Расчетные исследования по улучшению тормозной эффективности грузового вагона с раздельным торможением тележек

УДК 629.4.077-592.117

А. В. ДОНЧЕНКО, Ю. Я. ВОДЯННИКОВ, А. М. САФРОНОВ, Т. В. ШЕЛЕЙКО

РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ ТОРМОЗНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУЗОВОГО ВАГОНА С РАЗДЕЛЬНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ ТЕЛЕЖЕК

Наведено результата розрахункових дослщжень щодо вибору значень передаточних чисел, за яких галь-MiBHa ефективнiсть та гальмiвнi характеристики вантажного вагона з роздiльним гальмуванням вiзкiв задо-вольняють нормативним вимогам.

Представлены результаты расчетных исследований по выбору значений передаточных чисел, при которых тормозная эффективность и тормозные характеристики грузового вагона с раздельным торможением тележек удовлетворяют нормативным требованиям.

The results of design analyses concerning the selection of reduction ratio values are presented. The braking effectiveness and performance of a freight wagon with the separate braking of the bogies meet the normative requirements at these reduction ratio values.

Основной задачей, возникающей при проектировании тормозных систем с раздельным торможением тележек, является выбор передаточного числа тормозной рычажной передачи. Актуальность решения этой проблемы состоит в унификации размеров рычагов для грузовых вагонов с раздельным торможением тележек, как это было предусмотрено для вагонов с типовой тормозной системой.

Передаточное число тормозной рычажной передачи грузового вагона ограничено «сверху» и «снизу». Ограничение «сверху» обусловлено недопущением юза, а «снизу» - минимально допустимыми значениями расчетных коэффициентов сил нажатия колодок [1], а также минимально допустимой величиной тормозного пути грузового поезда на уклонах [2].

Максимальная величина силы нажатия тормозных колодок проверяется по наименьшему допустимому коэффициенту сцепления колеса с рельсом, при этом должно выполняться условие [1]:

5р 'Фкр ^ [V к ]•

Определим также запас по юзу 10 %, т.е.:

5р -Фкр < 0,9 [ук ],

где 5р - расчетный коэффициент сил нажатия колодок:

Т

Кр - расчетная сила нажатия тормозной колодки;

т - число тормозных колодок на вагоне;

Т - сила тяжести порожнего вагона (тара);

Фкр - расчетный коэффициент трения тормозных композиционных и чугунных колодок, определяется по формулам [3]:

Фк

= 0,36 •

Фкр = 0,27

V +150 2 •V +150

V +100

5 • V +100 '

[^ к ] - расчетный предельный коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении [1]:

[^к ] = ^Яо

Здесь ¥(я0) - коэффициент, зависящий от осевой нагрузки на колесную пару [3]:

Яо) = 0,17-0,0015•

) - коэффициент, зависящий от скорости движения [3]:

V + 81

^(V ) =

2,4 • V + 81

Я0 - нагрузка на колесную пару (осевая нагрузка) вагона, тс;

V - скорость, км/ч.

© Донченко А. В., Водянников Ю. Я., Сафронов А. М., Шелейко Т. В, 2009

Предельное значение расчетного коэффициента силы нажатия колодок определяется из равенства

[«р ] =

к ]

ф

кр

Предельно допустимые значения расчетного коэффициента силы нажатия колодок в диапазоне скоростей 10... 140 км/ч в зависимости от массы тары представлены на рис. 1, из которого следует, что для композиционных колодок с повышением скорости допустимый расчетный коэффициент уменьшается, а для чугунных -увеличивается.

Предельная расчетная сила нажатия колодки на колесо для порожнего вагона определялась из уравнения (3):

[ К ] =

Т-[^ ]

т -Фк,

Разрешающие уравнения для определения предельно допустимых действительных сил нажатия композиционных и чугунных тормозных колодок на колеса [ К ], с учетом формул 1.14, 1.15 [3] и (10), имеют вид:

[^ к ] г п [К ] + 20

Т= 1,22-[К_ ;

тф

кр

4-[К ] + 20

Т .М = 2,22 [К ]- 16К +100

т Фк,

80К +100

Предельно допустимые значения передаточных чисел определялись при максимальных давлениях в тормозных цилиндрах (1,6 кгс/см2 для композиционных колодок и 2,0 кгс/см2 для чугунных) без учета усилия на авторегуляторе [1] по формуле:

[п] =

[ К ] - т

(-

- Рц -Пц - -Пп

жением тележек (ограничение «снизу»), выполненные по типовой методике при минимальных значения передаточных чисел (для композиционных колодок при скорости 120 км/ч, для чугунных - 20 км/ч) и давлений в тормозных цилиндрах (3,0 кгс/см2 для композиционных колодок и 4,0 кгс/см2 для чугунных), показали (табл. 2), что для вагона с массой тары 20 т тормозная эффективность не соответствует нормативной [1] в пределах верхней и нижней границ интервала изменения передаточного числа, а для массы тары 21 и 22 т нижнему предельному значению (^р =

= 0,9 [ук ]) передаточного числа.

С целью выполнения требований [1] была проведена уточненная оценка интервалов изменения предельных границ передаточных чисел тормозных рычажных передач. Уточненные значения для выбора передаточных чисел для тормозной системы грузовых вагонов при композиционных колодках представлены в табл. 3, причем для массы тары 20 т необходимо увеличить минимальное давление до 3,1 кгс/см2, а для массы тары 21 и 22 т - увеличить передаточное отношение.

Для максимальной скорости движения грузовых и пассажирских поездов установлено единое наименьшее тормозное нажатие в пересчете на чугунные тормозные колодки на каждые 100 тс веса, так, например, для грузовых поездов для скорости движения до 90 км/ч сила нажатия должна составлять 33 тс [4].

Расчетные коэффициенты силы нажатия композиционных колодок в пересчете на чугунные определялись по номограммам, которые были получены исходя из равенства тормозных путей грузовых поездов соответственно на композиционных и чугунных колодках. Результаты пересчета представлены в табл. 4.

Тормозные пути на спусках 6 %о и 10 %о определялись по формуле [5]:

*=V •

3,6

•

Ьт + Ж0Х +1

Номограммы определения предельно допустимых значений передаточных чисел тормозных рычажных передач грузовых вагонов при композиционных колодках в зависимости от массы тары представлены на рис. 2.

В табл. 1 приведены интервальные значения верхних границ передаточных чисел рычажных передач грузовых вагонов с раздельным торможением тележек при композиционных колодках для скоростей 100, 120 и 140 км/ч.

Результаты расчета тормозной эффективности для груженого вагона с раздельным тормо-

где У0 - скорость в начальный момент торможения, км/ч;

- время подготовки автотормозов к действию, с, которое определяется для грузовых поездов длиной до 200 осей по формуле

[5]:

С = 7 - ^

Ь

т

0,670

140 У,км/ч

Рис. 1. Предельно допустимые значения расчетных коэффициентов сил нажатия тормозных колодок на колеса

\

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140 V, км/ч

Рис. 2. Предельно допустимые значения передаточных чисел тормозной рычажной передачи грузового вагона при композиционных колодках

Допустимые предельные значения передаточного числа тормозной рычажной передачи грузовых вагонов на композиционных колодках

Тара вагона, тс Скорость движения, км/ч

100 120 140

* р =№к ] *р= 0Ду к ] * р = №к ] * р = 0,9К ] * р к ] * р = 0,9К ]

Допустимые значения передаточного числа

20 5,11 4,54 5,09 4,53 5,08 4,52

21 5,38 4,78 5,36 4,77 5,35 4,76

22 5,66 5,03 5,64 5,01 5,63 5,00

23 5,93 5,27 5,91 5,25 5,90 5,24

24 6,21 5,51 6,19 5,49 6,18 5,49

25 6,49 5,76 6,47 5,74 6,46 5,73

26 6,78 6,01 6,75 5,98 6,74 5,98

27 7,06 6,25 7,03 6,23 7,02 6,22

Таблица 2

Расчетные коэффициенты силы нажатия композиционных колодок и расчетные силы нажатия на ось чугунных колодок

Тара вагона, тс Расчетный коэффициент силы нажатия композиционных колодок

* р к ] * р =0Д^к ] * р к ] * р = 0,9К ]

20 0,1392 0,1263 6,4386 5,8165

21 0,1454 0,1319 6,7409 6,0816

22 0,1514 0,1374 7,0456 6,3483

23 0,1574 0,1429 7,3527 6,6166

24 0,1634 0,1483 7,6622 6,8867

25 0,1693 0,1537 7,9741 7,1585

26 0,1751 0,1590 8,2883 7,4321

27 0,1809 0,1642 8,6046 7,7075

Таблица 3

Уточненные значения передаточного числа тормозной рычажной передачи грузовых вагонов на композиционных колодках

Масса Передаточное число Расчетный коэффициент силы нажатия композиционных колодок

тары, тс * р =№к ] * р = 0,9К ] * р к ] * р =0ДУк ]

20 5,09 4,95 0,144 0,14

21 5,362 5,140 0,1454 0,14

22 5,636 5,140 0,1514 0,14

23 5,912 5,250 0,1574 0,1429

24 6,190 5,493 0,1634 0,1483

25 6,469 5,738 0,1693 0,1537

26 6,749 5,984 0,1751 0,1590

27 7,032 6,230 0,1809 0,1642

Силы нажатия композиционных колодок в пересчете на чугунные

Расчетный коэффициент силы нажатия композиционных колодок Скорость в начале торможения, км/ч

90 100 110 120

Расчетный коэффициент силы нажатия композиционных колодок в пересчете на чугунные

0,14 0,358 0,366 0,373 0,379

0,1429 0,365 0,373 0,380 0,386

0,1483 0,379 0,387 0,395 0,401

0,1537 0,393 0,402 0,409 0,416

0,159 0,406 0,415 0,423 0,430

0,1642 0,420 0,429 0,437 0,444

Силы нажатия композиционных колодок в пересчете на чугунные

0,14 33,645 34,381 35,029 35,591

0,1429 34,342 35,093 35,755 36,328

0,1483 35,640 36,419 37,106 37,701

0,1537 36,937 37,745 38,457 39,074

0,159 38,211 39,046 39,783 40,421

0,1642 39,461 40,323 41,084 41,743

Ьт - удельная тормозная сила, кгс/т;

Жох - удельное основное сопротивление движению, кгс/т;

1С - уклон, %о.

В качестве критерия для сравнительной оценки тормозного пути грузового поезда на уклонах принималось расстояние от переносных сигналов и от места внезапно возникшего препятствия до первой петарды [2].

Выполненные расчетные исследования свидетельствуют, что для композиционных колодок тормозные пути на уклонах удовлетворяют инструкции [2] при минимальных предельных значениях передаточных чисел тормозной рычажной передачи.

Для чугунных колодок тормозные пути на уклонах превышают допустимые значения [2].

Расчетные исследования тормозных систем грузовых вагонов с раздельным торможением тележек с композиционными и чугунными колодками при осевой нагрузке 23,5 тс удовлетворяют нормативным требованиям, за исключением тормозных путей грузовых поездов с чугунными колодками на уклонах.

Вместе с тем, следует отметить, что в соответствии с требованиями [6] установлены минимальные величины расчетного коэффициента силы нажатия композиционных колодок для грузовых вагонов с осевой нагрузкой до 25 тс:

для скорости 90 км/ч на среднем режиме 0,22 для порожнего вагона и 0,14 для груженого;

для скорости 100 км/ч на среднем режиме 0,22 для порожнего вагона и 0,17 для груженого;

для скорости 120 км/ч на груженом режиме 0,25 независимо от загрузки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Нормы для расчете и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) [Текст]. - ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996.

2. ЦШ/0001 1нструкцш з сигнал1зацп на затзницях Украши [Текст]. - К., 1995.

3. Гребенюк, П. Т. Правила тормозных расчетов [Текст] / П. Т. Гребенюк. - М.: Интекст, 2004.

4. ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015 1нструкцш з експлуатаци гальм рухомого складу на зал1зницях Украши [Текст]. - К.: Транспорт Украши, 2002.

5. Иноземцев, В. Г. Нормы и методы расчета автотормозов [Текст] / В. Г. Иноземцев, П. Т. Гребенюк. - М.: Транспорт, 1971.

6. Технические требования на тормозную систему с раздельным торможением тележек и новым тормозным оборудованием для вагоностроительных заводов [Текст]. - ВНИИЖТ, 2005.

Поступила в редколлегию 10.03.2009.

Принята к печати 19.03.2009.