Автоматические тормоза вагонов

Автоматические тормоза вагонов

Курсовая работа

по дисциплине

Автоматические тормоза вагонов

Исходные данные

(грузовой поезд)

. Профиль пути:

а) расчетный подъем iр = 15 0/00

б) приведенный уклон, на котором осуществляется торможение iс = 4 0/00

. Состав поезда

. Локомотив ВЛ85

. Длина приемоотправочных путей 1200 м

. Рычажная передача 6-и осного вагона, схема № 2

. Ход поршня тормозного цилиндра 115 мм

. Материал тормозных колодок композиционные

. Скорость поезда перед торможением 80 и 20 км/ч

. Номер воздухораспределителя 270-005

Требуется:

) сформировать поезд - 20 % от общего объема задания;

) обеспечить поезд тормозами - 25 %;

) проверить усилия в поезде при экстренном торможении при значениях скорости движения, указанных в задании - 10 %;

) решить тормозную задачу - 35 %;

) выполнить графическую часть - 5 %;

) защита задания - 5 %.

Реферат

Курсовой проект содержит страниц, рисунка, таблиц, источников

Вес состава, рычажная тормозная передача, сила нажатия на тормозные колодки, обеспеченность поезда тормозами, тормозной цилиндр, коэффициент трения тормозных колодок, продольно-динамические усилия.

Объектом исследования данного проекта является работа тормозных систем подвижного состава, на основе, которой выполняются тормозные расчеты с учетом действующих на железнодорожном транспорте инструкций по автоматическим тормозам.

Цель работы - получить теоретические и практические знания в области эксплуатации и ремонта тормозной техники, изучить устройство и работу тормозных систем подвижного состава, освоить методику выполнения тормозных расчетов.

Метод исследования - теоретический.

В процессе работы произведен расчет веса поезда, определено число вагонов в составе и их тип. Проверена обеспеченность вагонов и поезда тормозными средствами и возможность разрыва поезда при экстренном торможении.

Введение

Для улучшения качества работы всех звеньев транспорта первостепенное значение имеет обеспечение безопасности движения и пропускной способности участков железных дорог. Любая авария или крушение на транспорте приводит к материальным и техническим потерям, большим экономическим затратам. Для обеспечения безопасности движения на железнодорожном транспорте внедряются разнообразные технические средства, которые контролируют и дублируют действия машиниста или предупреждают его о возникновении аварийных ситуаций. Безопасная работа железнодорожного транспорта зависит от исправного технического состояния локомотивов, их автотормозного оборудования.

1. Формирование поезда

.1 Расчет веса состава по расчетному подъему

Расчетный подъем - это наиболее трудный по крутизне и длине элемент профиля пути для движения в заданном направлении, на котором устанавливается равномерная скорость движения поезда, равная расчетной скорости локомотива. На основании выбранного расчетного подъема, а также исходя из равнодействующей на поезд силы при движении с постоянной расчетной скоростью вес состава определяется по формуле, тс:

(1)

где  - касательная сила тяги локомотива при расчетной скорости, кгс;

 - вес локомотива, тс ( и  выбираются по табл.1.1);

 - расчетный уклон, 0/00;

 и  - основное удельное сопротивление движению локомотива и состава соответственно, кгс/тс.

Для звеньевого пути расчетные формулы для основных удельных сопротивлений движению вагонов  и локомотива  в режиме тяги приведены в табл. 1.2 (для расчета веса состава в расчетные формулы необходимо подставлять расчетную скорость Vр).

Таблица 1.1 - Расчетные характеристики локомотива

Серия локомотива              Сцепной вес , тсРасчетная скорость Vр, км/чРасчетная сила тяги , кгсСила тяги при трогании с места , кгсЧисло осейДлина локомотива

Для грузовых вагонов qо = 21 тс. Если состав включает в себя разнотипные вагоны, то основное удельное сопротивление состава определяется по формуле:

(2)

гдеa1, a2, a3 - доли в составе 4-осных вагонов на подшипниках скольжения, 4-осных на подшипниках качения, 6-осных вагонов соответственно (например, если в составе содержится 70 % вагонов какого-либо типа, то их весовая доля - 0,7);

,- основное удельное сопротивление движению 4-осных вагонов на подшипниках скольжения и качения, кгс/тс;

 - основное удельное сопротивление движению 6-осных вагонов, кгс/тс.

Таблица 1.2 - Основные удельные сопротивления движению вагонов и локомотива

* В формулах V - скорость движения, км/ч; qо - нагрузка от оси на рельс, тс.

.2 Проверка веса состава по условию трогания с места

Полученный по выражению (1) вес состава необходимо проверить по условию трогания с места:

(3)

гдеFк тр - касательная сила тяги локомотива при трогании с места, кгс (табл. 1.1);

wтр - удельное сопротивление троганию состава с места, кгс/тс;

iтр - крутизна подъема наиболее трудного элемента на раздельном пункте, 0/00.

При расчете Qтр принимать iтр = iр (по данным бланка задания).

Средневзвешенное значение удельного сопротивления при трогании с места для состава, сформированного из разнотипных вагонов, определяется по формуле:

 (4)

где - удельное сопротивление при трогании с места вагонов на подшипниках качения и скольжения, кгс/тс,

(5)

(6)

b1, b2 - весовые доли в составе вагонов, объединенных по типу подшипникового буксового узла (по данным бланка задания);

- средние нагрузки от оси на рельс для соответствующих групп вагонов (для грузовых вагонов qо = 21 тс).

В результате произведенного расчета должно быть соблюдено условие:

(7)

Условие соблюдается:

.3 Расчет числа вагонов в составе

Общее число вагонов

(8)

гдеni - количество в составе вагонов одинаковой осности.

Для расчета групп вагонов одинаковой осности необходимо учесть принятый вес состава:

(9)

гдеmi - число осей вагона, входящего в i-ю группу;

qо - нагрузка от оси вагона на рельс, тс;

gi - весовая доля в составе, приходящаяся на данную группу вагонов одинаковой осности.

1.4 Назначение типов вагонов

В соответствии с рассчитанным количеством вагонов необходимо, используя данные табл. 1.3, выбрать конкретные типы грузовых вагонов и составить опись состава.

Таблица 1.3 - Расчетные характеристики грузовых вагонов

Выбор того или иного вида грузовых вагонов в одной и той же группе одинаковой осности делают произвольно, но общий вес сформированного поезда должен соответствовать условию:

(10)

Таблица 1.4 - Опись состава

.5 Определение длины поезда

Длина поезда, зависящая от веса и параметров вагонов (длина, осность, грузоподъемность), не должна превышать полезной длины приемоотправочных путей станции. На установку поезда учитывается допуск, принимаемый равным 10 м:

(11)

гдеlс, lл - длина состава и локомотива соответственно, м (lл принимается по данным табл. 1.1).

Длина состава определяется количеством вагонов и их длиной:

(12)

гдеni, li - число вагонов определенного типа (табл. 1.4) и длина одного вагона этой группы (табл. 1.3 и 1.4).

Полученную длину поезда по формуле (11) необходимо сравнить с заданным значением длины станционных приемоотправочных путей lпо.п:

(13)

В случае невыполнения условия (13), т. е. при ограничении веса состава по длине станционных путей, необходимо пересмотреть состав (табл. 1.4), выбрав из табл. 1.3 вагоны той же осности и грузоподъемности, но меньшей длины по осям автосцепок. В противном случае вес состава необходимо уменьшить, исходя из длины станционных путей.

2. Обеспечение поезда тормозами

Для расчета рычажной тормозной передачи 6-и осного вагона выбирается схема №2 (приложение А) в соответствии с заданием. Размеры плеч рычагов определяются по данным табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Характеристика рычажных тормозных передач вагонов

Материал тормозных колодок принимается по заданию. Необходимо иметь в виду, что вагоны в составе имеют такие же тормозные колодки, как и рассчитываемый вагон. Композиционными колодками (независимо от задания) оборудуются только 6- и 8-осные вагоны.

.1 Определение усилия, развиваемого поршнем тормозного цилиндра

Усилие по штоку поршня тормозного цилиндра

(14)

гдеF - площадь поршня тормозного цилиндра, см2,

(15)

Здесь dт.ц - диаметр тормозного цилиндра (табл. 2.1);

Рт.ц - давление сжатого воздуха в тормозном цилиндре при торможении, кгс/см2; принимать для грузовых вагонов на среднем режиме (композиционные колодки) - 2,8;

hт.ц - коэффициент полезного действия тормозного цилиндра, hт.ц = 0,98;

Рпр - усилие отпускной пружины тормозного цилиндра при максимальном ходе поршня, кгс,

(16)

здесьР0 - усилие предварительного сжатия пружины тормозного цилиндра при отпущенном тормозе, кгс, Р0 = 159 кгс [2, 3];

ж - жесткость отпускной пружины тормозного цилиндра, кгс/см, ж = 6,54 кгс/см [2, 3];

l - полный ход поршня тормозного цилиндра, см (бланк задания);

Рр - реактивное усилие возвратной пружины авторегулятора рычажной передачи, приведенное к штоку тормозного цилиндра, кгс,

(17)

здесь k - коэффициент, учитывающий вид привода, для грузового вагона с рычажным приводом при композиционных колодках - 0,32;

Nр - реактивное усилие возвратной пружины авторегулятора, Nр = 180 кгс [2, 3];

а, б - размеры плеч горизонтального рычага, мм (табл. 2.1);

жр - жесткость пружины авторегулятора, жр = 15 кгс/см [2, 3];

lр - величина сжатия пружины авторегулятора, см, для рычажного привода (грузовой вагон) при композиционных колодках - 1,5 см.

2.2 Определение передаточного числа тормозной рычажной передачи вагона

Передаточное число тормозной рычажной передачи - это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз с помощью рычагов рычажной передачи изменяется сила, реализуемая на штоке тормозного цилиндра, при передаче ее к тормозным колодкам.

Определяется передаточное число тормозной рычажной передачи как произведение отношений длины ведущих плеч к длине ведомых плеч всех рычагов, используемых для передачи усилия от штока тормозного цилиндра к тормозным колодкам.

Рычаг - это элемент рычажной передачи, имеющий три точки: приложения усилия от штока поршня т.ц, поворота и передачи усилия на тормозную колодку. Ближняя точка у рычага по рычажной передаче к т.ц - всегда точка приложения усилия к нему. Если тормозная колодка не прижата к колесу, то ближняя точка у рычага к колодке - точка передачи усилия. Когда тормозная колодка прижимается к колесу (при определении силы нажатия на следующую колодку), то точка передачи усилия на следующую колодку и точка поворота рычага меняются местами. Зная эти правила, всегда можно правильно определить у каждого рычага рычажной передачи положение его точки поворота.

Ведущее плечо рычага - это расстояние от точки приложения силы к рычагу до точки поворота рычага.

Ведомое плечо рычага - это расстояние от точки поворота рычага до точки, в которой через рычаг передается усилие.

В курсовой работе необходимо определить передаточное число для каждой тормозной колодки, изображенной на схеме рычажной передачи (приложение А).

Подсчет передаточного числа на каждую тормозную колодку необходимо вести, начиная всегда от штока поршня тормозного цилиндра. При этом следует помнить о том, что все передаточные числа должны быть равны между собой.

Общее передаточное число для всего вагона

(18)

гдеn1, n2, ..., ni - передаточные числа к отдельным тормозным колодкам;

a - угол между направлением силы, действующей в точке передачи на колодку, и направлением нормального давления на колесо (для грузовых и пассажирских вагонов a = 10°).

2.3 Расчет действительной суммарной силы нажатия на все тормозные колодки вагона

Действительная суммарная сила нажатия на все тормозные колодки вагона определяется по формуле, кгс:

(19)

гдеhр.п - коэффициент полезного действия тормозной рычажной передачи с авторегулятором, для грузовых 6-осных вагонов - 0,869.

.4 Определение коэффициента силы нажатия на тормозные колодки вагона

Тормозная эффективность вагона характеризуется коэффициентом силы нажатия на тормозные колодки вагона:

(20)

гдеq - полный вес вагона, кгс.

Полный вес грузового вагона определяется как сумма грузоподъемности и тары вагона по данным табл. 1.4.

2.5 Оценка обеспеченности поезда тормозами

При оценке обеспеченности поезда тормозами принимают, что все вагоны, имеющие ту же осность, что и вагон, расчет рычажной передачи которого выполнен, обеспечены нажатием тормозных колодок , а остальные вагоны имеют «справочные» силы нажатия колодок на оси. Фактический тормозной коэффициент поезда

(21)

где- суммарное расчетное нажатие тормозных колодок поезда, кгс,

(22)

где- суммарное расчетное нажатие тормозных колодок состава (вагонов), кгс;

- суммарное расчетное нажатие тормозных колодок локомотива, кгс.

Необходимо помнить о том, что в грузовых поездах, следующих по участкам с уклоном до 20 0/00, при определении обеспеченности поезда тормозами вес локомотива и его расчетное нажатие тормозных колодок в расчет не принимаются, т. е. выражение (21) принимает вид:

(23)

Суммарное расчетное нажатие тормозных колодок состава, кгс,

(24)

гдеnв - число вагонов в поезде с той же осностью, что и рассчитанный (в подразд. 2.1 - 2.4) вагон;

Ко - единая расчетная сила нажатия тормозных колодок на ось вагона, тс, для грузовых вагонов Ко = 7 тс. В выражении (24) значения и Ко привести к единым единицам измерения;

nо - суммарное число осей вагонов, расчет рычажной передачи которых не проводился.

При определении обеспеченности тормозами грузового поезда с композиционными колодками суммарное расчетное нажатие тормозных колодок состава

(25)

где- общее число осей всех вагонов в поезде.

Суммарное расчетное нажатие тормозных колодок локомотива, кгс,

(26)

где- число осей локомотива (табл. 1.1);

- расчетная сила нажатия на ось локомотива, тс (табл. 2.2).

Таблица 2.2 - Значения расчетных сил нажатия на ось локомотива

Для обеспеченности поезда тормозами все грузовые и пассажирские поезда должны иметь необходимое тормозное нажатие (иметь соответствующий коэффициент силы нажатия тормозных колодок, отнесенный к 100 тс веса поезда). Условие обеспеченности поезда тормозами имеет вид:

(27)

где - потребный тормозной коэффициент поезда, для грузовых поездов  = 0,28 - 0,3, [2, 3].

Условие обеспеченности поезда тормозами выполняется.

3. Проверка поезда на возможность разрыва при экстренном торможении

При торможении поезд подвергается продольно-динамическому воздействию сжимающих и растягивающих сил. При расчете тормозов поезда необходимо определить эти усилия и сравнить их с нормируемыми.

По существующим нормам [5] продольно-динамические усилия в поезде при экстренном торможении не должны превышать ±200 тс.

Максимальные продольно-динамические усилия, возникающие в поезде при экстренном торможении, тс,

(28)

гдеА - опытный коэффициент, характеризующий состояние поезда перед торможением, для сжатого поезда А = 0,4, для растянутого - 0,65;

- суммарные действительные нажатия тормозных колодок состава (вагонов) и локомотива соответственно, кгс;

 - коэффициенты трения тормозных колодок вагонов и локомотива; lп - длина поезда, м (рассчитана в подразд. 1.5);

w - скорость распространения тормозной волны при экстренном торможении, м/с, для воздухораспределителя № 270-005 - 230 м/с [2, 3];

tт.ц - время наполнения тормозного цилиндра вагона до давления 3,5 кгс/см2, в грузовых поездах до 50 вагонов tт.ц = 24 с, [2, 3].

Для грузового поезда с композиционными тормозными колодками по заданию и, кгс, определяются по формулам:

 (29)

гдеnо4 - общее число осей 4-осных вагонов в составе;

nв 6 - число 6-осных вагонов в составе.

(30)

При определении , если в грузовом поезде есть композиционные колодки, принимать Ко равным 5 тс.

При определении максимальных продольно-динамических усилий необходимо помнить о том, что локомотив оборудуется только чугунными колодками.

Коэффициент трения тормозных колодок вагонов

(31)

гдеV - скорость движения, км/ч.

Коэффициент трения тормозных колодок локомотива

(32)

Необходимо получить четыре варианта продольно-динамических усилий в поезде: для сжатого и растянутого поезда, для максимальной и минимальной скоростей поезда в начале торможения.

4. Решение тормозной задачи

.1 Расчет замедляющих усилий, действующих на поезд в режимах выбега локомотива и торможения

Расчет замедляющих усилий выполняется при учете силы сопротивления движению, тормозных сил, веса локомотива и поезда. Результаты расчета рекомендуется представлять в форме табл. 4.1 в диапазоне от нулевой до максимальной скорости движения поезда перед торможением с интервалом в 10 км/ч, т. е. по средней интервальной скорости Vср. Дополнительно ввести столбец для максимальной скорости Vmax, для которой рассчитать только bm и 0,8bm, так как при расчете Sп необходимы значения bm и 0,8bm при максимальной скорости (и  при максимальной скорости считать не следует).

В табл. 4.1 приняты следующие обозначения:

wх - основное удельное сопротивление движению локомотива на выбеге,

(33)

 - основное удельное сопротивление движению поезда (рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 1.2);

Wох - полное основное сопротивление движению поезда на выбеге,

 (34)

wох - основное удельное сопротивление движению поезда на выбеге,

 (35)

Bm - полная тормозная сила поезда при экстренном торможении,

(36)

bm - удельная тормозная сила поезда при экстренном торможении,

(37)

,8bm - удельная тормозная сила при полном служебном торможении;

Таблица 4.1- Результаты расчета замедляющих усилий

.2 Расчет тормозного пути поезда при экстренном торможении

поезд тормозной передача вагон

При расчетах тормозной путь поезда принимается равным сумме подготовительного и действительного путей торможения, м,

(38)

Подготовительный тормозной путь, м,

(39)

гдеVmax - скорость поезда в начале торможения (максимальная), км/ч;

tп - время подготовки тормозов к действию, с.

При расчетах принимать:

для грузового поезда до 300 осей :

(40)

гдеiс - приведенный уклон, 0/00;

bm - удельная тормозная сила поезда при максимальной скорости, кгс/тс.

В выражении (40) знак «+» берется для уклона, «-» - для подъема.

Суммарный действительный тормозной путь (определять по интервалам в 10 км/ч, табл. 4.1), м,

(41)

В формуле (41) знак «-» берется для уклона, «+» - для подъема.

Экстренное торможение:

4.3 Расчет тормозного пути поезда при полном служебном торможении

В случае использования полного служебного торможения тормозной путь определяется также по методике, описанной в подразд. 4.2, при подставлении в выражения (39) - (41) значения 0,8bm вместо bm.

Полученные значения полного тормозного пути при экстренном и полном служебном торможении сравниваются с нормируемыми (допустимыми) значениями по табл. 4.2.

Служебное полное торможение:

Таблица 4.2 - Нормируемый тормозной путь для поезда

Вид графика зависимости полного тормозного пути Sт от скорости движения V поезда приведен в приложении Б.

Так как подготовительный тормозной путь Sп зависит только от начальной скорости в момент торможения, то на графике он выглядит как прямая, перпендикулярная оси ординат и отложенная в масштабе пути при Vmax.

Поскольку действительный тормозной путь Sд рассчитывается по интервалам скорости движения в 10 км/ч для средней скорости в каждом интервале, то на графике его приращения DSд откладываются в масштабе пути при этих значениях скорости. Соединив плавной кривой точки, получим график изменения действительного тормозного пути от скорости движения Sд = f(V).

Заключение

При выполнении курсового проекта был сформирован поезд. Проверили обеспеченность вагонов и поезда тормозными средствами. Для расчета рычажной тормозной передачи вагона выбрали схему №2, в соответствии с которой вывели формулу общего передаточного числа и определили его значение. Рассчитали действительную суммарную силу нажатия на все тормозные колодки. Проверили обеспеченность поезда тормозами по рассчитанному тормозному коэффициенту. Определили тормозной путь при различных видах торможения с учетом замедляющих усилий, действующих на поезд в режимах выбега и торможения локомотива. Построили графическую зависимость тормозного пути поезда от скорости его движения.

Библиографический список

1. Справочник по тормозам / В.И. Крылов, А.Н. Перов и др. М., 1975. 448с.

. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава / В.И. Крылов, В.В. Крылов и др. М., 1989. 487 с.

. ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. М., 1994. 96 с.

. Астахов П.Н. Справочник по тяговым расчетам / П.Н. Астахов, П.Т. Гребенюк, А.И. Скворцова. М., 1973. 282 с.

. Гребенюк П.Т. Тормозные расчеты подвижного состава / П.Т. Гребенюк, Е.В. Клыков. М., 1969. 153 с.

Приложения

Приложение А

Схема тормозной рычажной передачи 6-и осного грузового вагона

Приложение Б

График зависимости полного тормозного пути от скорости движения

- Экстренное торможение

- Полное служебное торможение