1.Образование тормозной силы при колесно-колодочном торможении
При нажатии тормозной колодки силой АТ(рис. 4.6) на колесо колесной пары подвижного состава между ними возникает сила трения фкА", где фк—коэффициент трения колодки о колесо. Приложим к центру колеса О две силы фк/Г, равные по величине силе трения колодки о колес, но противоположно направленные. Эти две силы взаимно уравновешиваются и не могут изменить положение системы (см. рис. 4.6).
Сила фкАГ, направленная из центра колеса вверх, будет уравновешиваться реакцией R, возникающей на колодке и передаваемой через элементы тележки на колесо. Одновременно реакция R и сила фкА" создают дополнительный момент, который разгружает колесо при торможении. Заменим пару сил, отмеченных на рис. 4.6, с моментом Мт, парой сил ВиВ1с моментом МВВ1, равным по величине МТ, т.е.
mt=MBBV
Из рис. 4.6 следует, что Вj, приложенная в точке Л касания колеса и рельса, — это сила, с которой колесо действует на рельс при торможении:
Рис. 4.6. Схема образования тормозной силы при колесно-колодочном торможении
Момент, создаваемый парой сил Мвт, стремится сдвинуть точку А колеса вправо, но сила сцепления колеса с рельсом, действующая в результате прижатия колеса к рельсу силой П, удерживает колесо (т. А) от скольжения вправо. При отсутствии скольжения по III закону Ньютона в точке А контактной площадки возникает реактивная сила Вт, с которой рельс действует на колесо при торможении, т.е.
а железных дорогах России применяются три типа колодок: стандартные чугунные, из высокофосфористого чугуна (с содержание фос-форадо 1,4%) и композиционные марки 8-1-66. На рис. 4.7 представлены результаты испытаний по определению зависимости коэффициента трения фк от скорости движения для вышеперечисленных типов колодок. С ростом скорости коэффициент трения уменьшается. Аналогичная картина наблюдается при увеличении силы нажатия А" колодки на колесо. С увеличением скорости и удельного нажатия колодок количество тепла, выделяемое при трении колодки о колесо, возрастает, повышается температура металла колодки и колеса, поверхностный слой контактируемых поверхностей размягчается и становится более пластичным, что приводит к уменьшению тормозного эффекта.
Композиционные колодки марки 8-1 -66 изготавливают из асбесто-каучукового материала. Они обладают более высоким (в несколько раз по сравнению с чугунными) коэффициентом трения, особенно в зоне высоких скоростей (У> 120 км/ч). Износостойкость композиционных колодок примерно в три раза больше, чем чугунных. Однако применяемые колодки марки 8-1-66 имеют ряд серьезных недостатков: вследствие низкой теплопроводности асбестокаучукового материала возникает высокая температура (до 300 °С) нагрева колесных пар, что может привести к ослаблению бандажа и появлению термических микротрещин; в зимнее время может произойти обледенение поверхностей композиционных колодок и уменьшение значения коэффициента трения, как следствие, тормозной эффект при применении таких колодок резко снижается. Сила нажатия тормозных колодок. Безопасность движения подвижного состава зависит от величины тормозной силы. Основным способом обеспечения больших значений тормозной силы Вт является увеличение суммарной силы нажатия JKтормозных колодок. Однако силы нажатия UC и, соответственно, тормозные силы Вт ограничены условиями сцепления колес подвижного состава с рельсами. Для нормального торможения, когда работа тормозов сопровождается перекатыванием колес по рельсам (т.е. wK * 0), тормозная сила Вт в любой момент времени не должна превосходить силу сцепления колеса колесной пары с рельсами ТК2П. Если тормозная сила Вт превысит силу сцепления колесной пары с рельсами, то колеса колесной пары, заклиненные колодкой, начнут скользить по рельсам и их вращение прекратится,
2. Весовое регулирование. Соответствие между величиной тормозной силы и весом вагона в тормозах грузового типа достигается ручным переключением режимов торможения или применением на грузовых вагонах авторежимов, которые автоматически регулируют тормозное нажатие в зависимости от загрузки вагона. Воздухораспределитель грузового типа имеет три режима торможения: порожний, средний и груженный. Переключение режимов выполняется вручную в зависимости от загрузки вагона, приходящейся на ось.
Каждому режиму торможения соответствует определенное давление в тормозном цилиндре. (Табл. 5.1).
Автоматический регулятор режимов торможения (авторежим) позволяет избежать ошибки при установке требуемого режима торможения.
Корпус авторежима крепится к подрессоренной хребтовой балке вагона, а упор соприкасается с плитой, укрепленной на необрессоренной части тележки. По мере загрузки вагона расстояние между корпусом авторежима и опорной плитой уменьшается вследствие прогиба рессор вагона. Колебания кузова вагона не сказываются на давлении в тормозном цилиндре, так как демпфирующие пружины и дроссельное отверстие гасят колебания подвижной части авторежима (Подробнее об устройстве и работе авторежима см. главу 5).
Загрузку вагона можно оценить по положению клина амортизатора относительно фрикционной планки рессорного подвешивания вагона. Вагон считается порожним, если верхняя плоскость клина амортизатора находится выше фрикционной планки.
Скоростное регулирование тормозной силы. Изменение тормозной силы при уменьшении коэффициента сцепления при высоких скоростях движения сводится к увеличению нажатия на колодку за счет повышения давления в тормозном цилиндре. (Рис.1.5).
В процессе уменьшения скорости при торможении переключение с высокого нажатия (К2) на пониженное (К1) выполняется автоматически специальными скоростными регуляторами при достижении конкретной скорости перехода (например, при V=50 км/ч). Регулятор устанавливается на буксе колесной пары тележки. Регулирование тормозной силы осуществляется в случае применения полного торможения. При полных торможениях и малых скоростях движения величина тормозной силы может превысить значение силы может превысить значение силы сцепления Вс колеса с рельсом, что резко повышает вероятность заклинивания колесных пар.
Наличие в составе поезда разнотипных вагонов с различными значениями К делает расчет тормозной сипы с использованием формул 1.1. и 1.2. для определения коэффициентов трения весьма трудоемким. Для упрощения тормозных расчетов пользуются методом приведения, при котором действительные значения К и φк заменяются расчетными значениями К и φкр, а коэффициент трения определяется при одном, условно выбранном тормозном нажатии Ку, но при этом обеспечивалось бы равенство:
|
|
φк * К |
= |
φкр * Кр |
, |
|
|
откуда
Кр |
= |
φк |
* |
К |
|
|
( 1.6) |
φкр |
|
|
Значения Ку принимают: для чугунных колодок – 2.7 тс. для композиционных колодок – 1.6 тс. Подставляя значения Ку в формулы 1.1. и 1.2. получим значения расчетных коэффициентов трения соответственно для чугунных и композиционных колодок:
φкр |
= 0.27 |
V + 100 |
|
|
|
|
( 1.7 ) |
5V + 100 |
|
|
|
|
φкр |
= 0.36 |
V + 150 |
|
|
|
|
( 1.8 ) |
2V + 150 |
|
|
|
После подстановки значений φк и φкр в выражение 1.6. получим формулы для определения расчетных сил нажатия чугунных и композиционных колодок:
Кр |
= 2.22 К |
16К + 100 |
|
|
|
|
( 1.9 ) |
80К + 100 |
|
|
|
|
Кр |
= 1.22 К |
К + 20 |
|
|
|
|
( 1.10 ) |
4К + 20 |
|
|
|
Если в поезде используются тормоза с разными типами тормозных колодок (например, чугунными и композиционными), то необходимо привести расчетное нажатие к одной системе нажатий. Это приведение выполняют умножением величины нажатия на соответствующий коэффициент эффективности, которые зависят от скорости движения. Коэффициенты эффективности определяют исходя из равенства длины тормозного пути при действии колодок разного типа. На железных дорогах России за основную принята система расчетных значений нажатий чугунных тормозных колодок, для которых установлены все тормозные нормативы и действующие номограммы и таблицы зависимости тормозных путей от скорости начала торможения, удельных расчетных нажатий и крутизны уклонов.
3. Тормозное оборудование подвижного состава разделяется на пневматическое, приборы которого работают под давлением сжатого воздуха, и механическое - тормозная рычажная передача.Пневматическое тормозное оборудование по своему назначению делится на следующие группы:
Приборы, служащие для получения и хранения сжатого воздуха:
компрессоры;
главные резервуары.
Приборы управления тормозами:
поездные краны машиниста;
кран вспомогательного локомотивного тормоза;
разобщительный, комбинированный краны;
устройство блокировки тормозов;
регулятор давления.
Приборы торможения:
воздухораспределители;
запасные резервуары;
авторежимы;
тормозные цилиндры;
реле давления (повторители).
Воздухопроводы и арматура:
магистрали и отводы от магистралей;
воздушные фильтры;
разобщительные, концевые и трехходовые краны, стоп-краны;
обратные, переключательные. предохранительные и выпускные клапаны;
пылеловки и влаго-маслоотделители;
соединительные рукава.
Приборы контроля:
манометры;
ЭПК автостопа;
локомотивные скоростемеры;
пневмоэлектрический датчик контроля целостности тормозной магистрали;
датчики-реле давления;
сигнализаторы оттека тормозов.
Механическая рычажная передачи включает в себя следующие основные детали:
триангели или траверсы;
ертикальные и горизонтальные рычаги;
винтовые и гладкие тяги;
затяжки (распорки);
тормозные башмаки и колодки;
подвески и предохранительные скобы;
автоматические регуляторы.
4. Компрессор КТ6 двухступенчатый, трехцилиндровый с W-образным расположением, оборудован устройством для перехода на холостую работу при вращающемся коленчатом вале. Выпускаются модификации компрессоров КТ6, КТ6Эл и КТ7. Компрессоры КТ6 и КТ7 в основном применяются на тепловозах, снабжены разгрузочными устройствами, маслоотделителями и имеют привод через редуктор от главного вала дизеля. Индикаторные диаграммы (рисунок 5) работы компрессора показаны для ЦНД вверху и ЦВД внизу. На участке 1 – 2 (верхняя диаграмма) происходит всасывание воздуха в ЦНД, а на участке 2 – 3 – сжатие. Искривление в точке 1 объясняется сопротивлением всасывающего клапана при открывании. При движении поршня вверх на участке 2 – 3 воздух сжимается в цилиндре при закрытых клапанах. В точке 3 открывается нагнетательный клапан и на участке 3 – 4 воздух из ЦНД нагнетается в холодильник. Вид диаграммы для ЦВД такой же, только давление будет более высоким. Схема работы компрессора (рисунок 5) делится на три цикла: всасывание, первая ступень, сжатия и вторая ступень сжатия. В правом ЦНД происходит всасывание (желтый цвет) через фильтр и клапан 13 (нагнетательный клапан 12 закрыт), а в левом ЦНД – первая ступень сжатия (зеленый цвет) и нагнетание через клапан 2 (всасывающий клапан 1 закрыт) в холодильник. Воздух по трубе 3 поступает в верхний коллектор 4, оттуда по ребристым трубам 5 в нижний коллектор, затем по второму ряду ребристых труб 6 в камеру 7, сообщенную с полостью крышки 8 ЦВД. Такой же процесс происходит и во втором ЦНД. При движении вниз поршень ЦВД через клапаны 9 засасывает сжатый воздух из холодильника, при обратном ходе сжимает его и нагнетает через клапан 10 (синий цвет) в главные резервуары. Если давление в главных резервуарах повышается сверх установленного регулятором давления, то по трубопроводу 11 воздух из этого регулятора поступает к разгрузочным устройствам ЦНД и ЦВД (красный цвет), отжимает пластины всасывающих клапанов и ком-прессор работает вхолостую. Режим работы компрессора состоит их двух периодов: рабочего (подача воздуха, или ПВ) и холостого (работа на холостом ходу или остановка). При оптимальном режиме работы значение ПВ составляет 15 – 25%, при максимальном – 50%. Номинальная производительность компрессоров КТ6 и КТ7 равна 5,7 м3/мин при час-тоте вращения вала 850 об/мин, компрессора КТ6Эл – 2,75 м3/мин при 440 об/мин.
5. Определение расхода воздуха. Определите емкость ресивера; полностью заполните ресивер; подключите потребители сжатого воздуха; замерьте время, за которое давление падает в n раз от максимального уровня; рассчитайте расход воздуха по следующей формуле: Q = (V x n) x 60 / t (л/мин), где Q – расход воздуха, V – емкость ресивера, n – отношение максиального давления к минимальному (минимальное значение равно двум), t – время (сек).
2. Выбор компрессора на основе вычисленного расхода воздуха. Производительность компрессора определяется по формуле: A = (Q x k) / r (л/мин), где А - производительность компрессора, Q - расход воздуха, вычисленный по формуле в пункте 1, k - коэффициент равный: 1.6 - для полупрофессиональных компрессоров, 1.5 - для профессиональных компрессоров, 1.4 - для высоконагруженных и 1.2 - для роторных компрессоров, r - коэффициент эффективности компрессорной головки равный: 0.65 - для одноступенчатых головок “МК”, 0.75 - для двухступенчатых головок “ВК” и “BKV”, 1.0 - для роторных компрессоров.