Определение диаметра тормозного цилиндра

Диаметр тормозного цилиндра определяется из условия развития необходимого усилия на штоке ТЦ в зависимости от усилия на поршне при наполнении ТЦ сжатым воздухом:

P_шт=ΔP_тц·F_тц·η_тц-P_пр, (4.1)

где P_шт — усилие на штоке ТЦ, необходимое для соблюдения условий безъюзного торможения, кГс, равное:

(4.2)

k_доп — допустимое нажатие на тормозную колодку, тс;

е — число колодок рычажной передачи одного ТЦ;

n — передаточное число рычажной передачи;

η_рп — КПД рычажной передачи, принимаемый равным 0,95;

F_тц — площадь тормозного цилиндра, см², равная:

; (4.3)

D_тц — внутренний диаметр тормозного цилиндра, см;

η_тц — КПД тормозного цилиндра, равная 0,98 (потери на трение);

P_пр — усилие отпускной пружины тормозного цилиндра, кГс, равная:

P_пр = P₀ + L_доп·Ж; (4.4)

P₀ — усилие предварительной затяжки отпускной пружины ТЦ, кГс;

L_доп — максимально допустимый ход поршня ТЦ, см;

Ж — жёсткость отпускной пружины, кГс/см.

Из (4.1) следует:

(4.5)

Характеристики тормозных цилиндров представлены в табл. 6.

Оформление шага

Таблица 6 Характеристики тормозных цилиндров и рычажных тормозных передач
Подвижная единица	ΔPтц, кГс/см2	Lдоп, см	Ж, кГс/см	P0, кГс	ηрп
4-осные грузовые вагоны:	порожний режим	чугун.	1,6	15,0	6,54		0,95
композ.	1,6
гружёный режим	чугун.	4,2	19,0
композ.	3,0
8-осные грузовые вагоны:	порожний режим	чугун.	1,6	15,0	6,57		0,80
композ.	1,6
гружёный режим	чугун.	4,2	19,0
композ.	3,0
Пассажирские вагоны	3,8	16,0	6,54		0,90
Электровозы	ВЛ80к, ВЛ10	4,2	15,0	8,7		0,85
ЧС2Т	3,8	15,0	6,4		0,9
ВЛ60к	4,2	15,0	6,54		0,8
ЧС4, ЧС7, ЧС8	4,2	15,0	8,7		0,9
ВЛ8	4,2	15,0	8,7		0,95
Электропоезда	ЭР2,ЭР9П, ЭР22 моторный вагон	3,8	10,0	8,7		0,9
ЭР2, ЭР9П прицепной вагон	3,8	12,5	6,54		0,9
Тепловозы	ТЭ3, ТЭ7, ТЭП10, М62, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10М, 2ТЭ116	4,2	15,0	8,7		0,9
ТЭП60	3,8	15,0	8,7		0,85

1. Согласно (4.2) и используя данные табл. 6 определяем усилие на штоке P_шт.

2. Согласно (4.5) используя результат, полученный из решения (4.2) определяем диаметр ТЦ D_тц.

3. Выбираем ближайший больший диаметр ТЦ согласно стандартного ряда диаметров

5. ВЫБОР ТИПА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ И ОБЪЁМА ЗАПАСНОГО РЕЗЕРВУАРА

В воздушную часть входят: воздухораспределитель, запасный резервуар, воздухопровод с арматурой и другие приборы.

При разработке воздушной части тормозной системы выбирают тип воздухораспределителя (ВР), исходя из времени наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом до 90% его максимального давления. Для пассажирского тормоза это время не должно превышать 8 с., а для грузового — 25 с. Такие величины времени наполнения ТЦ в пассажирском поезде обеспечиваются воздухораспределителем усл. № 292-001, а в грузовом — усл. № 483.

Затем, в зависимости от принятого диаметра ТЦ определяют объём запасного резервуара (ЗР). Этот объём должен обеспечивать максимальное давление в тормозных цилиндрах при экстренном (ЭТ) или полном служебном (ПСТ) торможении не ниже 3,8 кГс/см², и при ходе поршня ТЦ 180 мм. Исходя из этого, для пассажирских электровозов и вагонов электропоездов объём ЗР, приходящийся на один ТЦ, подсчитывают по формуле:

V_зр=78·F_тц, [см³] (5.1)

По найденной из формулы (4.5) величине диаметра ТЦ выбирают ближайший больший стандартный диаметр цилиндра из ряда: 203, 254, 305, 330, 356, 400 мм (не сантиметров!), и по формуле (5.1) определяют объём ЗР.

По найденному выше объёму принимают ближайший стандартный объём ЗР из следующего ряда: 30·10³, 55·10³, 78·10³, 100·10³, 110·10³, 135·10³, 170·10³ см³.

В пассажирском подвижном составе, предназначенном для движения со скоростью свыше 140 км/ч, воздушная часть дополняется противоюзными устройствами. В этом случае при недостаточности одного ЗР в схему вводят второй с питанием непосредственно из воздушной магистрали через обратный клапан, а для наполнения и опорожнения излишних объёмов ТЦ в схеме предусматривается воздушное реле давления, работающее в режиме ВР.

У грузовых локомотивов объём ЗР не зависит от диаметра и количества ТЦ. Это объясняется тем, что наполнение ТЦ у локомотивов при автоматическом торможении осуществляется непосредственно из питательной магистрали через кран машиниста усл. № 254 и реле давления № 304. В этом случае ВР воздействует только на межпоршневое пространство крана (усл. № 254) посредством импульсной магистрали. Нормальная работа ВР грузового типа (усл. № 270-005, усл. № 483) обеспечивается при наличии объёма резервуара, равного объёму ТЦ грузового вагона, поэтому объём запасного резервуара для грузового локомотива принимается равным 20·10³ см³ (с учётом объёма импульсной магистрали).

Правильность выбора воздушной части тормозной системы для случая полного служебного торможения можно оценить по необходимой величине снижения давления воздуха в тормозной магистрали (ТМ) поезда и установившейся величине давления воздуха в ТЦ.

При пассажирском типе ВР:

, (5.2)

где ΔP_тм — необходимая величина снижения давления воздуха в тормозной магистрали поезда, кГс/см²;

P_з — зарядное (поездное) давление воздуха в ТМ поезда, кГс/см²;

V_зр — объём запасного резервуара, см³;

V_тц — объём тормозного цилиндра, см³, равный:

V_тц=F_тц·L_доп (5.3)

V_вп — объём вредного пространства ТЦ, см³ (для D_тц, равного 8, 10, 12, 14 и 16 см соответственно V_вп равен 0,7; 1,0; 1,7; 2,2; 2,5 литров (1 литр равен 10³ см³)).

Установившаяся величина давления воздуха в ТЦ определяется выражением:

(5.4)

При грузовом типе ВР необходимая величина снижения давления определяется условием:

(5.5)

где F_гп — площадь главного поршня ВР, см² (диаметр главного поршня D_гп равен 100 мм): (5.6)

V_РК — объём рабочей камеры ВР, равный 6000 см³;

h_гп — полный ход главного поршня, равный 2,3 см;

P_гп — усилие предварительного сжатия пружины главного поршня ВР, равная 20 кГс;

Ж_гп — жёсткость пружины главного поршня ВР, равная 28 кГс/см;

Fшт — площадь поперечного сечения штока главного поршня ВР, см² (диаметр штока D_гп равен 24 мм)

η_м — механический КПД тормоза, равный 0,95.

Установившаяся величина давления воздуха в ТЦ определяется по условию:

(5.7)

где h_уп — полный ход уравнительного поршня ВР, равный 1,65 см;

Ж_БП и Ж_МП — жёсткость большой и малой пружин уравнительного поршня, равная соответственно 32,7 и 8,7 кГс/см;

к — коэффициент, учитывающий режим работы ВР, для гружёного режима к=1, для среднего к=0,5 и для порожнего к=0;

P_уп — усилие предварительного сжатия большой пружины уравнительного поршня ВР, находящаяся в пределах 12…14 кГс;

F_уп — площадь уравнительного поршня ВР, см² (диаметр поршня D_уп равен 50 мм).

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЙ И РАСЧЁТНОЙ СИЛЫ НАЖАТИЯ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК

Суммарная действительная сила нажатия тормозных колодок равна:

Σ k_Д= P_шт· n· η_рп·λ, (6.1)

где n — передаточное число рычажной тормозной передачи;

η_рп — КПД рычажной передачи;

λ — общее число ТЦ подвижной единицы.

Действительная сила нажатия на тормозную колодку равна:

, (6.2)

где m — суммарное число тормозных колодок подвижной единицы.

Расчётная сила нажатия совместно с расчётным коэффициентом трения используются при определении тормозной силы поезда, состоящего из множества разнотипных вагонов с разной действительной силой нажатия и действительным тормозным коэффициентом. В этом случае использование действительных величин затруднительно. Для определения расчётной силы нажатия колодок используют приведение расчётной и действительной тормозной силы на основании выражения:

φ_k·k_д=φ_kp·k_р (6.3)

где φ_k — действительный коэффициент трения ТК;

φ_kp — расчётный коэффициент трения ТК;

k_р — расчётное нажатие ТК.

Из этого равенства получаем выражение для определения расчётного тормозного нажатия:

(6.4)

Для определения расчётных коэффициентов трения используем эмпирические формулы:

для стандартных чугунных колодок

(6.5)

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

(6.6)

для композиционных колодок

(6.7)

где υ — скорость движения в интервале υ_н – υ_к.

После подстановки в формулу (6.4) получим выражения для перевода действительной силы нажатия на ТК в расчётную:

соответственно для чугунных колодок

(6.8)

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

(6.9)

для композиционных колодок

(6.10)

7. КОЭФФИЦИЕНТ РАСЧЁТНОГО ТОРМОЗНОГО НАЖАТИЯ КОЛОДОК

Отношение суммы расчётного нажатия тормозных колодок поезда к его весу называют коэффициентом расчётного тормозного нажатия колодок. Он характеризует степень обеспеченности поезда тормозными средствами. Для пассажирских поездов:

(7.1)

где Σk_рл — суммарное расчётное нажатие ТК локомотива, тс;

Σk_рс — суммарное расчётное нажатие ТК состава, тс;

M_рл — расчётная масса локомотива, т;

Q — масса состава, т.

Суммарное расчётное нажатие тормозных колодок состава вычисляется по формуле:

Σk_рс=z₁·m₁·k₁·x₁ + z₂·m₂·k₂·x₂ +…+ z_i·m_i·k_i·x_i (7.2)

где z₁, z₂, …, z_i — количество тормозных осей вагона (локомотива);

m₁, m₂, …, m_i — количество ТК на ось (при одностороннем подвешивании m=2, при двухстороннем — m=4);

k₁, k₂, …, k_i — расчётное нажатие одной тормозной колодки для вагонов данного типа, т;

x₁, x₂, …, x_i — количество однотипных вагонов (локомотивов) в поезде.

Для грузового поезда, который должен следовать по спуску крутизной до 20‰, масса и тормозное нажатие локомотива не учитывается (берётся в запас), то есть:

, (7.3)

а для электро- и дизель-поездов:

, (7.4)

где Q_м — масса моторных вагонов, т;

Q_п — масса прицепных вагонов, т.

Обеспеченность локомотива тормозными средствами сравнением полученной величины со следующими данными:

1. При чугунных колодках:

· для пассажирских локомотивов без скоростных регуляторов силы нажатия и электропоездов J_Р=0,7÷0,75, вагонов J_Р=0,55÷0,68;

· для пассажирских локомотивов со скоростными регуляторами силы нажатия J_Р=0,7 в зоне скоростей 0 ÷ 80 км/ч, при более высоких скоростях J_Р=1,3÷1,5 с применением секционных колодок;

· для грузовых локомотивов J_Р=0,6.

2. При композиционных колодках для всех видов локомотивов при расчётном весе J_Р=0,3.

3. Для грузовых поездов J_Р=0,28÷0,33.