях движения до 120 км/ч эффективность чугунных и композиционных колодок принимается одинаковой, приведенной, для последних как указывалось выше, к условному нажатию чугунных колодок. Расчетным нажатиям на ось чугунных колодок, например, для пассажирских вагонов в 100, 90 и 80 кН соответствуют неприведенные нажатия композиционных в 45, 40 и 35 кН.
С увеличением скорости движения эффективность композиционных тормозных колодок по сравнению с чугунными повышается. Поэтому их приведенное к чугунным расчетное нажатие увеличивают в диапазонах скоростей 120-140 км/ч на 25 %, 140-160 км/ч на 30 %. Для более точной оценки используется график зависимости коэффициента эффективности Кэ двух указанных типов колодок от скорости подвижного состава, приведенный на рис. 3.9.
Тормоза грузовых вагонов с чугунными колодками обеспечивают при загрузке на одну ось нетто <7’0 на порожнем (<7’0 < 30 кН), среднем (30 < й 60 кН) и груженом (д’0 > 60 кН) режимах торможения расчетное нажатие на ось А1 соответственно 35, 50 и 70 кН.
(3.11)
Рис. 3.9. График зависимости коэффициента эффективности тормозных колодок от скорости движения: 1 — композиционные по отношению к чугунным; 2 — чугунные по отношению к композиционным
Для композиционных колодок в пересчете на чугунные на порожнем (^о ^ 60кН), среднем (60 < 150 кН) и груженом > 150кН) режимах торможения расчетное нажатие на ось составляет 35,70 и 85 кН. Цельнометаллические пассажирские вагоны с весом тары 530 кН и больше, от 480 до 530 кН и от 420 до 480 кН имеют соответственно расчетное нажатие чугунных колодок на ось 100, 90 и 80 кН.
Суммарное фактическое нажатие по всем осям транспортных средств в поезде или составе определяется по формуле где кр1, Л^,-расчетные нажатия тормозных колодок на одну ось, кН; а), а2>ап — число тормозных осей данного транспортного средства; Л|, л2,пп — количество вагонов или локомотивов данного типа.
Удельная тормозная сила Ьт равна где ф^, в соответствии с нажатием, приведенным к чугунным тормозным колодкам, определяется по формуле (3.10) для этого материала.
⇐ | Тормозные рычажные передачи ТРП локомотивов и вагонов | | Автоматические тормоза подвижного состава | | Тормозные колодки. Особенности и перспективы их совершенствования | ⇒