Литература / Тормозные системы ЖД транспорта - Э.И. Галай, Е.Э. Галай

260	7 СИЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА ТОРМОЗОВ И АРМАТУРА

Pпр – усилие предварительного сжатия оттормаживающей (отпускной) пру-

	жины, Н;
lш – максимальный ход поршня, м;
жпр	– жесткость оттормаживающей пружины, Н/м;
Qар	– усилие пружин авторегулятора, приведенное к штоку поршня, Н.
Для вагонов с р ы ч а ж н ы м приводом авторегулятора (рисунок 7.10, а)
		b			c		d + e
	Q	= F		−				,	(7.2)
					a		d
	ар	пр a
где	Fпр – усилие пружины авторегулятора, Н;

a, b, c, d, e – размеры плеч горизонтального рычага и привода авторегулятора, м.

а)

1 2

c a b

б)

1

a

b

3

Рисунок 7.10 – Размещение авторегулятора с рычажным (а) и стержневым (б) приводами на ТРП вагонов:

1 – авторегулятор; 2 – рычаг привода; 3 – стержень привода

Для вагонов со с т е р ж н е в ы м приводом авторегулятора (рисунок

7.10, б)

7.2 Тормозная рычажная передача

261

Q	ар	= F	b	.	(7.3)
		пр	a

Расчетное тормозное нажатие уменьшается от воздействия возвратной пружины авторегулятора, которое не зависит от величины давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре. При композиционных колодках на порожнем режиме воздухораспределителя сила нажатия при стержневом приводе может уменьшаться на 30–50 %.

Рычажный привод уменьшает силу нажатия тормозных колодок значительно меньше.

7.2 Тормозная рычажная передача

Назначение. Для передачи усилия от штока тормозного цилиндра и распределения его между фрикционными элементами служит механическая система рычагов и тяг – тормозная рычажная передача (ТРП). На большинстве грузовых и пассажирских вагонов, имеющих один тормозной цилиндр, конструкция ТРП зависит от количества тормозных колодок, действующих на колесо.

Обеспечение непосредственного нажатия штока тормозного цилиндра на фрикционные элементы во многих случаях невозможно по конструктивным соображениям. Таким образом, необходимость введения ТРП продиктована функциональными и конструктивными особенностями тормозной системы.

Тормозные рычажные передачи большинства вагонов и локомотивов бывают с одно- и двухсторонним нажатием колодок на колесо (см. рисунок

7.2).

Преимущества двухстороннего нажатия:

–колесная пара не испытывает выворачивающего действия;

–меньше величина нажатия тормозной колодки, поэтому меньше ее износ и больше коэффициент трения;

–возможность более полной реализации запаса по сцеплению, особенно для вагонов с большой осевой нагрузкой;

–меньшая длина тормозного пути полногрузных вагонов.

Недостатки двухстороннего нажатия:

–относительная сложность и большой вес тормозной рычажной передачи;

–больший нагрев колес (на 10–15 % из-за худших условий теплоотвода).

Сприменением композиционных колодок, имеющих больший коэффициент трения и, соответственно, меньшую силу нажатия, недостатки одностороннего нажатия уменьшаются.

2627 СИЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА ТОРМОЗОВ И АРМАТУРА

Всостав ТРП входят: горизонтальные и вертикальные рычаги, продольные тяги, затяжки (распорки), тяги ручного привода тормоза, башмаки, подвески и тормозные колодки, триангели или траверсы и предохранительные устройства.

Процесс перемещения рычагов и тяг в ТРП грузового или пассажирского

вагона происходит примерно за 0,5 с, пока в тормозном цилиндре не образуется скачковое давление около 0,04 МПа (0,4 кгс/см2), необходимое для преодоления усилия пружин, имеющихся в составе передачи, и для перемещения тормозных колодок и прижатия их к фрикционной поверхности колес.

Передаточное отношение и передаточное число являются характери-

стиками тормозной рычажной передачи.

Передаточное отношение – это силовая характеристика, представляющая собой отношение суммы сил нажатия тормозных колодок, приводимых в действие от одного цилиндра, к силе, которая образуется по его штоку:

	i =	Km	,	(7.4)
		P
		ш

где К – сила нажатия одной тормозной колодки;

m – число колодок, действующих от одного цилиндра.

Передаточное число – геометрическая характеристика рычажной передачи. Она определяется по принятой схеме ТРП из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов:

n = m

ПlI

cos α ,

(7.5)

б ПlII

где mб – число пар колодок – триангелей или траверс, действующих от од-

ного тормозного цилиндра. У многоцилиндровых передач, в которых отсутствуют триангели или поперечные траверсы, mб прини-

мается равным числу колодок;

ПlI – произведение длин ведущих плеч рычагов от штока тормозного ци-

линдра до колесной пары;

ПlII – произведение длин ведомых плеч рычагов;

α – угол действия силы К прижатия тормозной колодки относительно горизонтальной оси колеса. Для вагонов принимают α = 0 или α = 10 °, для локомотивов – до 30 °.

Сила нажатия всех тормозных колодок на единице подвижного состава, как правило, принимается одинаковой, поэтому при расчете суммарного пе-

7.2 Тормозная рычажная передача

263

редаточного числа для колодок, действующих от одного тормозного цилиндра, учитывают длину рычагов до ближайшей к цилиндру тормозной колодки или пары колодок. Длина рычагов принимается с учетом их проектного наклона относительно тяг.

Поскольку величина передаточного отношения и геометрической характеристики вытекает из принятой схемы ТРП, то обычно принимают i = nηм ,

и КПД рычажной передачи равен частному от деления передаточного отношения i на передаточное число n:

	ηм =	i	,	(7.6)
		n

где ηм – механический КПД рычажной передачи. Учитывает потери на тре-

ние в шарнирах.

На рисунке 7.10 видно, что колодки подвешены ниже средней линии (горизонтали) колеса. Такая схема принята для одноцилиндровых тормозных систем грузовых и некоторых типов пассажирских вагонов, в частности, на тележках ЦМВ.

Размещение колодки ниже горизонтальной оси колеса способствует её самопроизвольному отходу от поверхности катания после снятия силы прижатия. Благодаря этому должен предотвращаться клиновой износ колодок в тормозных рычажных передачах, не имеющих автоматических регуляторов хода поршня.

ВТРП железнодорожного подвижного состава передаточное отношение

iи передаточное число n отличаются на величину КПД передачи. Передаточное число ТРП определяется в зависимости от длины ведущих и ведомых плеч рычагов, которая определяется по месту приложения силы от штока тормозного цилиндра. Размещение рычагов и точек их поворота определяется схемой конструктивного размещения ТРП на элементах тележки.

Рычаги бывают первого и второго рода (рисунок 7.11).

При определении передаточного числа для пары колодок, объединенных траверсой или триангелем, или для одинарной колодки остальные колодки считаются прижатыми. Это позволяет установить центр поворота рычага и длину ведомого и ведущего плеч. Поскольку загрузка вагона или вес локомотива равномерно распределяются между осями экипажа, то передаточное число ТРП для всех осей одинаково. Таким образом, передаточное число рычажной передачи четырехосного грузового вагона с односторонним нажатием

264 7 СИЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА ТОРМОЗОВ И АРМАТУРА

			n = 4	а		в+ г		cos α,	(7.7)
				б
						г
где а, б – ведущее и ведомое плечи горизонтальных рычагов;
в, г – то же вертикальных рычагов.
а)			б)							в)
			ТЦ						ТЦ
I
l									ТЦ
								I		I
								l		l
II			II						I
l			l						l

Рисунок 7.11 – Схема расположения ведущих и ведомых плеч рычагов различных видов:

а – рычаг первого рода; б, в – рычаги второго рода;

lI – ведущее плечо (со стороны тормозного цилиндра); lII – ведомое плечо (со стороны колодок)

У пассажирских четырехосных вагонов распределение ведущих и ведо-

мых плеч другое, поэтому передаточное число при одноцилиндровой системе

n = 8	а		в	cos α.	(7.8)
	б
			г

Оптимальная величина передаточного числа ТРП зависит от ряда факторов. При её выборе руководствуются следующими соображениями:

–при большом n, имея заданную величину силы нажатия К и величину давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах, можно применять цилиндры меньшего диаметра и уменьшить вес тормозного оборудования;

–в то же время при большом n увеличивается ход поршня тормозного цилиндра или должен быть уменьшен зазор между колодками и колесами, а также ухудшаются условия регулировки рычажной передачи по мере износа колодок.

В грузовых вагонах нормальный выход штока 75–125 мм при чугунных

колодках и 50–100 мм – при композиционных. У пассажирских величина вы-

7.2 Тормозная рычажная передача

265

хода штока – 130–160 мм независимо от типа колодок. При величине зазора между колодками и колесом 6–8 мм и коэффициенте зазора в шарнирах Б = 1,7 … 2,2 рациональное передаточное число ТРП грузовых вагонов при чугунных колодках – 6–12 и композиционных – 4–10. У пассажирских вагонов n = 7 … 14, а с секционными чугунными колодками – до n = 16.

Особенность непрямодействующих тормозов пассажирского подвижного состава заключается в том, что величина давления в тормозных цилиндрах зависит от выхода штока. У грузовых вагонов такая зависимость наступает только при глубокой (экстренной) разрядке тормозной магистрали.

Поскольку передаточное число ТРП и ведущие плечи горизонтальных рычагов при композиционных колодках меньше, чем при чугунных, то выход штока при нормальном зазоре между колодками и колесами также будет меньше. Следовательно, давление в тормозном цилиндре будет выше, чем при чугунных колодках, что может привести к заклиниванию колесных пар. Поэтому в тормозных цилиндрах пассажирских вагонов искусственно завышают объем рабочей полости на l = 70 мм, надевая на шток поршня хомут, который не дает возможности поршню при отпуске тормоза переместиться до упора в заднюю стенку цилиндра. Таким образом, увеличивается объем рабочей полости цилиндра. В связи с тем, что в свободном пространстве цилиндра остается воздух атмосферного давления, при торможениях с композиционными колодками это приводит к завышению давления примерно на 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) в тормозном цилиндре (рисунок 7.12).

Максимальные значения n и i зависят, в первую очередь, от числа колодок, действующих от данного тормозного цилиндра, осевой нагрузки колеса и коэффициента трения колодки. Для грузовых поездов важным оказывается длительность непрерывного торможения, поскольку этим определяется нагрев колесной пары и износ фрикционного элемента.

а)

a	a1	l			l
б	б1

Рисунок 7.12 – Увеличение рабочей полости тормозного цилиндра за счет хомута на поршне (а1 < а; б1 > б):

а – при чугунных колодках; б – при композиционных колодках

266	7 СИЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА ТОРМОЗОВ И АРМАТУРА

Рессорное подвешивание вагона оказывает влияние на конструкцию сопряжения тормозных башмаков с траверсой или триангелем.

Тормозная колодка пассажирского вагона связана с подрессоренной частью тележки и при движении колеблется относительно колеса, поэтому она закрепляется на башмаке, допускающем поворот относительно траверсы.

Характеристика ТРП вагонов на дорогах Западной Европы. На за-

падноевропейских железных дорогах тормозную рычажную передачу принято характеризовать геометрическим передаточным числом n, диапазоном

рычажной передачи wр , коэффициентом усиления wу и КПД ηм . Усилие по штоку – Pшт , а суммарная сила нажатия тормозных колодок от одного тормозного цилиндра – ∑K .

Работа тормозной передачи связана с потерями на внешнее трение в шарнирных соединениях рычагов и тяг, с преодолением сопротивления пружинных элементов, а также упругим гистерезисом всей рычажной передачи. Поэтому можно записать:

∑K = Pшnηм .				(7.9)
Диапазон рычажной передачи		nmax
w	=
p		nmin

подсчитывается при схемах передачи, имеющей механический переключатель передаточного числа. Обычно величина wp составляет от 2 до 3. Пере-

ключение производится в зависимости от загрузки вагона. Коэффициент усиления рычажной передачи

w	= ∑K		= nη	м	(7.10)
у		Pш

показывает, во сколько раз суммарная сила нажатия тормозных колодок больше усилия по штоку тормозного цилиндра.

Из уравнения (7.9) можно определить КПД рычажной передачи:

ηм =	∑K .	(7.11)
	Pшi

При движении транспортного средства КПД больше, чем на стоянке. В частности, западноевропейские расчеты предусматривают, что при движении

7.2 Тормозная рычажная передача

267

чаще всего ∑К = 98∑K д . Значение КПД зависит от окружающей среды.

Например, при низких температурах КПД рычажной передачи в значительной степени уменьшается.

Документами, которые регламентируют работу тормозов подвижного состава железных дорог в Западной Европе, установлена расчетная величина КПД рычажной передачи. Памятка Р544-8 рекомендует при расчетах использовать величину ηм = 0,92 для четырехосных вагонов с двухсторонним

нажатием на колеса и ηм = 0,94 – для двухосных вагонов. КПД тормозного цилиндра определено как ηц = 0,98. Этими же документами установлена

рабочая величина хода поршня для колодочных тормозов при чугунных колодках 125 мм, минимальная – 75 мм, а максимальная – 135 мм.

Тормозная рычажная передача грузовых вагонов. В настоящее время на грузовых вагонах Белорусской железной дороги применяется одностороннее нажатие тормозных колодок на колесо (рисунок 7.13).

	Нормальный отход колодок от поверх-
	ности катания колес без применения авто-
	регулятора выхода штока зависит от углов	γ
	наклона элементов рычажной передачи.
	Угол α – угол наклона колодки – принят	β
	10°; угол β между линией наклона и лини-	α
	ей, соединяющей центр башмака и точку
	крепления подвески, – рациональная вели-
	чина 90°; угол γ характеризует условия
	отвода колодок от поверхности катания	Рисунок 7.13 – Схема односторон-
	колес.	него нажатия колодки на колесо
	Такая конструкция дает возможность уп-

ростить рычажную передачу, однако способствует ускоренному износу тормозных колодок по сравнению с двухсторонним нажатием. Применение композиционных колодок, обладающих высокой износостойкостью, в значительной мере компенсирует этот недостаток. В то же время одностороннее нажатие не позволяет значительно увеличить тормозную эффективность. В результате грузовые вагоны с односторонним нажатием обеспечивают длину тормозного пути значительно большую, чем вагоны с двухсторонним нажатием колодок на колеса. Это связано с прочностью и износостойкостью колодок, в частности, для получения такой же тормозной эффективности при одностороннем нажатии, как и при двухстороннем, требуется нажатие в 2,2–2,5 раза большее. Допустимое давление на чугунную колодку – 130 Н/см2, а композиционную – 90 Н/см2. При большем давлении

268	7 СИЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА ТОРМОЗОВ И АРМАТУРА

происходит ненормальный быстрый износ колодок и повреждение поверхности катания колеса. Поэтому увеличить эффективность тормозов грузовых вагонов с большой осевой нагрузкой при одностороннем нажатии без значительных изменений тормозной системы и применении колодок с повышенным коэффициентом трения не представляется возможным.

Всостав рычажной передачи грузового вагона (рисунок 7.14) входят следующие элементы: горизонтальные рычаги 11 – один, связанный со штоком 7 тормозного цилиндра и с тягой 6 через авторегулятор 12 в передней части рычажной передачи, и второй, шарнирно закрепленный к кронштейну «мертвой» точки на задней крышке тормозного цилиндра и связанный с тягой, ведущей к тормозным колодкам второй тележки. Горизонтальные рычаги 11 шарнирно соединены между собой затяжкой 10. От места расположения затяжки относительно тормозного цилиндра (плечи а и б) зависит передаточное число ТРП, поскольку этим определяется длина ведущего и ведомого плеч горизонтальных рычагов. Устанавливая затяжку 10 на нижние отверстия 9 горизонтальных рычагов, получаем передаточное число ТРП, рассчитанное для чугунных колодок, а при установке затяжки на верхние отверстия 8 передаточное число окажется меньше в расчете на композиционные колодки.

Всостав одной из тяг, к которым прикреплены горизонтальные рычаги, входит автоматический регулятор 12 выхода штока, соединенный с вертикальным рычагом 14 на одной из тележек вагона.

К вертикальным рычагам 4 и 14, имеющим плечи в и г, прикреплены триангели с тормозными башмаками и колодками. Нижние концы вертикальных рычагов шарнирно соединяются при помощи затяжек (распорок) 20.

Большое внимание уделяется предохранению деталей рычажной передачи от падения. В частности, тормозные колодки 2 с башмаками 3 и 16 шарнирно закреплены на раме тележки подвесками 15, имеющими шарнирное соединение 1. Распорка 20 шарнирно соединена с нижними концами вертикальных рычагов 4 и 14, причем она имеет по концам несколько отверстий, что обеспечивает возможность регулирования расстояния между колодками 2

иколесами по мере износа колодок. Кроме того, распорка рассчитана на колеса разного диаметра. От падения в случае нарушения шарнирного соединения ее предохраняют скобы 19, закрепленные на швеллерных балках триангелей.

Вертикальные рычаги 4 и 14, сдвоенные в верхней части, закрепляются серьгами 5, имеющими различную длину в зависимости от наклона сдвоенных рычагов, соединенных валиками 13 и распоркой 18 балки триангеля 22 со стрункой 21.

		7.2 Тормозная рычажная передача						269
1	15
2	3	5			6		7	8
	4
								9
								11
	22			13	l
	21					12	11	10
а)				14
					15
	20 19 18				2
			17
			16
б)				7
						8
					а
			23			9
	5	6			б			5
	4	14	12		11 10 11 г		в

20 15 16

Рисунок 7.14 – Рычажная передача четырехосного вагона:

а– конструкция рычажной передачи тележки и тормозного цилиндра;

б– схема рычажной передачи четырехосного грузового вагона

Рычаг 23 привода авторегулятора 12 прикреплен к раме вагона.

Башмаки 3 и 16 жестко насажены на наконечники триангелей. Такое соединение возможно на тележках, на которых подвески закреплены на неподрессоренных частях рамы тележки. От падения в случае обрыва триангели предохраняются постановкой угольников 17.

Горизонтальные и вертикальные рычаги, работающие на изгиб, выполнены двойными, благодаря чему увеличивается их изгибная прочность. Кроме того, в промежутках между щеками рычагов размещены головки што-