К вопросу о нормативах выхода штока тормозного цилиндра пассажирских вагонов

прошли полный комплекс предварительных и сертификационных испытаний. Опыт эксплуатации разработанных грузовых вагонов свидетельствует о правильности выбранных технических решений, что позволяет с наибольшей эффективностью обеспечивать рынок конкурентоспособными вагонами с высокими технико-экономическими параметрами: улучшенными прочностными характеристиками, повышенной надежностью, оптимальным сочетанием вместимости и грузоподъемности, увеличенной производительностью, увеличенным межремонтным пробегом.

Список литературы

1. Нормы расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС 1520 мм (несамоходных) и изменения и дополнения. - М.: ГосНИИВ - ВНИИЖТ, 1996. - 352 с.

2. Муханов, В. Ф. Типоразмерный ряд полувагонов производства концерна «Тракторные заводы» [Текст] / В. Ф. Муханов, С. А. Федоров // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2009. - №1. - С. 16 - 19.

3. Тен, А. А. Тележка двухосная грузового вагона [Текст] / А. А. Тен // Патент на полезную модель № 88 627. Заявл. 22.07.2009; Опубл. 20.11.2009.

4. Гиске И. В., Тен А. А., Мямлин С. В., Недужая Л. А., Юрцевич И. В. Современные конструкции грузовых вагонов [Текст] // Тези доповщей 70 Мiжнар. науч. - техн. конф. «Проблеми та перспективи розвитку залiзничного транспорту». -Дншропетровськ: Д11Т. - 2010. - С. 84 - 85.

УДК 629.45.083-592

Дмитриев Д. В., к.т.н., с.н.с.

К ВОПРОСУ О НОРМАТИВАХ ВЫХОДА ШТОКА ТОРМОЗНОГО ЦИЛИНДРА ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

Постановка проблемы и цель статьи. Общими техническими требованиями к тормозному оборудованиию при всех видах плановых ремонтов и техническом обслуживании пассажирских вагонов, в частности, регламентирован выход штока тормозного цилиндра (ТЦ) при полном служебном торможении (ПСТ) 150... 160 мм, как при чугунных, так и при композиционных тормозных колодках [1, табл. 1]. Порядок

проверки автотормозов определён в п. 27.3 названной Инструкции, в которой п. 27.3.3 описывает последовательность действий при проверке выхода штока ТЦ.

В эксплуатации при полном опробовании тормозов выполняют проверку автотормозов на чувствительность к торможению, предусматривающую замер выхода штока ТЦ, по крайней мере, хвостового вагона, с занесением измеренной величины в справку формы ВУ-45 [2, п. 9.2.3]. Указанная операция выполняется при первой ступени торможения, для которой в случае пассажирских вагонов независимо от материала их тормозных колодок (чугунные или композиционные) регламентирован выход штока 80...120 мм при отправлении с ПТО [2, табл. 6.1].

С момента введения Инструкции № ЦВ-ЦЛ-0013 работники пассажирских вагонных депо пунктов формирования поездов сталкиваются с проблемой технической невозможности удовлетворения нормативов выхода штока ТЦ одновременно и при ПСТ (по Инструкции № ЦВ-ЦЛ-0013), и при первой ступени торможения (по Инструкции ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015), особенно в случае оборудования вагонов композиционными тормозными колодками. Эмпирические данные для вагонов разных заводов-изготовителей показывают, что при композиционных колодках выход штока при ПСТ в среднем лишь на 10 мм превышает выход штока на первой ступени торможения, вместо требуемых 40 мм по Инструкции № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015.

Целью настоящей статьи является изложение гипотезы автора о технических причинах сложностей регулировки тормозной рычажной передачи пассажирских вагонов в части обеспечения нормативных выходов штока ТЦ при ПСТ и при первой ступени торможения.

Краткий анализ литературы по теме статьи. Современная Инструкция № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015 в части нормативов выхода штока и выполнения проверки автотормозов на чувствительность к торможению повторяет требования, изложенные в аналогичной Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог (ЦТ-ЦВ-ВНИИЖТ №4440), утверждённой в 1986 г. Требования современной Инструкции № ЦВ-ЦЛ-0013 в отношении величин выхода штока пассажирских вагонов, например, хорошо корреспондируются с техническим паспортом-формуляром, изданным в 1985 г. Калининским вагоностроительным заводом, по которому «... вагоны с завода выпускаются с отрегулированными на максимальное значение выходами штоков ТЦ - 160 мм». Вместе с тем, до введения Инструкции

№ ЦВ-ЦЛ-0013 на ж. д. Украины выполнялась регулировка тормозной рычажной передачи пассажирских вагонов при ПСТ на нижнюю границу норматива выхода штока ТЦ по Инструкции № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015, т.е. на 130 мм [2, п. 6.2.2].

Не объясняют обозначенной проблемы и опытные осциллограммы хода поршня и давления в ТЦ для шестиосного вагона при композиционные тормозных колодках [3, рис. 30]. Более подробных сведений в литературе прежних лет издания по проблеме, рассматриваемой в настоящей публикации, автору изыскать не удалось, поэтому, для разъяснения причин технических затруднений удовлетворения нормативных требований по выходам штоков пассажирских вагонов были предприняты натурные испытания.

Краткое описание объекта, аппаратуры и условий испытаний. В качестве объекта испытаний был выбран вагон скоростного поезда «Столичный экспресс», оборудованный первой очередью системы АСТК [4]. На момент проведения испытаний этот вагон находился в текущем отцепочном ремонте по неисправности электрооборудования. Испытания проведены 27.5.2010 г. на пути №5 РЭП Пассажирского вагонного депо станции Днепропетровск. Дата последнего деповского ремонта вагона 23.4.2010 г. Тормозного оборудования вагона - типовое со стержневым приводом авторегулятора, техническое состояние автотормоза

- исправен. Основные размеры: а) толщины колодок: композиционных -50.55 мм, чугунных - 56.62 мм; б) диаметры колёс колёсных пар (внешней/внутренней) по кругу катания: котловой (генераторной) тележки

- 912/908 мм, некотловой тележки - 918/916 мм; в) зазоры между композиционными/чугунными колодками и колёсами: 9/4 мм; г) длины всех тележечных тяг установлены на размер 1600 мм.

Для цели испытаний были установлены электрические датчики:

а) манометры типа ДМ6 (авторская разработка, класс точности 0,25) на тормозной магистрали (ТМ), запасном резервуаре (ЗР) и ТЦ;

б) перемещений типа Вт714-37 - напротив штока ТЦ. Зарядка и управление автотормозом объекта испытаний, находящимся в хвосте группы их трёх вагонов (тормоза остальных вагонов группы были выключены путём перекрытия разобщительных кранов), выполнялись с помощью типовой установки [1, рисунок 33]. Сигналы от датчиков проходили через аналоговые фильтры нижней частоты 1-го порядка с частотой среза 21±1 Гц, автоматически преобразовались в цифровую форму с разрешением 14 битов и регистрировались с помощью портативного измерительно-вычислительного комплекса на базе

компьютера типоразмера notebook. Для аналоговых сигналов от датчиков использовалось усиление: с кратностью 64 - при измерении давлений и с кратностью 4 - при измерении выхода штока. Цифровая фильтрация или иное кондиционирование сигналов не потребовались.

Температура окружающего воздуха при проведении испытаний составляла около +23 оС, атмосферное давление 746 мм.рт.ст. Погода -ясно, с редкими облаками. Испытаний проведены в два этапа: первый - для случая регулировки тормозной рычажной передачи (ТРП) на композиционные колодки и второй - на чугунные. На обоих этапах испытаний физически тормозные колодки вагона оставались на своих местах: на генераторной колёсной паре - чугунные, а на остальных -композиционные. Отличия в регулировке ТРП для этапа на чугунных колодках состояли в перестановке затяжки горизонтальных рычагов и снятии дистанционного хомута длиной 70 мм со штока ТЦ. Для обоих этапов при регулировке ТРП были соблюдены требования Инструкции № ЦВ-ЦЛ-0013 в отношении: длин проекций горизонтальных рычагов, зазоров в свету между головками тележечных тяг и кронштейнами подвесок возле внутренних колёсных пар, а также зазоров в приводе и запаса винта авторегулятора.

Основные результаты испытаний. В целом, в ходе испытаний измеряемые при одинаковых условиях величины отличались незначительной изменчивостью. На рисунках 1-5 приведены осциллограммы измеряемых процессов, полученные в типичных опытах. На всех этих рисунках принято одинаковое обозначений процессов: давление в ТЦ - сплошная линия; давление в ТМ - штриховая; давление в ЗР - штрих-пунктирная; перемещение штока ТЦ - пунктирная. Во всех опытах зарядное давление в ТМ составляло 5,2 ат, а тормоз вагона был включён на режим «К» (короткосоставный).

При регулировке ТРП на композиционные тормозные колодки получены осциллограммы, показанные на: рисунок 1 - экстренное торможение (ЭТ); рисунок 2 - ПСТ и рисунок 3 - первая ступень торможения со снижением давления в ТМ на 0,5 ат.

При регулировке ТРП на чугунные тормозные колодки получены осциллограммы, показанные на: рисунке 4 - ПСТ и рисунке 5 - первая ступень торможения со снижением давления в ТМ на 0,6 ат.

6 5 4

га з £

2

0

180 160 140 120

100 Е £

80 -I

60 40 20 0

0 1 2 3 4 5 В 7 8 9 10 11 1

г, с

Рисунок 1 - Экстренное торможение

6 5 4

Р, ат 3

2 1 0

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Ц мм

0 1

4

г, с

8

Рисунок 2 - Полное служебное торможение (колодки композиционные) Зб1рник наукових праць Дон1ЗТ. 2010 №22

1

7

6 5 4

Р, ат 3

2 1 0

160

80 L, мм

60 40 20 0

0

2

1, с

Рисунок 3 - Первая ступень торможения

6

5

4

Р, ат 3

2

1 0

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Ц мм

Рисунок 4 - Полное служебное торможение

6 5 4

р, ат 3

2 1 0

140 120 100 80 60 40 20 0

Ц мм

0

2

1, с

Рисунок 5 - Первая ступень торможения

Осциллограммы при ЭТ (см. рисунок 1) вследствие скоротечности срабатывания ТРП менее пригодны для анализа. Кроме того, ЭТ сопровождается большим расходом сжатого воздуха и удлиняет процесс зарядки тормоза, поэтому в дальнейшем при испытаниях вместо ЭТ выполнялось ПСТ.

В опытных осциллограммах, полученных при регулировке ТРП и для композиционных, и для чугунных колодок проявился ряд общих закономерностей. Так, процесс выравнивания давления в ЗР и ТЦ при ПСТ происходит примерно за 8 с, при этом соответствуют нормативам и наибольшее давление в ТЦ [1, п. 27.3.3], и время наполнения ТЦ до давления 3,5 ат [1, п. 22.2.4]. Выравнивание давлений в ТМ и ЗР при первой ступени торможения достигается за 4 с. Первые 4 с осциллограмм перемещений штока ТЦ при ПСТ повторяют соответствующие осциллограммы на первой ступени торможения. Количественно и качественно одноимённые осциллограммы давлений практически совпадают для одинаковых условий опытов.

На осциллограммах перемещений штока ТЦ прослеживаются три участка: а) начальный - характеризующийся значительным перемещением

штока при давлении в ТЦ до 0,3 ат; б) средний - который характерен уменьшением скорости перемещения штока; в) заключительный - до прекращения выхода штока ТЦ. Из опытных осциллограмм видно (особенно на рис. 3 и 5), что перемещение штока ТЦ начинается после повышения давления в ТЦ до величины, уравновешивающей усилие его отпускной пружины. Малость давлений в ТЦ, вызывающих перемещение штока на начальном этапе, даёт основания предположить, что этот этап соответствует выходу штока ТЦ при движении механизма ТРП в пределах зазоров, образующихся в отпущенном состоянии тормоза, между колодками и колёсами. Следующий этап перемещения штока ТЦ, вероятно, соответствует выходу штока ТЦ, совершающемуся за счёт выбора зазоров в шарнирах ТРП (между валиками и втулками). Наконец, на заключительном этапе выход штока ТЦ происходит за счёт упругих деформаций звеньев ТРП. Границы начального и среднего этапов перемещения штока ТЦ «размыты», что, по всей видимости, связано с проведением испытаний на стоянке, когда к.п.д. механизма ТРП минимален.

Осциллограммы перемещений штока ТЦ на третьем, «заключительном» этапе при регулировке ТРП на композиционные и на чугунные колодки существенно отличаются. В случае чугунных колодок осциллограммы выхода штока ТЦ и повышения давления в ТЦ в значительной мере эквидистантны, например, по рисунку 4 повышению давления в ТЦ с 1,0 до 4,0 ат соответствует выход штока ТЦ с 95 до 158 мм. При композиционных колодках перемещение штока вследствие упругих деформаций звеньев ТРП значительно меньшее, например, по рисунку 3 повышению давления в ТЦ с 1,0 до 4,0 ат соответствует выход штока ТЦ со 140 до 158 мм.

На опытном вагоне выход штока при ПСТ и для композиционных, и для чугунных колодок был отрегулирован на величину 158 мм. На первой ступени торможения (при снижении зарядного давления в ТМ на 0,5/0,6 ат) выход штока составил: 148/152 мм - при композиционных колодках и 118/123 мм - при чугунных. Подводя итог основным из полученных результатов, можно сделать вывод о том, что ТРП опытного вагона, отрегулированная по Инструкции № ЦВ-ЦЛ-0013, обеспечивает регламентированный Инструкцией № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015 выход штока ТЦ только в случае чугунных тормозных колодок.

Основные выводы и рекомендации:

1. На основании выполненных натурных испытаний можно обоснованно предположить, что основной причиной «завышенного»

выхода штока ТЦ при регулировке ТРП для композиционных колодок по сравнению с чугунными - является изменение передаточного числа горизонтальных рычагов ТРП. На опытном вагоне, имеющем массу тары 57 т при чугунных колодках на горизонтальных рычагах устанавливают передаточное число 39/26=1,5, а при композиционных - 26/39=0,(6) [1, табл. 5]. Таким образом, в случае чугунных тормозных колодок на звенья ТРП действуют усилия от ТЦ в 1,5/0,(6)=2,25 раза большие, чем в случае композиционных. Повышенные усилия вызывают увеличенные упругие деформации звеньев ТРП, значит при чугунных колодках в общей величине выхода штока доля этого выхода вследствие упругой деформации звеньев ТРП примерно в 2,25 раза большая, чем при композиционных колодках. В этих условиях, если настроить ТРП на верхнюю границу нормативного выхода штока ТЦ при ПСТ для случая композиционных колодок, то неизбежно при первой ступени торможения из-за малости упругих деформаций звеньев будет наблюдаться «завышенный» выход штока.

2. Отмеченному эффекту «завышения» выхода штока ТЦ при композиционных колодках по сравнению с чугунными подвержены все вагоны, имеющие ТРП по типу пассажирского вагона, т. е. при изменении передаточного числа ТРП исключительно за счёт изменения плеч горизонтальных рычагов. Названный эффект будет проявляться тем в большей степени, чем больше, во-первых, изменение передаточного отношения при переходе между чугунными и композиционными колодками, а, во-вторых, - жёсткость конструкции ТРП.

2.1. По первому из названных критериев наихудшей будет ситуация с регулировкой ТРП пассажирских вагонов, имеющих массу тары 42.48 т, для которых передаточное число при переходе с чугунных колодок на композиционные изменяется в 2,32 раза, а наилучшей - для вагонов рефрижераторного подвижного состава, у которых аналогичное изменение составляет 1,53 раза.

2.2. По условию жёсткости ТРП пассажирские вагоны можно расположить в следующем порядке увеличения технических затруднений с обеспечением нормативных выходов штоков ТЦ при композиционных колодках: вагоны мод. 61-779; вагоны прежних лет постройки ГДР; вагоны прежних лет постройки КВЗ, и современные ТВЗ, а также КрВСЗ. Данный ряд предпочтений получен в первом приближении на основе анализа диаметров и длин стержневых частей продольных тяг вагонов, как элементов ТРП в наибольшей степени подвергающихся упругим деформациям.

Поскольку для всех названных пассажирских вагонов материал из которого изготавливают тяги одинаков и распределение усилий в механизме ТРП также не отличается, то удлинение любой тяги при растяжении в процессе торможения будет прямопропорционально её длине Ь и обратнопропорционально площади её поперечного сечения А. Если исключить из рассмотрения типовый авторегулятор (одинаковый для всех пассажирских вагонов) то, например, у вагона мод. 61-779 со стороны штока ТЦ длина стержневой части тяги перед балансиром составляет 1,4 м при диаметре 23 мм, а после балансира установлены параллельно две тяги длиной 3,3 м и диаметром 22 мм каждая. Это даёт отношение Ь/А=7685 м'1. Со стороны тыловой крышки ТЦ до балансира установлена тяга длиной 6,1 м и диаметром 25 мм, а после - две тяги длиной 0,2 м и диаметром 20 мм, что даёт Ь/А=12742 м'1. Тележечные тяги этого вагона имеют диаметр 22 мм и, приняв их среднюю длину стержневой части для каждой, равную 1,45 м, получим для четырёх тяг Ь/А=954 м'1. Суммарно для вагона мод. 61-779 - Ь/А=21381 м'1. У ТРП вагона постройки ГДР (Амендорф) продольные тяги после балансира отсутствуют, а диаметры всех тяг 26 мм. Длины тяг (и соответствующее им Ь/А): короткой - 3,6 м (6781 м'1), длинной - 6 м (11301 м'1), тележечных - 1,45 м (683 м'1). Суммарно для вагона, постройки ГДР Ь/А=18765 м'1. Аналогично для вагонов по типу КВЗ получим. Длины всех четырёх тяг после балансиров 1,5 м при диаметре 22 мм дадут Ь/А=986 м'1, короткая тяга длиной 2,2 м и диаметром 25 мм - Ь/А=4482 м'1, длинная тяга длиной 4 м и диаметром 23 мм -Ь/А=9628 м'1. Тогда, для вагонов ТВЗ, КВЗ и КрВСЗ с учётом тележечных тяг, аналогичных вагону мод. 61-779, суммарно - Ь/А=16050 м'1.

3. Вопрос влияния зазоров в шарнирах на регулировку выхода штока ТРП в выполненных испытаниях не исследован экспериментально. Однако, с большой долей вероятности можно утверждать, что уменьшение названных зазоров ухудшит возможность регулировки, а при низкой точности сборки ТРП приведёт к неработоспособности механизма из-за избыточных связей. Увеличение названных зазоров также нежелательно по причине возможного снижения тормозной эффективности.

4. Для приведения нормативных требований в соответствие с практикой эксплуатации в части рассматриваемой проблемы можно предложить два крайних пути, а также множество компромиссных вариантов между ними.

Первый путь - откорректировать табл. 1 Инструкции № ЦВ-ЦЛ-0013, указав для пассажирских вагонов требование регулировать выход штока по нижней границе значений при ПСТ в соответствии с

Инструкцией № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015, т. е. 130.135 мм. Такое изменение приведёт к увеличению тормозной эффективности, однако - и к учащению случаев повреждения поверхностей катания колёсных пар (ползуны, навары, термические трещины). Для вагонов скоростных поездов с фирменным названием «Столичный экспресс» этот путь нерационален из-за частой повреждаемости колёсных пар даже при действующем ныне нормативе регулировки выхода штока по верхней границе Инструкции № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015.

Второй путь - откорректировать табл. 6.1 Инструкции № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015, введя для пассажирских вагонов разные нормативы выходов штока при чугунных и при композиционных колодках, подобно тому, как это имеет место для грузовых вагонов. При этом существующие нормативы достаточно изменить лишь в части верхней границы выхода штока при первой ступени торможения. Если ориентироваться на вагоны с наихудшими возможностями регулировки ТРП, то следует вводить названный норматив на уровне: при чугунных колодках - 140 мм, при композиционных - 155 мм. Для вагонов поездов «Столичный экспресс» достаточной является верхняя граница названного норматива на уровне 150 мм.

По имеющимся данным, предложенные выше в качестве второго пути величины выходов штока ТЦ пассажирских вагонов характерны для ж. д. СНГ в течение нескольких последних лет.

5. Выполненные натурные испытания показали высокие эксплуатационные качества разработанных электрических манометров типа ДМ6 [5]. Планируется применить эти датчики для расширения функциональных возможностей Автоматизированной системы технического контроля (АСТК) механической части пассажирских вагонов в ходе обычной эксплуатации последних при переходе от первой очереди внедрения системы ко второй.

Список литературы

1. 1нструкщя з ремонту гальмiвного обладнання вагошв (№ ЦВ-ЦЛ-0013). - К., 2005. - 160 с.

2. 1нструкщя з експлуатацп гальм рухомого складу на залiзницях Украши (№ ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015). - К.: Транспорт Украши, 2002. - 145 с.

3. Казаринов В.М., Иноземцев В.Г., Ясенцев В.Ф. Теоретические основы проектирования и эксплуатации автотормозов. - М.: Транспорт, 1968. - 400 с.

4. Дмитриев Д.В. Автоматизированная диагностика механической части пассажирских вагонов в ходе их обычной эксплуатации// Вюник ДНУЗТ iменi

академша В. Лазаряна. - Вип. 8. - Дншропетровськ: Дншропетр. нац. ун-т залiзн. трансп. iM. акад. В. Лазаряна. - 2005. - С.138-141.

5. Дмитриев Д.В. Портативный измерительно-вычислительный комплекс для испытаний механической части ж.-д. подвижного состава// Пщйомно-транспортна техшка. - 2004. - №4. - C.94-105.

УДК 662.76

Грицук 1.В., к.т.н.

ОСОБЛИВОСТ1 МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕС1В ТЕПЛООБМ1НУ В ДОСЛ1ДЖЕННЯХ РОБОТИ ДВИГУН1В ВНУТР1ШНЬОГО ЗГОРАННЯ З УТИЛ1ЗАЦ1еЮ ТЕПЛОТИ IX

В1ДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗ1В

Вступ. На сьогодення в усьому свт проектування й доведення теплоенергетичних установок з ДВЗ i 1х систем не мислиться без виконання дослщжень, що включають в себе як експериментальш так i розрахунковi методи.

Експериментальнi методи дають можлив^ть визначати дiйснi показники двигуна, що мають м^це в реальних умовах експлуатацп, тому отриманi результати вважаються найбшьш достовiрними. Але 1х проведення - достатньо складна практична задача, виршення яко! потребуе значних матерiальних ресурсiв i витрат часу.

Розрахунковi методи з використанням математичного моделювання фiзичних процесiв й комп'ютерно! оптимiзацil в iнженернiй i науковш практицi е найбiльш розповсюдженими у зв'язку з можливютю визначення показниюв двигунiв при порiвняно невеликих матерiальних витратах i за невеликий термш. Поряд iз перерахованими перевагами мае м^це велика складнiсть достовiрного описання фiзичних процесiв за допомогою математичних рiвнянь реальних фiзичних процесiв. Тому будь-яка математична модель потребуе тдтвердження достовiрностi результатiв розрахунку експериментальним даним.

Актуальшсть проведення таких робiт усе бшьше зростае зi зростанням жорсткос^ нормативiв, що обмежують викиди шюдливих