Расчет давления воздуха в тормозном цилиндре при торможении. Оценка правильности выбора воздушной части тормоза. Выбор схемы тормозной передачи. Определение допускаемого нажатия тормозной колодки. Расчет передаточного числа рычажной передачи вагона.
Аннотация к работе
Автоматическими называются тормоза, которые при разрыве поезда или тормозной магистрали, а также при открытии стоп-крана из любого вагона автоматически приходят в действие вследствие снижения давления воздуха в магистрали. Давление в тормозных цилиндрах при торможении зависит от типа воздухораспределителя, величины снижения давления в тормозной магистрали, режима торможения у грузовых воздухораспределителей и загрузки вагона при наличии авторежима. Для воздухораспределителей грузового типа давление в тормозных цилиндрах при полном служебном и экстренном торможении зависит от установленного режима. На основании закона Бойля - Мариотта состояние сжатого воздуха в выбранных емкостях воздушной части тормозной системы до торможения и при торможении аналитически выражается равенством Для принятой схемы рычажной передачи передаточное число определяется из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов n = m·(а·б/в·г)cos?, (8.1) где ? - угол действия силы нажатия тормозной колодки на колесо, принимается равным 10о. а, б, в, г - размеры плеч рычагов, в = г = 230 мм, а б = 650 мм.В данном курсовом проекте были спроектированы воздушная часть тормозной системы вагона и механическая часть колодочного тормоза.
Введение
Автоматические тормоза подвижного состава должны обеспечивать безопасность движения поездов, обладать высокой надежностью и безопасностью действия. Обеспечение этих условий позволяет повысить скорость движения и вес поездов, что приводит к увеличению провозной и пропускной способности железнодорожного транспорта.
Данный курсовой проект позволяет овладеть теоретическими и практическими знаниями проектирования автотормозной техники, изучить устройство и работу тормозных систем подвижного состава, ознакомиться с методами расчетов тормозного оборудования вагонов.
1. Задание на курсовой проект
Исходные данные для выполнения курсового проекта выбираются из табл. 1.1 и 1.2. Вариант задания принимается по двум последним цифрам шифра указанного в зачетной книжке.
Исходные данные для расчета колодочного тормоза вагона: Тип вагона- рефрижераторный
Количество осей вагона-4
Тара вагона, т-32
Грузоподъемность, т-50
Тип колодок-композиционные.
Исходные данные для обеспеченности поезда тормозными средствами и оценки эффективности тормозной системы поезда: 4-осн. грузовые (брутто 88 т)-12
4-осн. рефрижераторные (брутто 84 т)-35
4-осн. грузовые (брутто 24 т)-24
Скорость, км/ч-90
Уклон пути (спуска), ‰-7
Тормозные колодки-чугунные
Локомотив-2ТЭ116.
2. Выбор схемы и приборов пневматической части тормоза вагона
На железнодорожном транспорте применяется автоматический пневматический тормоз. Автоматическими называются тормоза, которые при разрыве поезда или тормозной магистрали, а также при открытии стоп-крана из любого вагона автоматически приходят в действие вследствие снижения давления воздуха в магистрали. Данный вагон также оборудуется авторежимом. Схема тормозного оборудования представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Схема тормозного оборудования вагона
Таблица 2.1 - Номенклатура тормозных приборов и арматуры пневматической части
№ на рис.2.1 Наименование Условный № Количество
1 Главная часть воздухораспределителя 270-023 1
2 Двухкамерный резервуар 1
3 Магистральная часть воздухораспределителя 483М-010 1
4 Кронштейн пылеловка 573 1
5 Концевые краны 190 2
6 Разобщительный кран 372 1
7 Запасной резервуар Р10-100 1
8 Тормозной цилиндр 510Б 1
9 Авторежим 265А-1 1
10 Соединительные рукава Р17Б (ГОСТ 1335-84) 2
11 Тормозная магистраль 1?"" 1
3. Расчет давления воздуха в тормозном цилиндре, при торможении
Давление в тормозных цилиндрах при торможении зависит от типа воздухораспределителя, величины снижения давления в тормозной магистрали, режима торможения у грузовых воздухораспределителей и загрузки вагона при наличии авторежима.
Для воздухораспределителей грузового типа давление в тормозных цилиндрах при полном служебном и экстренном торможении зависит от установленного режима. При порожнем режиме - 0,14 ~ 0,16 МПА; при среднем - 0,28 ~ 0,33 МПА; при груженом - 0,39 ~ 0,43 МПА.
При ступенчатом торможении давление определяется из условия равновесия уравнительного поршня
Ртц = (Fy·Ро Ру Жу·li)/ Fy,(3.2) где Fy- площадь уравнительного поршня, 20·10-4 м2;
Давление в рабочей камере после ступени торможения рркі = (ррк Vp)/(Vp Fгhi),(3.4) где рзкі, рмі - абсолютное давление в золотниковой камере и тормозной магистрали при i-й ступени торможения, Па;
Fг - площадь главного поршня, 95·10-3, м2;
Fш - площадь штока главного поршня, 4,15·10-4, м2;
Рг - усилие предварительного сжатия пружины главного поршня, 200 Н;
Жг - жесткость пружины главного поршня, 28000 Н/м;
Vp - объем рабочей камеры, 6·10-3 м3;
ррк - абсолютное зарядное давление рабочей камеры, Па, ррк = рм;
рзкі = рмі.
В результате совместного решения уравнений (3.3) и (3.4) получается квадратное уравнение относительно hi.
Ahi2 Bhi C = 0,(3.5)
А = Жг·Fг,(3.6)
В = Жг·Vp Fг·pmi(Fг - Fш) Рг·Fг,(3.7)
С = Vp[(Fг - Fш)pmi Рг - Fг·рм].(3.8)
Таблица 3.1 - Расчет давлений в тормозном цилиндре при ступенях торможений и полном служебном
?ртм, МПА 0,08 0,10 0,12 Полное служебное торможение
Рстц, МПА 0,22 0,27 0,32 Ртц, МПА 0,43
Наличие на вагоне авторежима устанавливает зависимость давления воздуха в тормозном цилиндре от загрузки вагона, которая выражается формулой где fпр - величина предварительного подъема опорной плиты, м;
где fi - величина статического прогиба рессор, м;
Рцп - давление в тормозном цилиндре порожнего вагона, МПА;
fi = 0,01 Q fo Qi ,(3.11) fo - гибкость центрального рессорного подвешивания вагона, 0,0006225 м/т;
Qi - загрузка вагона в процентном соотношении от полной;
Q - грузоподъемность вагона, т;
Рвр - давление на выходе из воздухораспределителя при полном служебном торможении, МПА.
Результаты расчета представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Расчет давлений в тормозном цилиндре при наличии авторежима
4. Качественная оценка правильности выбора воздушной части тормоза
На основании закона Бойля - Мариотта состояние сжатого воздуха в выбранных емкостях воздушной части тормозной системы до торможения и при торможении аналитически выражается равенством
РЗVЗР POVO = РЗРVЗР Рмтц (Vo ?d2ТЦL/4) ,(4.12) где Рз - максимальное абсолютное зарядное давление воздухопроводной магистрали, МПА;
Vзр - объем запасного резервуара, м3;
Vo - объем вредного пространства тормозного цилиндра,м3;
Рзр - абсолютное давление воздуха в запасном резервуаре при торможении, МПА;
Рмтц - максимальное абсолютное давление воздуха в тормозном цилиндре, МПА;
dтц - диаметр тормозного цилиндра, м;
L - допустимый ход поршня тормозного цилиндра при торможении, м.
Качественная оценка правильности выбора воздушной части в грузовых поездах производится по условию их неистощимости
Рзр ? Рз - ?РТМ ,(4.13) где ?РТМ = 0,15 МПА - разрядка тормозной магистрали при полном служебном торможении.
0,59 > 0,7 - 0,15 = 0,55.
Так как условие выполняется, то делаем вывод о неистощимости пневматического тормоза.
В рефрижераторных вагонах применяется колодочный тормоз с двухсторонним нажатием. Данная схема эффективна при скоростях движения до 160 км/ч. При более высоких скоростях схема неэффективна. Основным ее недостатком является интенсивный износ колесных пар по профилю катания, а также навары при торможении.
6. Определение допускаемого нажатия тормозной колодки
С целью создания эффективной тормозной системы величина нажатия тормозной колодки на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной тормозной силы. Вместе с тем необходимо исключить возможность появления юза при торможении. При условиях сухих и чистых рельсов это положение для колодочного тормоза аналитически выражается уравнением
К·?к = 0,9·Рк·?к ,(6.1) где К - допускаемая сила нажатия колодки на колесо, КН;
?к - коэффициент трения тормозной колодки;
0,9 - коэффициент разгрузки задней колесной пары;
Рк - статическая нагрузка на колесо, отнесенная к одной тормозной колодке, КН;
?к - коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении.
Значения коэффициента трения для стандартных чугунных колодок определяются по следующей эмпирической формуле где V - расчетная скорость движения поезда, исключающая появление юза, м/с. Для композиционных колодок принимаем V=28 м/с.
Коэффициент сцепления зависит от состояния поверхности рельсов и колес, от нагрузки колеса на рельс и скорости движения. Для его определения можно воспользоваться расчетной формулой ?к = [0,17 - 0,00015 (q - 50)]·?(V),(6.3) где q - статическая осевая нагрузка, КН;
?(V) - функция скорости, значение которой в зависимости от типа подвижного состава находят по графику [1].
Статическая осевая нагрузка определяется q = (T Q)/m,(6.4) где T,Q - тара и грузоподъемность вагона, КН;
m - число осей вагона.
Статическая нагрузка на колесо
Рк = (T Q)/мв ,(6.5) где мв - число тормозных колодок на вагоне
Решая полученное выражение совместно с (6.5) получим
К = 5 КН.
Полученную допускаемую силу нажатия тормозной колодки проверяем исходя из требований теплового режима трущихся пар
К/Fk <= [?РУ],(6.6) где Fk - номинальная площадь трения тормозной колодки, м2;
[?РУ] - допустимое удельное давление на тормозную колодку, КН/м2;
5/0,029 = 172 КН/м2 < 900 КН/м2
Кдоп = [?РУ]·Fk(6.20)
Кдоп = 900·0,029 = 26,1 КН.
7. Расчет передаточного числа рычажной передачи вагона
Передаточным числом рычажной передачи называется отношение теоретической величины суммы сил нажатия тормозных колодок вагона к силе давления сжатого воздуха на поршень тормозного цилиндра n = (Кдоп·мв)/(Ршт·?рп),(7.1) где Ршт - усилие по штоку тормозного цилиндра, КН;
?рп - КПД рычажной передачи, принимаем 0,80.
Величина усилий по штоку тормозного цилиндра определяется
Ршт = ?d2ТЦРТЦ·?тц /4 - (F1 F2 Lшт·Ж),(7.2) где ?тц - коэффициент, учитывающий потери на трение поршня о стенки тормозного цилиндра, который равен 0,98;
F1 - усилие оттормаживающей пружины в отпущенном состоянии, 1500-1590 Н, принимаем 1580 Н;
F2 - усилие пружины бескулисного автоматического регулятора рычажной передачи, приведенное к штоку тормозного цилиндра, которое принимается равным 300 - 1500 Н при рычажном приводе и 2000 - 2500 Н при стержневом;
Ж - жесткость отпускаемой пружины тормозного цилиндра, 6540 Н/м.
8. Определение размеров плеч рычагов рычажной передачи
Для принятой схемы рычажной передачи передаточное число определяется из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов n = m·(а·б/в·г)cos?, (8.1) где ? - угол действия силы нажатия тормозной колодки на колесо, принимается равным 10о. а, б, в, г - размеры плеч рычагов, в = г = 230 мм, а б = 650 мм.
23,5 = 8а/(650 -а)·(230/230)·0,985 а = 487 мм б = 163 мм
Определив значения сил, действующих на шарнирные соединения, рассчитываем валики на изгиб.
Валики шарнирных соединений рычажной передачи рассчитываем на изгиб по формуле ? = P1/(0,4·d3·103)·(b - a/2) < [?] ,(9.6)
где Р - расчетная нагрузка на валик, КН;
d - диаметр валика, м. Принимаем d = 0,04 м;
b - расстояние между серединами опор, м;
а - длина поверхности передающей нагрузку, м;
[?] - допускаемые напряжения при изгибе, МПА. Все детали тормозной рычажной передачи изготовлены из стали 5, принимаем по [1] (табл. 9.1)
[?] = 160 МПА.
Рисунок 9.1 - Расчетная схема шарнирного соединения b = а 15 = 25 15 = 40 мм.(9.7) ? = 57/(0,4·0,043·103)·(0,04 - 0,025/2) = 61 МПА < [?]
Условие выполняется, прочность валика на изгиб обеспечена.
Тяги рычажной передачи рассчитываются на растяжение.
[?] = P2·4/(?·d2т·103) < [?], (9.8) где Р - усилие передаваемое на тягу, КН;
dt - диаметр тяги, м. Принимаем dt = 0,022 м.
[?] = 57·4/(3,14·0,0222·103) = 150 МПА< [?]
Условие выполнено, прочность тяги обеспечена.
Проушины тяги рассчитываются на смятие и срез. Напряжение смятия и среза определяется по формуле ? см = 4·Р3/(?·t·d1·103) < [? см],(9.9) ?ср = Р3/(2·t·h·103) < [?ср](9.10) где Р - усилие смятия (среза) действующее на проушину, КН;
t - толщина проушины, м;
d1 - диаметр отверстия проушины, м;
h - высота сечения проушины по линии среза, м; принимаем h = R - d1/2(9.11) где R - радиус наружного очертания пружины, м.
Принимаем t = 0,015 м; d1 = 0,04 м; R = 0,0375 м; [? см] = 170МПА; [?ср] = 95 МПА. h = 0,0375 - 0,04/2 = 0,0175 м ? см = 4·28,5/(3,14·0,015·0,04·103) = 62 МПА < [? см], ?ср = 28,5/(2·0,015·0,0175·103) = 55 МПА < [?ср].
Условия выполнены, прочность проушины обеспечена.
Рычаги также рассчитываем на изгиб. Напряжения при изгибе определяются по формуле ? изг = Ми/Wx < [? изг],(9.12) где Ми - изгибающий момент в сечении среднего шарнира рычага, Н·м;
Wx - момент сопротивления сечения, м3.
Рисунок 9.2 - Горизонтальный рычаг
Wx = 2·h/6·H·(H3 - d3) ,(9.13) где Н - ширина рычага, Н = 0,18 м;
d - диаметр валика, d = 0,04 м;
h - толщина рычага, h = 0,015 м.
Wx = 2·0,015/6·0,18·(0,183 - 0,043) = 1,6·10-4 м 3.
Изгибающий момент в сечении среднего шарнира рычага определяется по формуле
Зазор х, обозначенный на рисунке 9.7, находится х = 251 - (200 50) = 1 мм.
Свободное вписывание затяжки обеспечено.
Так как данная затяжка выполнена без изгиба, то расчет производится только на сжатие. Напряжение при сжатии ?сж = Р1/(Н·h) ,(9.16) где Н - ширина затяжки, м;
10. Расчет обеспеченности поезда тормозными средствами
Все поезда, отправляемые со станции, должны быть обеспеченны тормозами с гарантированным нажатием тормозных колодок в соответствии с нормативами по тормозам, утвержденным МПС.
Потребное нажатие тормозных колодок для заданного поезда определяется по формуле
?КР = ?Q/100·N(10.1) где ?Q - вес состава поезда, тс;
N - единое наименьшее тормозное нажатие, тс; N = 33 тс.
?КР = 3440/100·33 = 1135,2 тс.
Расчетное фактическое тормозное нажатие колодок заданного поезда определяется
?КРФ = ?nj·mj·Kpj ,(10.2)
где nj - число единиц подвижного состава;
mj - осность единицы подвижного состава;
Kpj - расчетное нажатие тормозных колодок на ось вагонов или локомотивов данного типа, тс; для локомотива Kpj = 12 тс, для грузового вагона с чугунными колодками на груженном режиме Kpj = 7,0 тс, на порожнем Kpj = 3,5 тс, для вагонов рефрижераторного подвижного состава с чугунными колодками на груженом режиме Kpj = 9,0 тс.
?КРФ = 35·4·7 15·4·9 = 1400 тс
Поезд считается обеспеченным тормозами, если выполняется условие
?КР < ?КРФ ,(10.3)
1135,2 < 1400
Так как условие выполняется, то считаем что поезд обеспечен тормозами.
Расчетный коэффициент силы нажатия тормозных колодок определяется по формуле ?р = ?КРФ/ ?Q,(10.4) ?р = 1400/3440 = 0,41
11. Определение тормозного пути, замедлений и времени торможения
Полный расчетный тормозной путь определяется по формуле
St = Sп Sд ,(11.1) где Sп - подготовленный (предтормозной путь);
Sд - действительный тормозной путь.
Подготовительный путь, м, определяется
Sп = VH·тп ,(11.2) где VH - скорость движения в начале торможения, м/с;
тп - время подготовки тормозов к действию, с.
Время подготовки автотормозов, с, определяется следующим образом. тп = 10 15 (± i)/bt ,(11.3) где i - уклон пути, i = - 7‰, знак ""-"" - означает, что расчет ведется на спуске;
Таблица 11.2 - Расчет замедлений и времени торможения
Vн, м/с аі, м/с2 ti, с тп, с ?ti, с t, с
22 2,69 0,74 4,50 15,43 19,92
20 2,50 0,80 4,58 14,68 19,26
18 2,31 0,87 4,67 13,88 18,55
16 2,13 0,94 4,77 13,02 17,79
14 1,95 1,03 4,88 12,08 16,96
12 1,77 1,13 5,00 11,05 16,06
10 1,58 1,26 5,14 9,92 15,06
8 1,38 1,45 5,29 8,66 13,94
6 1,15 1,74 5,45 7,21 12,66
4 0,85 2,34 5,64 5,46 11,10
2 1,12 1,79 5,85 3,12 8,98
0 1,50 1,33 6,10 1,33 7,43
Вывод
В данном курсовом проекте были спроектированы воздушная часть тормозной системы вагона и механическая часть колодочного тормоза. Причем основная часть деталей и приборов принята типовой, что значительно снижает их себестоимость.
Так же была произведена оценка обеспеченности поезда тормозными средствами и проверка эффективности тормозной системы поезда.