Передаточное число и к.П.Д. Рычажной передачи

Суммарная сила нажатия на тормозные колодки вагона пли локомотива определяется из выражения

где: Рш - усилие в кгс, развиваемое штоком поршня тормозного цилиндра, или усилие, приложенное к рукоятке ручного привода тормоза, которое принимается при расчетах равным 30 кгс; n - передаточное число рычажной тормозной передачи; ню - коэффициент полезного действия рычажной тормозной передачи, учитывающий потери усилия на трение в шарнирных соединениях и на преодоление других сопротивлений. Усилие по штоку тормозного цилиндра можно определить по формуле

где: Рц - давление в тормозном цилиндре в кгс/см2 ; F - площадь поршня тормозного цилиндра в см ; нюц - к.п.д. поршня тормозного цилиндра, характеризующий потери на трение; к. п. д. можно принимать равным 0,98; Рпр - усилие отпускной пружины при максимально допускаемом ходе поршня тормозного цилиндра в кгс. Усилие от поршня тормозного цилиндра передается на фрикционные узлы тормозной системы с некоторыми потерями на трение в шарнирах и устройстве автоматического регулирования рычажной передачи. Коэффициент полезного действия рычажной передачи определяется опытным путем. По результатам экспериментальных исследований он может быть принят:

• для рычажных передач четырехосных вагонов с односторонним нажатием колодок при движении поезда 0,95;

• для рычажных передач четырехосных вагонов с двусторонним нажатием тормозных колодок при движении поезда 0,90;

• на стоянке для всех видов рычажных передач можно принимать 0,75.

Коэффициент полезного действия рычажной передачи при ручном приводе уменьшается в зависимости от к.п.д. винта, который можно принимать 0,6. В целом для рычажной передачи при ручном приводе к.п.д. будет равен 0,6 х 0,9 = 0,5. Передаточное число рычажной передачи определяется из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов. Оно показывает, во сколько раз с помощью системы рычагов увеличивается усилие, развиваемое на штоке тормозного цилиндра. Так. например, на схеме можно проследить последовательное изменение усилия, передаваемого штоком поршня тормозного цилиндра, пренебрегая потерями на трение в шарнирных соединениях.

В данном случае сила Рш поршня, действующая по направлению штока, поворачивает горизонтальный рычаг первого рода в точке 2 и перемещает тягу 3-4 с выигрышем силы пропорционально отношению плеч этого рычага а/б. Полученная на тяге сила Р1 поворачивает вертикальный рычаг, который в данный момент работает как рычаг второго рода, в точке 5 и притягивает ближний к тормозному цилиндру триангель с новым изменением силы, пропорциональным отношению плеч (г+в)/в. Эта сила Р2 образует угол альфа с направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину колодки, т.е. с направлением нормального давления колодок. Чтобы определить величину силы нажатия на тормозные колодки 2К нужно силу Р2 умножить на cos альфа. На основании сказанного можно написать:

Эта формула позволяет определить сипу нажатия на первую пару тормозных колодок, после прижатия которых рычаг 4-5 будет поворачиваться в точке 7. Затяжка 5-6 перемещается влево и поворачивает подвеску 6-8 вокруг неподвижной точки 8 до прижатия второй пары колодок к колесам. Как правило, тормозные рычажные передачи подвижного состава делаются с одинаковой силой нажатия колодок на все колесные пары. Это достигается подбором плеч рычагов а-б и в-г. Сила нажатия на триангель левой колесной пары определится по формуле

Чтобы найти суммарную силу нажатия на колодки достаточно полученное выражение умножить на число пар колодок т. Тогда получим

Или, сокращая на Рш правую и левую части равенства, получим

7. Действительная и расчетная сила нажатия тормозных колодок.

Величины и в предыдущих выражениях соответствуют фактическим, действительным значениям. Подсчитать по этим величинам тормозную силу поезда, составленного из большого количества вагонов различных типов с различными силами нажатия, затруднительно. Поэтому ее определяют методом приведения, при котором действительные величины и заменяют расчетными. При этом должно выполняться условие

т. е. тормозная сила, выраженная действительными величинами, должна быть равна тормозной силе, полученной по расчетным величинам. При этом для того, чтобы иметь возможность судить о тормозной силе поезда по величине суммарного расчетного нажатия всех колодок расчетный коэффициент трения принимают независящим от величины нажатия на колодку. За расчетный коэффициент трения чугунных колодок принимают значение действительного коэффициента трения при силе нажатия близкой к силе нажатия чугунной колодки четырехосного грузового вагона при среднем режиме торможения. При этом расчетный коэффициент трения для чугунных колодок равен: .

Расчетный коэффициент трения композиционной колодки определяют при силе нажатия близкой к силе нажатия композиционной колодки четырехосного грузового вагона при среднем режиме торможения. Расчетный коэффициент трения для композиционной колодки может быть определен по формуле: .

Зависимость расчетных значений коэффициента трения чугунных и композиционных тормозных колодок от скорости поезда приведена на рис.1.4.

Рис.1.3.3.

Чтобы тормозные силы поезда определяемые по расчетным и действительным коэффициентам трения были равны расчетное нажатие тормозных колодок должно быть определено из соотношения . После подстановки значений расчетных и действительных коэффициентов трения расчетная сила нажатия для чугунной тормозной колодки может быть определена из соотношения

; кН.

Для композиционной тормозной колодки расчетная сила нажатия может быть определена из соотношения:

; кН.

Рис.1.3.4.

Обеспеченность поезда тормозами характеризуется величиной расчетного тормозного коэффициента . Коэффициент определяется как отношение суммарной расчетной силы нажатия тормозных колодок поезда к его весу:

; где - расчетная сила нажатия на одну колодку, кН;

- сумма расчетных сил нажатия на все колодки поезда, кН;

— расчетный вес локомотива, кН;

— вес состава (вагонов), кН.

Для электро- и дизель-поездов берется вес моторных и прицепных вагонов.

Отношение силы нажатия колодки на колесо к статической нагрузке от колеса на рельс называется коэффициентом силы нажатия колодки на колесо: .

При равных силах нажатия на все колеса и равных нагрузках на них коэффициент будет одинаков для колеса, тележки и всего вагона. Нагрузка колеса , принимаемая в расчетах, должна быть меньше номинального значения на величину разгрузки колеса во время торможения. Разгрузка колеса при торможении составляет: от действия сил инерции — около 7%; от неуравновешенности — 3%; от эксцентричности колеса — 2%. От неровности пути разгрузка может доходить иногда до 70%, но практически это учесть невозможно.

Обычно для расчетов принимают следующие значения : для порожних грузовых вагонов—0,6 тары вагона; для пассажирских вагонов и порожних электропоездов — 0,7 — 0,75; для локомотивов — 0,5—0,6. Для пассажирских вагонов, оборудованных скоростным регулятором, и чугунными секционными колодками , при скорости до 60 км/ч и 1,3-1,5 при более высоких скоростях. При композиционных колодках и накладках дисковых тормозов с коэффициентом трения принимают . Если применяют противоюзные устройства, значения коэффициентов нажатия можно увеличить на 10—15%.

8.

Длина тормозного пути может быть определена аналитическим мето­дом расчета численного интегрирования уравнения движения поезда по интервалам скоростей движения:

 

,

 

где S_П – путь подготовки тормозов к действию, м; S_Д – действительный тормозной путь, м; V₀ – скорость локомотива в начальный момент тормо­жения, км/ч; V₀ = V_КОНСТР.; V₀, V_К – начальная и конечная скорости локо­мотива в принятом интервале скоростей движения, км/ч; ξ – замедление по­езда в км/ч² под действием замедляющей силы в 1 кгс/тс (для электровозов – 107 км/ч², тепловозов – 114 км/ч², электропоездов – 119 км/ч² ); b_Т – удельная тормозная сила при средней скорости в каждом интервале, кг/тс; ω_X – основное удельное сопротивление движению локомотива на холостом ходу при средней скорости в каждом интервале, кгс/тс; i_Р – приведенное значение уклона, ‰; t_П – время подготовки тормозов к действию, с.

Для одиночно следующего грузового локомотива

 

;

 

для пассажирского локомотива с пневматическими тормозами

 

;

 

для пассажирского и грузового локомотива с электропневматическими тормозами

 

.

 

В формулах (4.1), (4.2), (4.3) и (4.4) значения принимаются для спусков со знаком «-», значение удельной тормозной силы в формулах (4.2), (4.3) и (4.4) определяется при скорости, равной V_КОНСТР.

Средняя удельная тормозная сила

 

,

 

где ϑ_Р – расчетный тормозной коэффициент; φ_К – расчетный коэффи­циент трения тормозной колодки.

Для стандартных чугунных колодок

 

;

 

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

 

;

 

для композиционных колодок

 

,

 

где V_СР – средняя скорость в расчетном интервале, км/ч.

При определении S_П, в формулах (4.6), (4.7), (4.8) V_СР – V_КОНСТР.

Основное удельное сопротивление движению локомотива на холостом ходу по звеньевому пути

 

.

9. Дана оценка корректности способу расчета длин тормозных путей грузовых поездов с использованием времени подготовки тормозов к действию.

 

Правила тяговых расчетов (ПТР) предписывают расчет длин тормозных путей двумя способами: с использованием времени подготовки тормозов к действию (п.1.3.6. [1]) и по интервалам времени (метод ВНИИЖТ – табл.8-11 [1]). Рассмотрим корректность методики расчета тормозных путей первым способом.

При расчете тормозного пути с использованием времени подготовки тормозов к действию, постепенное увеличение расчетного тормозного коэффициента р условно заменяют мгновенным скачком, происходящим через tп, называемое временем подготовки тормозов к действию. Считается что, в течение tп скорость движения поезда равна скорости в начале торможения V0, а тормозные средства не работают (р = 0). Соответственно путь, проходимый поездом за tп, именуют подготовительным тормозным путем Sп. По истечению tп и до конца торможения тормозную силу поезда определяют исходя из установившегося значения р при полном нажатии тормозных колодок. Путь, проходимый поездом с момента tп и до окончания торможения, называют действительным путем торможения Sд. Таким образом, полный тормозной путь Sт определяется по формуле

Sт = Sп + Sд.     (1)

Подготовительный тормозной путь (м) определяется через скорость в начале торможения V0 (км/ч) и время подготовки тормозов к действию tп (сек)

Sп = 0.278 V0 tп.     (2)

Расчет времени подготовки тормозов к действию выполняется по формуле

     (3)

где aSп и bSп – коэффициенты формулы, зависящие от количества осей в составе или типа тормозов;

iс – удельное сопротивление от спрямленного (в профиле и плане) уклона, кгс/т (≈ ‰);

р – расчетный тормозной коэффициент поезда (принимается для случая экстренного торможения), тс/т;

φкр – расчетный коэффициент трения колодки о колесо при наибольшей скорости (V0).

 

Расчетный коэффициент трения определяется по формуле

     (4)

где Aкр, Bкр, Cкр, Dкр и Eкр – коэффициенты формулы расчетного коэффициента трения.

10. Номограммы длин тормозных путей (рис. 9.7) предварительно рассчитываются на ЭВМ численным интегрированием уравнения движения поезда, рассмотренным выше, и позволяют графически решать ряд следующих задач, связанных с торможением:

• определение длины тормозного пути по известным значениям расчетного тормозного коэффициента и скорости движения;

• определение необходимого расчетного тормозного коэффициента по заданным длине тормозного пути и скорости движения;

• определение допустимой скорости движения по установленным длине тормозного пути и расчетному тормозному коэффициенту;

• определение наибольшего значения спуска по известным расчетному тормозному коэффициенту, скорости движения и длине тормозного пути.

Большинство из приводимых в различных источниках номограмм (особенно относящихся к чугунным колодкам) рассчитывали для составов, имеющих до 200 осей. Однако их можно использовать и для расчета тормозного пути более длинных грузовых поездов. При этом расчетные коэффициенты при количестве осей до 300 и 400 уменьшаются соответственно на 10 и 15%.

Если необходимо определить тормозной путь поезда на подъеме (до 10%о) с помощью номограмм, то нужно найти два его значения для заданных условий движения: на площадке и спуске, численно равном значению подъема. Затем вычесть из второго первый и полученную разницу вычесть из тормозного пути на площадке. В том случае, когда оценку тормозных характеристик требуется выполнить для промежуточных уклонов или скоростей, она производится для ближайших больших и меньших значений этих параметров и полученные результаты усредняются.

По номограммам для ЭТ можно находить тормозные пути при ПСТ, если уменьшить расчетный тормозной коэффициент поезда на 20 %.

Для снижения вероятности ошибки при графическом решении тормозных задач в последнее время номограммы заменяют таблицами, в которых расчетный тормозной коэффициент представлен с шагом 0,05, а скорость движения — 5 км/ч. Пример начала и конца такой таблицы (табл. 9.4) для определения длины тормозного пути приведен ниже [1].

В связи с большим количеством отличий в условиях торможения, таких, как категория поезда, тип используемых тормозных колодок, вид применяемых тормозов, величина уклона и т.д., полный набор номограмм для всех случаев подготовить весьма проблематично. Это ограничивает возможности их применения.

Доступность и высокий уровень развития вычислительной техники в настоящее время позволяют по разработанным программам расчета тормозного пути методом численного интегрирования по интервалам времени легко решить любую тормозную задачу. Ранее этот метод применялся как контрольный и наиболее универсальный для проверки точности расчетов, сделанных с помощью других методов.

Таблица 9.4

Длина тормозного пути грузового поезда, »=0 %•

V, км/ч	Расчетный тормозной коэффициент
	0,1	0,15	0,2	0,25	0^8	0,3	033	035	0,4	0,45	03	035	0,6
10	38	32	29	27	26	26	25	25	24	24	23	23	23
15	74	60	52	48	46	45	43	42	41	40	39	38	37
120	530	380	298	247	225	212	196	186	167	151	139	129	120

11. 4,1, При невозможности обеспечения единого наименьшего тормозного нажатия в соответствии с данными таблицы 1 разрешается пропускать или отправлять поезда в случаях, указанных в пп. 4.2 и 4.3, при тормозном нажатии не менее приведенного в таблице 2 настоящих Норм.

4.2. В случае снижения тормозного нажатия поездов менее требуемого согласно таблице 1 настоящих Норм вследствие выключения в пути следования неисправных автотормозов у отдельных вагонов разрешается пропускать поезда до первой станции, где имеется пункт технического обслуживания вагонов.

4.3. Если указанные в таблице 1 настоящих Норм наименьшие тормозные нажатия не могут быть обеспечены, разрешается отправлять поезда в следующих случаях:

пассажирские поезда — при включении в них пассажирских вагонов длиной менее 20,2 м, вагонов служебно-технического назначения, а также вагонов, занятых багажом и грузобагажом;

грузо-пассажирские поезда — при постановке в них груженых грузовых вагонов сверх определенной нормы при включенных автотормозах у всех вагонов;

грузовые поезда с составом из порожних вагонов длиной до 350 осей — при наличии в них вагонов с весом тары более 26 тс и величиной нажатия тормозных колодок на ось по п. 7 таблицы 3 настоящих Норм при включенных автотормозах всех вагонов;

грузовые поезда — при наличии в составах специального подвижного состава с выключенными автотормозами или с пролетной магистралью, вагонов с разрядными грузами, пассажирских вагонов с выключенными автотормозами в соответствии с порядком, установленным МПС России;

грузовые поезда с составами, сформированными из вагонов хоппер-дозаторов;

грузовые сборные, вывозные, передаточные и хозяйственные поезда.

4.4. При тормозном нажатии на 100 тс веса поезда или состава, превышающем значение, указанное в таблице 2, но менее значения, приведенного в таблице 1 настоящих Норм, максимальная скорость движения поездов по пп. 4.2 и 4.3, указанная в таблице 1 настоящих Норм (без скобок), должна быть уменьшена:

— для грузовых, рефрижераторных и хозяйственных поездов на 2 км/ч на каждую недостающую тонну тормозного нажатия по сравнению с данными таблицы 1;

— для пассажирских, рефрижераторных, обращающихся со скоростями более 90 км/ч, и грузо-пассажирских поездов на 1 км/ч для руководящих спусков до 0,006 включительно и на 2 км/ч для руководящих спусков круче 0,006 до 0,015 включительно на каждую недостающую тонну тормозного нажатия по сравнению с данными таблицы 1 настоящих Норм.

Определенную таким образом не кратную 5 км/ч скорость округлять до кратного пяти ближайшего меньшего значения скорости.

4.5. Для пассажирских поездов, обращающихся со скоростями более 120 км/ч, в случае отказа электропневматического тормоза в пути следования установление допускаемой максимальной скорости движения производить указанным в п. 4.4 порядком с уменьшением в соответствии с п. 2.2 настоящих Норм максимальной скорости поезда.

12. ОПРОБОВАНИЕ И ПРОВЕРКА ТОРМОЗОВ В ПОЕЗДАХ С ЛОКОМОТИВНОЙ ТЯГОЙ

9.1. Общие положения

9.2. Полное опробование тормозов

9.3. Сокращенное опробование тормозов

9.4. Проверка автотормозов в грузовых поездах

9.5. Опробование автотормозов в поездах с составом из недействующих локомотивов и вагонов моторвагонного подвижного состава

9.6. Проверка действия тормозов одиночно следующего локомотива

Полное опробование автоматических тормозов в поездах производить:

— на станциях формирования и оборота перед отправлением поезда;

— после смены локомотива;

— на станциях, разделяющих смежные гарантийные участки следования грузовых поездов, при техническом обслуживании состава без смены локомотива;

— на станциях, предшествующих перегонам с затяжными спусками, где остановка поезда предусмотрена графиком движения; перед затяжными спусками крутизной 0,018 и более полное опробование производить от локомотива с выдержкой автотормозов в заторможенном состоянии в течение 10 мин. Перечень таких станций устанавливает начальник дороги. При определении затяжных спусков надлежит руководствоваться следующими значениями:

Крутизна	Протяженность
от 0,008 до 0,010	8 км и более
более 0,010 до 0,014	6 км и более
более 0,014 до 0,017	5 км и более
более 0,017 до 0,020	4 км и более
0,020 и круче	2 км и более

Затяжные спуски крутизной 0,018 и более считаются крутыми затяжными.

9.2.2. Полное опробование электропневматических тормозов производится на станциях формирования и оборота пассажирских поездов от стационарных устройств или локомотивов.

9.2.3. Полное опробование тормозов пассажирских поездов. Перед проведением полного опробования тормозов проверить целостность тормозной магистрали поезда и убедиться в свободности прохождения сжатого воздуха по ней. Для этого осмотрщик вагонов хвостовой группы обязан известить машиниста локомотива по парковой связи или радиосвязи о начале проведения проверки и с соблюдением личной безопасности открыть последний концевой кран хвостового вагона, а после срабатывания ускорителей экстренного торможения воздухораспределителей вагонов закрыть его. Проверку целостности тормозной магистрали производить при полностью заряженной тормозной сети поезда.

При срабатывании автотормозов локомотива машинист обязан протянуть ленту скоростемера и произвести ступень торможения снижением давления в уравнительном резервуаре на 0,5—0,6 кгс/см². После окончания выпуска воздуха из магистрали через кран машиниста произвести отпуск автотормозов и зарядку тормозной сети поезда, сообщив о результатах проверки осмотрщику вагонов головной группы.

В поезде, в составе которого более трети вагонов с тормозами западноевропейского типа, проверку целостности тормозной магистрали производить следующим порядком. После сообщения осмотрщика вагонов о начале проверки и открытии концевого крана хвостового вагона машинист должен перевести ручку крана машиниста в III положение. После срабатывания автотормозов локомотива, снижения давления в тормозной магистрали и уравнительном резервуаре ручку крана машиниста перевести в IV положение. Затем машинист обязан протянуть ленту скоростемера, произвести отпуск автотормозов и зарядить тормозную сеть поезда, сообщив о результатах проверки осмотрщику вагонов головной группы.

После полной зарядки тормозной сети поезда до установлен­ного давления машинист и осмотрщик вагонов обязаны проверить плотность тормозной сети поезда.

Для проверки плотности тормозной сети в пассажирском поезде необходимо перекрыть комбинированный кран или кран двойной тяги и по истечении 20 с после перекрытия крана замерить падение давления в тормозной магистрали; снижение давления допускается не более чем на 0,2 кгс/см² в течение 1 мин или 0,5 кгс/см² в течение 2,5 мин.

Проверить действие электропневматических тормозов при выключенном тумблере дублированного питания проводов № 1 и 2. После зарядки тормозной сети поезда до установленного давления включить источник электрического питания — должна загореться сигнальная лампа "О". По сигналу осмотрщика вагонов выполнить ступень торможения постановкой ручки крана машиниста в положение VЭ до получения давления в тормозных цилиндрах локомотива 1,0—1,5 кгс/см², а затем перевести ручку крана в IV положение. При тормозном положении ручки крана машиниста на световом сигнализаторе или пульте машиниста должна загореться лампа "Т" и напряжение источника питания должно быть не ниже 40 В, а при переводе ручки крана в положение перекрыши эта лампа должна погаснуть и загореться лампа "П". Осмотрщики обязаны проверить действие элекропневматических тормозов во всем поезде и убедиться в их нормальной работе.

После этого по сигналу осмотрщика "Отпустить тормоза" машинист обязан выключить тумблер цепи питания электропневматических тормозов, оставив ручку крана машиниста в положении перекрыши. Через 15 с, когда произойдет отпуск тормозов в поезде, включить тумблер цепи питания электропневматических тормозов, после чего осмотрщики должны проверить отпуск тормозов у всех вагонов и сообщить машинисту об окончании проверки. Затем машинист обязан перевеет ручку крана машиниста в поездное положение, зарядить тормозную сеть поезда и выключить источник питания электропневматических тормозов. При опробовании электропневматических тормозов от переносных или стационарных устройств выполняют такие же операции, как при опробовании от локомотива, с питанием тормозной магистрали сжатым воздухом постоянного зарядного давления.

Допускается проверка действия электропневматических тормозов в автоматическом режиме повторных ступеней торможения и отпуска от стационарного пульта без разрядки тормозной магистрали. В этом случае в процессе проверки осмотрщиками полного отпуска в цепь питания электропневматических тормозов подается напряжение перекрыши, отключаемое по окончании проверки.

После полного опробования электропневматических тормозов проверить действие автоматических тормозов по сигналу осмотрщика после полной зарядки тормозной сети.

Для проверки автотормозов на чувствительность к торможению необходимо снизить давление в уравнительном резервуаре за один прием на 0,5—0,6 кгс/см². После снижения давления в уравнительном резервуаре на указанную величину ручку крана машиниста перевести в положение перекрыши с питанием. При таком снижении давления все автоматические тормоза в поезде должны прийти в действие и самопроизвольно не отпускать до момента их отпуска краном машиниста.

Осмотрщики не ранее чем через 2 мин после произведенного торможения обязаны проверить состояние и действие тормозов по всему поезду у каждого вагона и убедиться в их нормальной работе на торможение по выходу штоков тормозных цилиндров и прижатию колодок к поверхности катания колес.

По окончании проверки действия на торможение отпустить автотормоза переводом ручки крана машиниста в поездное положение.

Осмотрщики должны проверить отпуск тормоза у каждого вагона по уходу штока тормозного цилиндра и отходу колодок от колес.

Все выявленные неисправности тормозного оборудования на вагонах должны быть устранены и действие тормозов у этих вагонов вновь проверено.

9.2.4. Полное опробование автоматических тормозов грузовых и грузопассажирских поездов.

Перед началом проведения полного опробования автотормозов проверить целостность тормозной магистрали поезда и убедиться в свободности прохождения сжатого воздуха по ней. Для этого осмотрщик вагонов хвостовой группы по парковой связи или радиосвязи обязан известить машиниста локомотива о начале проведения проверки, а затем, соблюдая технику безопасности, открыть последний концевой кран хвостового вагона и по истечении 8—10 с закрыть его.