Новые подходы к проектированию инновационных тормозных систем грузовых вагонов

новые подходы к проектированию инновационных тормозных систем грузовых вагонов

с. с. старостин,

ведущий инженер-

конструктор

ОАО «Транспневматика»

Е. с. сипягин,

генеральный конструктор по тормозным системам ОАО «Транспневматика»

Основные подходы к проектированию грузовых вагонов нового поколения, характеризуемых необходимой для освоения растущих грузопотоков провозной способностью, уже достаточно четко сформированы. Среди обязательных требований к инновационному подвижному составу - уменьшение массы тары вагонов, повышение осевых нагрузок, увеличение габарита, скорости движения и массы грузовых поездов, длительный срок службы, снижение стоимости жизненного цикла. Выполнение данных требований невозможно без кардинальной переработки существующих тормозных систем и применения инновационного тормозного оборудования.

В последнее время у покупателей грузового подвижного состава изменилась политика в области закупок грузовых вагонов. Если ранее делался упор на закупку вагонов универсального назначения, то сейчас предпочтение отдается специализированным вагонам с учетом возможности использования их и под другие грузы.

Перспектива насыщения вагонного парка специализированным подвижным составом обосновывается прежде всего экономическими выгодами, такими как увеличение количества перевозимого груза, дополнительными удобствами при выполнении погрузки и разгрузки вагонов, сохранностью перевозимых грузов, увеличенными сроками межремонтного обслуживания, низкой стоимостью жизненного цикла и т. д. Уже довольно четко сформировались основные рыночные требования и подходы к проектированию грузовых вагонов нового поколения, характеризуемых збходимой освоения

Рис. 1. ТЦР 10-85 с поворотным кронштейном

провозной способностью. В качестве основных рассматриваются следующие требования: уменьшение массы тары вагонов, повышение осевых нагрузок, увеличение габарита, скорости движения и массы грузовых поездов, длительный срок службы, снижение стоимости жизненного цикла.

Выполнение описанных требований при проектировании грузовых вагонов невозможно без кардинальной переработки существующих тормозных систем и применения инновационного тормозного оборудования, в комплексе обеспечивающих требуемую тормозную эффективность во всех диапазонах возросших осевых нагрузок и скоростей движения при одновременных увеличении срока службы и повышении надежности тормозных приборов.

Среди направлений деятельности ОАО «Транспневматика» — модернизация существующего и создание принципиально нового тормозного оборудования, способного соответствовать постоянно ужесточающимся требованиям нормативных документов и достойно конкурировать с ведущими мировыми производителями тормозных систем и приборов для железнодорожного транспорта.

Было проанализировано множество как существующих, так и проектируемых тормозных систем с разными схемами тормозных рычажных передач (ТРП) и схемами расположения тормозного оборудования

Рис. 2. Существующая компоновка ТЦ, РТРП Рис. 3. Предлагаемая схема установки ТЦР

и привода регулятора ТРП с поворотным кронштейном

Рис. 4. Предлагаемая схема установки ТЦР с приводом стояночного тормоза

с присущими им достоинствами и недостатками.

По результатам проведенных исследований тормозных систем мы готовы предложить ряд схемных решений по применению и компоновке нового тормозного оборудования, включая модернизацию ТРП, приводящую к упрощению рычажной передачи с одновре-

Рис. 5. Последствия неправильной установки кронштейна крепления ТЦ в эксплуатации

менным устранением части избыточных механических и функциональных связей.

Применение тормозных цилиндров со встроенным автоматическим регулятором выхода штока в составе тормозных систем грузовых вагонов

Применение данных тормозных цилиндров со встроенным автоматическим регулятором выхода штока (ТЦР) (рис. 1) значительно упрощает ТРП, позволяя отказаться от применения автоматических регуляторов тормозных рычажных передач (РТРП) (рис. 2): РТРП-675М (типовая схема), РТРП-300 (схема с потележечным торможением) и узлов привода регуляторов. Кроме того, упрощается регулировка тормозной рычажной передачи и отпадает необходимость в установке и контроле разме-

ра «А» между корпусом РТРП и упором привода регулятора.

Поворотный кронштейн крепления ТЦР (рис. 3, 4) предназначен для придания ТЦР дополнительной степени свободы, способствующей вращению в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, для компенсации возможных перекосов элементов ТРП.

Установка ТЦР с поворотным кронштейном также позволяет избежать перекосов штока тормозного цилиндра при дефектной установке кронштейнов крепления элементов ТРП на раме вагона, приводящей к снижению эффективности торможения за счет значимого снижения КПД цилиндра и к механическому разрушению тормозного прибора (рис. 5).

Применение инновационной системы управления и регулирования (СУиР) давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах грузового подвижного состава

Предпосылка создания системы СУиР - уйти от избыточности функций, присутствующей при использовании в составе тормозной системы воздухораспределителя и авторежима в части регулирования давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре.

Система управления и регулирования давления сжатого воздуха в ТЦ включает в себя (рис. 6-8):

• механический датчик загрузки вагона усл. № 808;

• привод регулятора давления усл. № 809;

• тросовый привод.

Механический датчик загрузки вагона № 808 устанавливается на раме вагона и своей контактной частью взаимодействует с неподрессоренной опорной балкой тележки, вырабатывая управляющее воздействие в виде перемещения троса привода регулятора давления, соответствующее степени прогиба рессорного комплекта тележки, т. е. загрузке вагона.

Механический датчик загрузки может быть укомплектован кронштейном, присоединительные размеры которого идентичны существующим присоединительным размерам имеющихся авторежимов 265А-1, 265А-4 и др. Данный кронштейн позволяет установить датчик загрузки на раме вагона без изменения конструкции.

Датчик загрузки может устанавливаться на вагонах, укомплектованных

Рис. 6. Общий вид тормозной системы грузового вагона с потележечным торможением с применением ТЦР-10 и СУиР

Рис. 7. Расположение элементов тормозного оборудования в предлагаемой тормозной системе

Рис. 8. Общий вид элементов СУиР

тележками с любым типом рессорного подвешивания с динамическим/статическим прогибом до 120/70 мм. Возможен вариант увеличения данного параметра.

Характеристики механического датчика загрузки:

• перемещение управляющей части - до 120 мм;

• рабочий ход (диапазон регулирования) - до 70 мм;

• время перефиксации (перемещения управляющей части из верхнего положения в нижнее - демпфирующая способность) - 20-80 с;

• масса без кронштейна - не более 10 кг;

• масса с кронштейном - не более 14 кг.

Привод регулятора давления 809 устанавливается на камере-кронштей-

не воздухораспределителя 483А-05 или аналога вместо переключателя режимов торможения и предназначен для регулирования давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре в зависимости от загрузки единицы железнодорожного транспортного средства. Регулирование происходит путем воздействия на режимные пружины главной части воздухораспределителя в зависимости от управляющего воздействия датчика загрузки вагона посредством тросового привода. При этом величина давления сжатого воздуха в ТЦ может изменяться в диапазоне 0,11-0,45 МПа.

Применение СУиР в составе тормозной системы грузовых вагонов, особенно большегрузных легкотарных (с осевой нагрузкой 25, 27, 30 тс), способно обеспечить требуемую эффективность торможения при одновременном недопущении юзовой ситуации во всех диапазонах нагрузок и скоростей движения, что крайне проблематично, а иногда и невозможно выполнить, применяя существующее тормозное оборудование.

Для примера приведем выдержки из тормозного расчета легкотарного вагона с осевой нагрузкой 25 тс с поте-лежечной системой торможения с билинейным прогибом рессорного комплекта.

На рис. 9 представлены зависимости расчетных коэффициентов силы нажатия тормозных колодок от загрузки легкотарного вагона с тележками модели 18-196-01, оборудованного тормозными приборами (рис. 10) при расчетной скорости 120 км/ч.

Обозначения кривых на рис. 9:

• верхняя красная - максимально допустимый расчетный коэффициент силы нажатия по условиям недопущения юза колесных пар при торможении;

• желтая - 10%-ный запас сцепления колеса с рельсом;

• зеленая - расчетный коэффициент силы нажатия колодок при минимальном давлении сжатого воздуха в тормозном цилиндре с учетом сжатия пружины авторегулятора (для оценки эффективности торможения);

• синяя - расчетный коэффициент силы нажатия колодок при максимальном давлении сжатого воздуха в тормозном цилиндре без учета сжатия пружины авторегулятора (для проверки на юз);

• нижняя оранжевая - минимально допустимый по эффективности тормо-

Рис. 9. Оценка тормозной эффективности вагона при скорости 120 км/ч

жения расчетный коэффициент силы нажатия композиционных колодок.

Из анализа представленных зависимостей видно, что при использовании в качестве регулятора силы нажатия существующих авторежимов есть вероятность возникновения юзовой ситуации при ПСТ или ЭТ рассматриваемого вагона, а при максимальной загрузке тормозная эффективность находится на границе допустимых нормативами значений.

Использование СУиР позволяет добиться оптимальной зависимости давления сжатого воздуха (тормозного коэффициента) от загрузки вагона за счет непосредственного воздействия на исполнительную часть воздухораспределителя, расширяя возможности данного прибора. Становится возможным непрерывное изменение давления на выходе воздухораспределителя в диапазоне 0,11-0,45 МПа, за счет чего коэффициент деления по давлению может превышать 4.

В рассматриваемой системе устранена «избыточность» традиционной тормозной системы, в которой последовательно установлены два пневматических регулирующих давление прибора: главная часть воздухораспределителя и пневматическое реле авторежима. Такая «избыточность» кроме увеличения разброса выходных характеристик приборов (их отклонения суммируются) приводит дополнительно к снижению надежности всей тормозной системы и накладывает ограничения на ее применение при разработке инновационных грузовых вагонов.

На рис. 11 приведены выдержки из тормозного расчета рассматриваемого выше легкотарного вагона с применением СУиР.

Из представленных характеристик видно, что становятся возможны исключение вероятности возникновения юзовой ситуации у порожнего вагона, увеличение тормозной эффективности при максимальных нагрузках и одновременное уменьшение диапазона разброса выходных характеристик, что значительно упрощает процесс управления грузовым поездом.

Достоинства предлагаемой системы управления и регулирования (СУиР) сжатого воздуха в ТЦ по сравнению с традиционными тормозными системами

При использовании данной системы появляется возможность получения необходимой зависимости давления сжатого воздуха в ТЦ от загрузки железнодорожного транспортного средства, т. е.

применения максимально возможного сцепления колеса с рельсом при одновременном недопущении юзовой ситуации.

Благодаря исключению одного регулирующего звена (пневматического реле авторежима) достигаются устранение «избыточности» тормозной системы и как следствие — повышение надежности работы тормоза при одновременном сужении диапазона разброса выходных характеристик зависимостей давления сжатого воздуха от загрузки.

Увеличивается плотность тормозной сети, снижается утечка сжатого воздуха вследствие отсутствия авторежима и подводящих трубопроводов с резьбовыми соединениями.

Исключается возможность юза или отсутствия торможения при выходе из строя датчика загрузки или тросового привода, так как на выходе СУиР конструктивно обеспечено давление, соответствующее «порожнему» режиму.

Предлагаемая система управления и регулирования универсальна, так как для изменения выходных характеристик системы требуется замена только одного сменного элемента привода регулятора давления.

При ее использовании нет необходимости настройки датчика загрузки перед установкой на подвижной состав.

В заключение можно сказать, что при применении предлагаемых приборов и систем в составе тормозной системы грузовых вагонов достигаются:

Рис. 10. Тормозное оборудование рассматриваемого вагона

Характеристики вагона Тормозное оборудование

Тара, тс 19 Воздухораспределитель 483А

Грузоподъемность, тс 81 Авторегулятор РТРП 300

Осевая нагрузка, тс 25 Тормозной цилиндр ТЦ 710

N ТРП 5,83 Авторежим 265А-4

вагона,

Рис. 11. Оценка тормозной эффективности вагона при скорости 120 км/ч при использовании СУиР Характеристики: диапазон регулирования от 0,11±0,01 МПа до 0,39±0,01 МПа;

рабочий ход (перемещение управляющей части датчика загрузки, при которой происходит регулирование давления) - 40 мм

• оптимизация тормозной системы;

• оптимизация ТРП, как следствие, повышение ее КПД;

• оптимизация регулирования давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре;

• повышение надежности системы, в том числе за счет сокращения числа элементов и функциональных блоков.

Литература

1. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог

ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277, МПС. 1994.

2. Типовой расчет тормоза грузовых и рефрижераторных вагонов, утв. МПС 2.08.96. М., 1996.

3. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М., 1996.

4. Карпычев В. А. Разработка метода системного анализа автотормоза грузового подвижного состава. М., 2000.

5. Солодилов В. Я., Гулак В. А. Структурный анализ и синтез тормозных рычажных передач подвижного состава. Методические указания. М.: МИИТ, 2006.

6. Теория механизмов и машин: учеб. для вузов / К. В. Фролов, С. А. Попов, А. К. Мусатов и др.; под ред. К. В. Фролова. М.: Высш. шк., 1987. 496 с.

7. Инструкция по ремонту тормозного оборудования вагонов ЦВ-ЦЛ-945, МПС. 2003.

8. Автоматические тормоза подвижного состава. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1983. 360 с.

9. Асадченко В. Р. Автоматические тормоза подвижного состава: учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: Маршрут, 2006. 392 с.

А. Ю. Панин,

генеральный директор ООО «РусТрейл»

Т. м. Белгородцева,

заведующий НИЛ «Динамика вагонов» кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» Петербургского университета путей сообщения Императора Александра I

и. в. федоров,

старший научный сотрудник НИЛ «Динамика вагонов» кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство»

создание

специализированной

платформы

для контрейлерных

перевозок

Специализированная платформа для контрейлерных перевозок модели 13-9938, спроектированная в ПГУПС, рассчитана на использование в терминалах ОАО «РЖД» и эксплуатацию в составе специальных маршрутных поездов. Вагон предназначен прежде всего для транспортировки автомобильных полуприцепов. В отличие от других моделей данная платформа имеет меньшие габариты и не требует применения подкатанных тележек для погрузки-выгрузки автотранспортных средств.

онтрейлерные перевозки сочетают в себе оперативность автомобилей с надежностью,

скоростью и пунктуальностью железнодорожного транспорта. Организация контрейлерных перевозок соответст-