Разработка тормозного оборудования четырехосной цистерны модели 15-1443

ГАЖК «УЗБЕКИСТОН ТЕМИР ЙУЛЛАРИ»

ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Кафедра «Вагоны»

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине:

«Безопасность движения и тормозные системы»

На тему: Разработка тормозного оборудования четырехосной цистерны модели 15 — 1443

Выполнил: ст.гр. TV-509

Корнев Е. В.

Проверил: Соболева И. Ю ТАШКЕНТ — 2012

ВВЕДЕНИЕ

Тормоза железнодорожного подвижного состава являются одним из основных узлов железнодорожной техники, от уровня развития, конструкции, параметров и состояния которой в значительной степени зависит безопасность движения поездов, допускаемая и привозная способность железных дорог.

Тормозное оборудование вагонов работает в условиях сложных процессов, происходящих в движущемся поезде (сухое трение тормозных колодок фрикционного колодочного тормоза с преобразованием механической энергии в тепловую, газодинамические процессы в тормозной магистрали при зарядке, торможении, при отпуске тормозов; качения тормозящегося колеса по рельсам в условиях использования сил сцепления колеса с рельсами; взаимодействие вагонов в поезде между собой с возникновением значительных по величине продольных сил в условиях неустановившегося режима действия тормозной силы и др.).

Сочетание высокой надежности, безопасности действия тормозов с хорошей их управляемостью позволит повысить в ближайшей перспективе скорости движения пассажирских поездов до 200−250 км/ч, а грузовых поездов — до 140−160 км/ч при осевой нагрузке 18−20 т (высокоскоростные маршрутные поезда для контейнерных перевозок грузов), а вес грузовых поездов увеличить до 10−12 тыс. т с целью повышения производительности перевозок.

Предусмотрено также повышение надежности пневматической части тормоза и обеспечение временных характеристик тормозной системы для скоростных грузовых поездов за счет: создания принципиально новой конструктивной компоновки воздухораспределителя № 483М; модификации воздухораспределителя № 483М для скоростных короткосоставных грузовых поездов; электропневматического тормозного оборудования вагонов со скоростями движения свыше 120 км/ч; безремонтной тормозной воздушной магистрали вагонов.

Программа включает решение проблемы повышения теплопроводности и стабильности характеристик тормозных колодок грузовых вагонов за счет применения принципиально новых высококачественных материалов для композиционных тормозных колодок; материалы по разработке и внедрению тормозных систем вагонов международного сообщения с учетом требований МСЖД (Международный союз железных дорог), совершенствованию тормозного оборудования с целью повышения удобства облуживания, регулировки и контроля, адаптации тормозного оборудования к грузовым вагонам с осевыми нагрузками 250, 200 и 225 кН при скоростях движения соответственно 120, 160 и 120 км/ч.

Скоростные вагоны нового поколения будут оборудованы колодочными, дисковыми и электропневматическими тормозами, а международные вагоны — колодочными фрикционными тормозами.

Для успешного решения этих задач необходимо всемерно расширять и укреплять творческое сотрудничество инженерно-технических работников тормозостроительных заводов, линейных предприятий вагонного хозяйства, а также научных сотрудников, связанных с расчетом и проектированием тормозного оборудования, в частности пневматической и механической части тормозов вагонов.

1. ТОРМОЗНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВАГОНА Тормозное оборудование каждой единицы подвижного состава представляет собой систему, состоящую из пневматической и механической частей.

1.1 Типовые схемы рычажных передач Рычажные передачи грузовых вагонов выполняются с односторонним нажатием тормозных колодок (кроме шестиосных вагонов, у которых средняя ось в тележке имеет двустороннее нажатие) и одним тормозным цилиндром, закрепленным на раме вагона. Расположение цилиндра на раме обеспечивает наиболее надежную передачу тормозного усилия на тележку с помощью тяги, без применения гибких резиновых шлангов, нежелательных в условиях эксплуатации грузовых вагонов.

Тормозная рычажная передача грузовых вагонов приспособлена к использованию чугунных или композиционных колодок. Поскольку коэффициенты трения у этих колодок неодинаковые, при переходе с одного типа на другой требуется изменять передаточное число рычажной передачи. Эти изменения производят путем перестановки валиков затяжки горизонтальных рычагов (в близко расположенные к тормозному цилиндру отверстия при композиционных колодках и в более удаленные при чугунных).

Рисунок.1.1. Схема (а) и конструкция (б) рычажной передачи четырехосного вагона.

В рычажной передаче четырехосного грузового вагона горизонтальные рычаги 4,10 шарнирно соединены одним концом со штоком 6 и кронштейном 7 на задней крышке цилиндра, а противоположным — с тягой 11 (со стороны задней крышки цилиндра) и авторегулятором 3 (со стороны передней крышки). Между собой горизонтальные тяги связаны затяжкой 5, отверстия 8 предназначены для установки валиков при композиционных колодках, а отверстия 9 — при чугунных.

Тяги 2, 11 соединяются с верхними концами вертикальных рычагов 1, 12 тележек. Верхние концы противоположных рычагов 14 соединены с серьгами 13. нижними отверстиями вертикальные рычаги связаны между собой распорками 15, а их промежуточные отверстия 18 шарнирно соединены с распорками 17 триангелей. На цапфах триангелей установлены башмаки с колодками. В отверстие каждого башмака проходит подвеска 16 триангеля, соединенная валиком с кронштейном тележки. Таким образом, подвески являются элементами шарнирно подвешивающихся деталей рычажной передачи тележек.

1.2 Расчет механической части тормоза Используя схемы пневматического оборудования и рычажной передачи вагона, определим объём тормозной магистрали вагона с учетом объёмов тормозных приборов

(1)

где Vтр — объем тормозной магистрали — 11.1л

Vзр — объем тормозного резервуара — 78 л

Vвр — объем воздухораспределителя — 6л

Vтц — объем тормозного цилиндра — 12,14л Передаточное отношение рычажной передачи геометрически определяется как произведение отношений размеров ведущих плеч рычагов к ведомым.

Для грузового четырехосного вагона.

(2)

где а, б, в, г — ведущие и ведомые плечи рычажной передачи.

Максимальное же значение передаточного отношения рычажной передачи определяется условиями длительного торможения на крутых затяжных спусках. Износ чугунных тормозных колодок по толщине (мм) на затяжных спусках можно определить по формуле.

h=A У L · ic

h= 0,03•200=6мм (3)

где У L ic — сумма произведений длины всех участков пути спуска, по которым следует поезд, на величину спуска (для расчетов У L ic =200м);

А — коэффициент, равный: для грузовых вагонов 0,03.

Исходя из этого максимальное передаточное число тормозной рычажной передачи

i (4)

где Hпр, Нмах — предельно допустимый и максимальный выход штока тормозного цилиндра, мм (Нпр=185 мм Нмах=125 мм для грузового вагона).

Вычесленное по соотношению плеч передаточное отношение не должно превышать определенного по формуле:

(5)

величина к.п.д. тормозного цилиндра () и рычажной передачи (грузовые вагоны = 0,95).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМых ВЕЛИЧИН НАЖАТИЯ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК Для обеспечения возможно большей эффективности действия тормозов при выполнении условий, исключающих возможность скольжения колес при торможении, сила нажатия тормозных колодок должна обеспечивать максимально допустимое использование силы сцепления колес с рельсами.

2.1 Определение допускаемых сил нажатия тормозных колодок Для определения вышеупомянутых сил принято пользоваться коэффициентом силы нажатия тормозных колодок д:

; (6)

где Р — статическая нагрузкой от колесной пары на рельс (по заданию);

д — коэффициент силы нажатия, 4-х осных г=0.22, п=0,29.

Для грузовых вагонов различают порожний Рп, дп и груженый. Рг, дг и определяют два значения Кп и Кг.

где Q — грузоподёмность, Q=600 кH (согласно заданию) Т — вес тары = 232 кН

mo — число осей вагона m0 = 4.

2.2 Определение нажатия тормозных колодок, исходя из допускаемого уровня тепловой напряженности фрикционного узла тормозной колодка вагон рычажный К = Р · F; (7)

где Р — удельное давление колодки на колесо (для композиционных колодок Р=6· 10 кг/см2 (0,6 кН/м2);

F — площадь давления (для одной (согласно заданию) композиционной колодки

F=32· 10−3м2) .

К = 6•102 •32•10−3=19,2 кН

2.3 Сопоставление полученных значений допускаемых сил нажатия тормозных колодок по условиям сцепления колеса с рельсами и по нагреву Выбрать величину нажатия тормозной колодки и указать ограничивающий фактор (т.е наименьшее значение К).

K n < K

K г > K

15,1<19,2 кН

41,2 >19,2 кН

3. РАСЧЕТ ТОРМОЗА ЗАДАННОГО ТИПА ВАГОНА Расчет тормоза проектируемого вагона выполняется по типовой методике. Для грузового вагона требуемые вычисления производятся для груженого и порожнего состояний.

3.1 Определение усилия (кг/см2) (кН) на штоке поршня тормозного цилиндра

(8)

где Po, ?ш — давление и расчетный выход штока тормозного цилиндра;

Жтц, Ртц. пр — жесткость и усилие предварительного сжатия пружины тормозного цилиндра;

— площадь поршня тормозного цилиндра, см2;

Р1 — усилие пружины бескулисного регулятора, приведенное к штоку тормозного цилиндра, определяется по формуле:

— для рычажного привода

(9)

где ?р · Жр · Рр. пр — величина сжатия при торможении, жесткость и величина предварительного сжатия пружины регулятора;

а, b, с, d, e — размеры плеч горизонтального рычага и рычажного привода регулятора;

а =19,5cм

b =46,5 см с =23,5 см

d =43 см

e =23 см

?р =1,5 см Жр =15кН/м Рр. пр =200кН Ртц. пр =159кН

=0,98

=994см2

Pо г =4,0кН

Poп =1,6кН

?ш г =10см

?ш п=10см Жтц =6,57кН/м

3.2 Вычисление величины действительного нажатия (кг/см2) (кН) на одну тормозную колодку

(10)

где m — число тормозных колодок, на которое действует усилие от одного тормозного цилиндра;

i — передаточное отношение рычажной передачи от одного тормозного цилиндра;

3.3 Нахождение величины расчетного нажатия на одну колодку в зависимости от ее материала Тормозная сила действующая на колесо, определяется произведением силы нажатия на коэффициент трения тормозных колодок. Трение является молекулярно-механическим процессом, зависящим от свойств материала трущихся пар, скорости скольжения, удельных давлений, площади пятен контакта колодки и колеса, температурного режима торможения, твердости, состояния трущихся поверхностей и другие.

— для композиционных колодок

(11)

3.4 Определение расчетных коэффициентов силы нажатия и их оценка с точки зрения «Норм для расчета и проектирования новых и модернизированных вагонов железных дорог» более 1320 мм

(12)

(13)

3.5 Установление возможности заклинивания колесных пар по нижеописанной методике Возможность юза проверяется по формуле

(14)

где дпр — расчетный коэффициент силы нажатия, который определяется для условий заклинивания;

кр — расчетный коэффициент трения для грузовых вагонов, который определяется при скоростях 20 и 100 км/ч;

Шк — расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами в случае отсутствия юза (заклинивания) должен быть не более:

— для грузовых вагонов [Шк ] при V =20 км/ч, [Шк ]-0,09;

при V =100 км/ч, [Шк ]-0,12.

нахождение кр — расчетный коэффициент трения в данном интервале скоростей:

(15)

— для композиционных колодок

3.6 Определение усилия (кг/см2) на штоке тормозного цилиндра вагона (для грузовых порожних)

(16)

Все составляющие правой части формулы, кроме Ро. з, найдены ранее в п. 3.1. а давление в тормозном цилиндре Ро. з для условий заклинивания имеет следующие значения; для грузовых вагонов 1,8 кг/см2 (0,18 МПа).

3.7 Определение величины действительного нажатия на одну тормозную колодку Кд. з для условий заклинивания при подстановке в формуле п. 3.2. значение Рш. з

(17)

Нахождение величины расчетного нажатия для условий заклинивания Кр.з. при подстановке в формуле п. 3.2. значения Кр.з.

(18)

3.8 Определение расчетного коэффициента силы нажатия для условий заклинивания дпр при подстановке в формулу п. 3.3. значения Кр. з

(19)

3.9 Определение Шк и сравнение с допускаемым [Шк ], вывод о возможности заклинивания

(20)

4. РАСЧЕТ ТОРМОЗНОГО ПУТИ Расчет тормозного пути подвижного состава железных дорог можно производить методами: аналитическим, графическим и расчетным по номограммам.

4.1 Определение полного тормозного пути В результате приближенного аналитического интегрирования уравнения движения поезда, при условии постоянства величины действующих сил в принятом интервале скоростей от Vn до Vn-1, получена формула для определения полного тормозного пути (м):

(21)

где Vo — скорость поезда в начальный момент торможения, км/ч (из задания);

tn — время подготовки к торможению для грузовых составов 200 осей и более

(22)

(23)

bT=цкр цкр=

цкр=

bT

SП = м где Vn, Vn+1 — конечная и начальная скорости поезда в принятом расчетном интервале скоростей, км/ч;

— замедление поезда в км/ч2 под действием замедляющей силы в 1 кГ/m (=120 км/ч2);

ic — приведенное значение уклона с учетом сопротивления в кривой, %о (из задания);

bт — удельная тормозная сила при средней скорости в каждом интервале, равной Vср — Vn+ Vn+½, bт=1000 vp· кр, где кр — расчетный коэффициент трения в данном интервале скоростей (вместе V подставлять Vср м/с, в п. 5.5.5);

Vp — расчетный тормозной коэффициент, определяемый по формуле

(24)

где Укрсуммарная расчетная сила нажатия поезда (кг/см2) (кН):

(25)

где Клр — расчетная сила нажатия локомотива;

n — число осей локомотива;

УР — вес поезда:

(26)

где Pл — вес локомотива для грузовых поездов Скорость:

1) 60−50км/ч 2) 50−40км/ч 3) 40−30км/ч

4) 30−20км/ч 5) 20−10км/ч 6) 10−0км/ч

1) Vcp = Vcp км/ч цкр= цкр=

bT=цкр (27)

bT

(28)

где щox — основное удельное сопротивление движению поезда при средней скорости в каждом интервале;

qo — средняя нагрузка от оси вагона на рельсы (кг/см2) (кН) определяется по формуле

(29)

где mо — число осей вагона.

2) Vcp км/ч цкр=

bT

3) Vcp км/ч цкр=

bT

4) Vcp км/ч цкр=

bT

5) Vcp км/ч цкр=

bT

6) Vcp км/ч цкр=

bT

о=120 км/ч2, ic =-4

; (31)

?SD= 73,4+58,1+43,8+30,3+17,6+5,52=228,72 м

ST=SП +?SD (32)

ST=150+228,72=378,72 м После определения замедляющих сил и составных тормозного пути по интервалам скоростей необходимо дать табличное изложение, определить полный тормозной путь, построить графики зависимости

4.2 Определение величины замедления поезда (м/с2)

(33)

где Vо =60 км/ч,

icв тысячных единицах (ic = -0,004).

При вычислениях следует помнить, что доля сопротивления движения локомотива в общем сопротивлении поезда незначительна, поэтому первым при тормозных расчетах можно пренебречь.

5. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ НА РЕМОНТ ТОРМОЗНЫХ ЦИЛИНДРОВ Поступившие в ремонт тормозные цилиндры должны быть снаружи очищены от пыли и других загрязнений, после чего их необходимо разобрать.

Ремонт тормозных цилиндров производится в соответствии с руководством по их ремонту.

При этом: «у корпуса, тормозного цилиндра и его деталей не допускаются трещины, отколы и изломы, при этом при наличии трещин и отколов на фланцах корпуса и передней крышки допускается их ремонт в соответствии с требованиями инструкции по сварке и наплавке при ремонте вагонов;

на внутренней поверхности корпуса цилиндра не допускается наличие коррозии и рисок;

срыв резьбы не допускается;

при износе направляющего отверстия для штока в передней крышке до диаметра, более 73 мм допускается ремонт изношенной поверхности путем приварки втулки в соответствии с требованиями инструкции по сварке м наплавке при ремонте вагонов;

у пружины должны быть проконтролированы ее силовые параметры, допускается в исключительном случае производить контроль пружины по ее просадке в свободном состоянии;

у манжеты и резинового защитного уплотнения должны быть проверены срок годности и их состояние — расслоения, надрывы не допускаются;.

смазочное войлочное кольцо должно быть очищено и смазано смазкой ЖТ-79Л, а при наличии дефектов заменено на новое, пропитанное смазкой, нагретой до 80 °C;

фильтр в передней крышке цилиндра очистить, промыть и продуть сжатым воздухом;

прокладка должна быть ровной, без надрывов и признаков разбухания;

в процессе сборки манжета и все поверхности трения металлических деталей должны быть смазаны тонким слоем смазки ЯСГ-79Л.

«После сборки тормозной цилиндр необходимо испытать на плотность сжатым воздухом под давлением (4,0±0,1) кгс/см2 при выходе штока (100±10) мм в течение 3 минут. При этом падение установившегося давления в испытываемом тормозном цилиндре допускается не более чем на 0,1 кгс/см за время проверки.

ВЫВОД Подводя итог по курсовой работе мы выбрали и спроектировали тормозное оборудование вагона, в моём случае — четырехосной цистерны, рассчитали тормоза заданного типа вагона, тормозной путь, и по окончанию расчетов у нас были определены свои значения величины нажатия тормозных колодок и тормозного пути. Составили график зависимости коэффициента трения и тормозного пути от скорости. В итоге мои значения были близки к стандартными расчётам.

В данной курсовой работе мною разработан тормоз четырехосной цистерны модели 15−1443.

Был рассчитан объем тормозной магистрали вагона с учетом объемов тормозных приборов VTM=107 24 л.

Передаточное отношение рычажной передачи составило i=5,866.

Была определена величина тормозных нажатий колодок КГ=41,2 кН и КП =15,1 кН.

Также было определено усилие на штоке поршня тормозного цилиндра РШП=12,13Кн и РШГ=35,5кН, величина расчетного нажатия на одну колодку составило КРП=9 кН, КРГр=22,6 кН.

Расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при скорости 20 км/час цкр20=0,32, а при скорости 100 км/час цкр100=0,25.

В работе был рассчитан тормозной путь, который составил SТ=378,72 м, при начальной скорости х0=60 км/час.

По результатам численных значений показателей составлены графики. SD=f (х) и цкр=f (х).

В конце работы приводится список используемой литературы.

1. Иноземцев В. Г., Казаринов В. В. и др. Автоматические тормоза. — М.: Транспорт, 1981.

2. Справочник по тормозам. Крылов В. И. и др. М.: Транспорт, 1989.

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

4. Безопасность движения и тормозные системы вагонов. Методическое указание для выполнения курсовой работы ТашИИТ, 2005.

5. Безопасность движения и тормозные системы. Вершков А. Б, Городецкий Ю. Г. 2012