М5. Тормозные системы грузовых вагонов КР

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Вагоны»

Тормозные системы грузовых вагонов

Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов
специальности 23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Грузовые
вагоны» очной и заочной форм обучения

Составители:

А.В. Жебанов

С.В. Коркина

Самара 2023

УДК 629.4.077

Тормозные системы грузовых вагонов: Методические указания к выполнению
контрольной работы для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав
железных дорог» специализации «Грузовые вагоны» очной и заочной форм обучения /
составители: А.В. Жебанов, С.В. Коркина – Самара: СамГУПС, 2021. – 23 с.

Утверждены на заседании кафедры «Вагоны» протокол № 3 от 10.10.21г.

Печатается по разрешению редакционно-издательского совета университета.

Методические указания предназначены для самостоятельного выполнения
контрольной работы обучающимися очной и заочной формы обучения специальности
23.05.03 «Подвижной состав железных дорог» специализации «Грузовые вагоны» по
дисциплине «Тормозные системы грузовых вагонов» при выполнении которой
обучающиеся должны овладеть теоретическими и практическими навыками в области
эксплуатации и ремонта тормозного оборудования, изучить устройство и работу
тормозных систем грузовых вагонов, ознакомиться с методами тормозных расчетов и
основами проектирования автотормозного оборудования грузовых вагонов железных
дорог Российской Федерации.

Составители: Александр Владимирович Жебанов
Светлана Владимировна Коркина

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Вагоны» Г.Г. Киселев;

к.т.н., зав. кафедрой «Электрический транспорт» П.В. Шепелин

Подписано в печать Формат 60x90 1/16.

Усл. п.л.

Тираж экз. Заказ № .

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2023

Введение

Тормозное оборудование вагонов является одним из основных средств
обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта.

Тормоза подвижного состава следует классифицировать как универсальное
средство – большая эффективность тормозных средств допускает большую скорость
движения и сокращает продолжительность перевозок. При обнаружении угрозы
безопасности движения приведение в действие эффективных тормозных средств
позволяет предотвратить серьезные последствия – аварии или крушения. Поэтому
необходимо уделять особое внимание правильному выбору пути развития тормозной
техники для грузовых поездов.

Технические требования к тормозному оборудованию должны разрабатываться с
учетом особенностей эксплуатации грузовых поездов, в частности поездов,
осуществляющих контейнерные перевозки по международным транспортным
коридорам. Автоматические тормоза для современных и перспективных условий
эксплуатации должны обеспечивать тормозной путь при экстренном торможении
согласно установленных нормативов. Исходя из этого, проводятся большие работы по
модернизации существующих и созданию новых конструкций тормозных приборов,
отвечающих современным и перспективным требованиям эксплуатации.

Необходимую эффективность тормозных средств поездов намечается
реализовывать применением дисковых, магнитно-рельсовых тормозов и тормозов, в
которых используется действие вихревых токов.

В настоящее время некоторые характеристики воздухораспределителей, в
частности скорость тормозной волны (300 м/с), достигли своего физического предела и
требуют применения новых идей. Это накладывает ограничения на длину грузовых
поездов.

В перспективе железнодорожному транспорту России предстоит решать серьезные
задачи, связанные с разработкой требований к подвижному составу, к организации
перевозочного процесса и технического обслуживания грузовых поездов,
осуществляющих контейнерные перевозки по международным линиям. Транспортировка
грузов по железной дороге в рамках экспортно-импортных операций осуществляется с
использованием логистической инфраструктуры РЖД и во взаимодействии с
подразделениями компании. Особенность поставленных задач – это формирование
повышенных требований к безопасности международных перевозок и безусловное их
выполнение при скоростной доставке грузов.

Особенность поездов для международных транспортных коридоров –
специализация маршрутов постоянного формирования, сокращение порожнего пробега,
пониженный уровень продольно-динамических реакций при торможении, повышенная
тормозная эффективность, надежный автоматизированный контроль состояния
пневматической сети поезда и оборудования, специализированное техническое
обслуживание. Важным составляющим поездного комплекса является бортовое
тормозное оборудование локомотива, предназначенное для автоматизированного
управления тормозами и контроля состояния тормозной системы поезда.

Задачей изучения дисциплины «Тормозные системы грузовых вагонов» является
подготовка специалистов, знающих устройство, принцип действия, правила
эксплуатации и обслуживания тормозного оборудования грузовых вагонов.

Выполнение контрольной работы способствует овладению студентами

теоретическими знаниями и практическими навыками проектирования автотормозной
техники.

• 1 Теоретические сведения

Основные подходы к проектированию грузовых вагонов нового поколения,
характеризуемых необходимой для освоения растущих грузопотоков провозной
способностью, уже достаточно четко сформированы. Среди обязательных требований к
инновационному подвижному составу – уменьшение массы тары вагонов, повышение
осевых нагрузок, увеличение габарита, скорости движения и массы грузовых поездов,
длительный срок службы, снижение стоимости жизненного цикла. Выполнение данных
требований невозможно без кардинальной переработки существующих тормозных
систем и применения инновационного тормозного оборудования, в комплексе
обеспечивающих требуемую тормозную эффективность во всех диапазонах возросших
осевых нагрузок и скоростей движения, при одновременном увеличении срока службы и
повышении надежности тормозных приборов.

В настоящее время определилась ориентация вагоностроения в пользу
специализированных вагонов, но при этом с возможностью использования их под другие
грузы. Перспектива насыщения вагонного парка специализированным подвижным
составом обосновывается прежде всего экономическими выгодами, такими как
увеличение количества перевозимого груза, дополнительными удобствами при
выполнении погрузки и разгрузки вагонов, сохранностью перевозимых грузов,
увеличенными сроками межремонтного обслуживания, низкой стоимостью жизненного
цикла и т. д. Уже довольно четко сформировались основные рыночные требования и
подходы к проектированию грузовых вагонов нового поколения.

Взят курс на модернизацию существующего и создание принципиально нового
тормозного оборудования, способного соответствовать постоянно ожесточающимся
требованиям нормативных документов и достойно конкурировать с ведущими мировыми
производителями тормозных систем и приборов для железнодорожного транспорта.

На сегодняшний день разрабатываются технические решения по применению и
компоновке нового тормозного оборудования, включая модернизацию тормозной
рычажной передачи, приводящую к упрощению с одновременным устранением части
избыточных механических и функциональных связей. Развивается направление
автоматизации процесса торможения, например, - тормозные цилиндры со встроенным
автоматическим регулятором выхода штока в составе тормозных систем грузовых
вагонов. Использование таких тормозных цилиндров значительно упрощает тормозную
рычажную передачу, позволяя отказаться от применения автоматических регуляторов
тормозных рычажных передач (РТРП-675М, РТРП-300) и узлов привода регуляторов.
Кроме того, упрощается регулировка тормозной рычажной передачи (ТРП) и отпадает
необходимость в установке и контроле размера «А» между корпусом РТРП и упором
привода регулятора.

Еще одним из направлений совершенствования тормозных систем грузовых
вагонов является использование поворотного кронштейна крепления ТЦ. Установка ТЦ с
поворотным кронштейном также позволяет избежать перекосов штока тормозного
цилиндра при дефектной установке кронштейнов крепления элементов ТРП на раме
вагона, приводящей к снижению эффективности торможения за счет значимого
снижения КПД цилиндра и к механическому разрушению тормозного прибора.

Анализируя тормозную систему, можно выделить еще одну проблему – управление
и регулирование давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах грузового вагона.
Совершенствуя эту систему, можно сократить функциональные возможности
воздухораспределителя и авторежима в процессе регулирования давления сжатого
воздуха в тормозном цилиндре. Применение такой системы в составе тормозов грузовых
вагонов, особенно большегрузных легкотарных (с осевой нагрузкой 25, 27, 30 тс),
способно обеспечить требуемую эффективность торможения при одновременном
недопущении юзовой ситуации во всех диапазонах нагрузок и скоростей движения, что
крайне проблематично, а иногда и невозможно выполнить, применяя существующее
тормозное оборудование. Кроме того, использование системы позволяет добиться
оптимальной зависимости давления сжатого воздуха (тормозного коэффициента) от
загрузки вагона за счет непосредственного воздействия на исполнительную часть
воздухораспределителя, расширяя возможности данного прибора. Становится
возможным непрерывное изменение давления на выходе воздухораспределителя в
диапазоне 0,11-0,45 МПа, за счет чего коэффициент деления по давлению может
превышать 4. В целом все технические решение направлены на следующее:

– оптимизация тормозной системы;

– оптимизация ТРП, как следствие, повышение ее КПД;

– оптимизация регулирования давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре;

– повышение надежности системы, в том числе за счет сокращения числа
элементов и функциональных узлов.

Целью контрольной работы является изучение особенности устройства, расчета,
проектирования и эксплуатации тормозных систем грузовых вагонов; методы
определения, проверки и расчета тормозной силы; требования к пневматическому и
механическому тормозному оборудованию вагонов; тормозные системы грузовых
вагонов.

• 2 Содержание контрольной работы

Работа должна содержать:

• – титульный лист;

– задание;

– оглавление;

– введение;

– основные разделы:

• 1. Расчет колодочного тормоза.
• 2. Определение диаметра тормозного цилиндра.
• 3. Выбор типа воздухораспределителя и объема запасного резервуара.
• 4. Расчеты механической части тормозной системы вагонов. Вывод формулы
  передаточного числа рычажной тормозной передачи.

– заключение;

– список использованных источников.

• 3 Методические указания к выполнению разделов контрольной работы

  • 3.1. Исходные данные и правила выбора варианта задания на контрольную.
    работу

Исходными данными для проектирования служат: тип вагона, масса тары,
грузоподъемность грузового вагона, тип тормозных колодок, схема тормозной рычажной
передачи, тип авторегулятора рычажной передачи, наличие или отсутствие авторежима
на вагоне.

Исходные данные для выполнения контрольной работы приведены в таблице 3.1.
Вариант определяется по двум последним цифрам шифра студента, если последние 2
цифры шифра больше 25, то от этого числа следует отнять число 25, до тех пор, пока
полученный результат не будет равен или меньше 25.

Таблица 3.1. – Исходные данные для расчета тормоза грузового вагона

Окончание таблицы 3.1

Схемы тормозных рычажных передач для проектирования приведены на рисунках 3.1–
3.8.

Рисунок 3.1. – Схема типовой тормозной рычажной передачи грузового четырехосного
вагона

Рисунок 3.2. – Схема тормозной рычажной передачи восьмиосной вагона-цистерны

Рисунок 3.3 – Схема тормозной рычажной передачи вагонов рефрижераторов

Рисунок 3.4 – Схема тормозной рычажной передачи восьмиосного полувагона

Рисунок 3.5 – Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки зерна,
цемента, минеральных удобрений

Рисунок 3.6 – Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки
окатышей

Рисунок 3.7 – Схема тормозной рычажной передачи с раздельным торможение тележек
вагонов-хопперов моделей 19-7017, 19-7017-01, 19-9755, вагона для перевозки
контейнеров

Рисунок 3.8 – Схема тормозной рычажной передачи полувагона с раздельным

торможение тележек

• 4 Расчет колодочного тормоза
  
  Определение допускаемой величины тормозных нажатий

Для создания эффективной тормозной системы сила нажатия тормозной колодки
на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной силы сцепления колеса с
рельсом и вместе с тем исключать возможность появления юза при торможении. В
колодочном тормозе источником образования тормозной силы является ось колесной
пары. Поэтому допускаемую силу нажатия на колодки с учетом указанных положений
можно определить из условия равенства действующей на ось тормозной силы и силы
сцепления колесной пары при сухих и чистых рельсах:

mk·K·φk=q0·ψk·kc;

(4.1)

где mк – количество тормозных колодок, действующих на ось (следует принимать в
соответствии с заданной схемой тормозной рычажной передачи);

• K – допускаемая сила нажатия колодки на колесо, кН;
• φк – коэффициент трения тормозной колодки;
• qо – статическая осевая нагрузка, кН;
• ψк – коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении;

• kс – расчетный коэффициент использования запаса по сцеплению.

Коэффициент трения тормозной колодки зависит от материала, из которого она

изготовлена, давления на поверхности трения, скорости относительного перемещения и
ряда других факторов. Значения действительного коэффициента трения определяют по
эмпирическим формулам:

– для стандартных чугунных колодок

_л , 1.6А' +100 v +100

ф_к = 0.6----

ЗА'+ 100 5г+ 100

– для композиционных колодок

0.1A + 20 v + 150

Ф-. = 0,44---;

OAK+ 20 2v + 150

где K – действительная сила нажатия колодки на колесо, кН;

v – скорость движения вагона, км/ч.

С учетом соотношений номинальной площади трения колодки получим:

0ДК + 30 v г/Д+ 150

ф_к = 0.44---H-------.

OAK+ 30 2v г/Д+ 150

(4.2)

(4.3)

(4.4)

Таким образом, несмотря на простоту выражения (4.1), непосредственное
определение по нему допускаемой силы нажатия K несколько усложняется, так как
коэффициент трения φк, входящий в эту зависимость, является функцией того же К.

Подставляя зависимости (4.2)–(4.3) в уравнение (4.1) и проводя преобразования,
получаем квадратные уравнения вида, AK² + BK + C = из которых можно определить
допускаемую силу нажатия в колодочном тормозе:

– для стандартных чугунных колодок

0,024/и_к(г + 100) А'² + [15m_K(v + 100)- (v + 20)$_ov_Kfr_c]л -

-12,5(v + 20)^Mr_c =0;

– для композиционных колодок из материала ТИИР-300

(4.5)

0,055m_K (т + 15O)JC² + [11 w_K (v + 150)- (v + 75)g_oy_K£_c X -

-50(v +75)tf₀ V_Kfc_c =0;

(4.6)

– для композиционных колодок

O,O55w_K(v + 150)Г² + [11 w_K(v +150)- (1.3v + 75)?_ofJ_c]i'

-50(l,3v + 75)_5oy_K^ =0.

(4.7)

При расчете допускаемых сил нажатия по уравнениям (4.5)–(4.7) в качестве
скорости v используют расчетную скорость движения подвижного состава при
недопущении юза. Величину расчетной скорости движения следует принимать:

– 20 км/ч – для грузовых вагонов, оборудованных чугунными тормозными
колодками;

– 40 км/ч – для рефрижераторных вагонов, оборудованных чугунными колодками;

– 100 и 120 км/ч – для грузовых вагонов, оборудованных композиционными
колодками;

– 120 и 140 км/ч – для рефрижераторных вагонов, оборудованных

композиционными колодками.

Из указанных значений расчетной скорости при композиционных колодках
принимают одно в зависимости от конструкционной скорости вагона.

Статическая осевая нагрузка может быть определена по формуле:

|„ _+ + Й£

(4.8)
где T – масса тары вагона, т;

Q – масса перевозимого груза (грузоподъемность), т;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 ≈ 10 м/с²;

z – количество колесных пар вагона.

Действительный коэффициент сцепления колеса с рельсом в эксплуатации
изменяется в широких пределах (Т = 0,04 ... 0,30 ) в зависимости от состояния
поверхности рельсов и колес, скорости движения поезда, нагрузки от оси на рельсы, типа
рессорного подвешивания, типа тормозной системы, диаметра колеса, геометрии
поверхности катания колеса и рельсов (с учетом их износа), погодных условий и
множества других постоянно изменяющихся случайных факторов. Все факторы,
влияющие на коэффициент сцепления, учесть в расчетах невозможно.

Поэтому при проектировании тормозных систем используют расчетные значения
коэффициента сцепления, учитывающие его зависимость от скорости движения, осевой
нагрузки и типа подвижного состава. Для сети железных дорог Российской Федерации
расчетный коэффициент сцепления определяют по эмпирической формуле:

у_к =[0Д7-0,00015(д_о -50)]у(т),

где T(v) - функция скорости, зависящая от типа подвижного состава.

По результатам исследований для расчетов рекомендованы
зависимости:

– для грузовых вагонов с тележками модели 18-100 и им подобными

2,4т+ 81

– для рефрижераторных вагонов

у+ 576

4у + 576

(4.9)

следующие

• (4.10)
• (4.11)

При определении допускаемых сил нажатия коэффициент сцепления следует
находить для расчетной скорости движения. Расчетные значения коэффициента
сцепления при сухих и чистых рельсах в зависимости от скорости недопущения юза и
осевой нагрузки вагона, определенные по формуле (4.9), приведены в таблице 4.1.

Расчетный коэффициент использования запаса по сцеплению kc учитывает
возможную разгрузку задней по ходу движения колесной пары при торможении. При
отсутствии в тормозной системе противоюзных устройств для колодочного тормоза
принимают kc = 0,85. Если величина kc принята больше указанных значений, то на
подвижном составе необходимо предусматривать противоюзные устройства.

Таблица 4.1 – Расчетные значения коэффициента сцепления в зависимости от расчетных
скоростей движения и статической осевой нагрузки.

фти®м - ТИИР-ЗОО. ТИИР-ЗОЗ - шифр жэтериала ьохпоапин

В процессе торможения кинетическая энергия движущегося подвижного состава
преобразуется в тепловую энергию, что приводит к нагреву колеса и колодки. При
сильном нагреве происходят структурные изменения материала тормозной колодки и

поверхности катания колеса, а также из-за неравномерного нагрева в колесе возникают
термические напряжения и деформации. В дальнейшем это приводит к появлению
дефектов поверхности катания колеса. Поэтому полученную из выражений (4.5)–(4.6)
допускаемую силу нажатия в колодочном тормозе проверяют исходя из требований

тепловой нагруженности трущихся пар.

Такую проверку выполняют по допускаемым давлениям на тормозную колодку с
соблюдением условия

(4.12)

где Sк – номинальная площадь трения тормозной колодки, м²;

[p] – допускаемое давление на тормозную колодку, МПа.

Величину максимального допускаемого давления на тормозную колодку принимать
по таблице 4.2 в зависимости от ее типа и заданной скорости вагона.

Таблица 4.2 – Максимально допускаемое давление на тормозную колодку, МПа

Если условие (4.12) соблюдается, то полученную из условия безъюзового
торможения силу K принимают за допускаемое нажатие, а если указанное условие не
соблюдается, то допускаемое нажатие определяют по формуле:

Номинальная площадь трения чугунных тормозных колодок, как стандартных, так и с
повышенным содержанием фосфора, составляет 0,0305 м², секционных безгребневых –
0,0205 м². Площадь трения композиционных колодок следует принимать равной 0,0290 м².

5 Определение диаметра тормозного цилиндра

Необходимый диаметр тормозного цилиндра определяется из условия развития
необходимого усилия на штоке ТЦ в зависимости от усилия на поршне при наполнении

ТЦ сжатым воздухом:

c nd 2.,

6 тц

шт ^v тц ^ ⁿтц пр р ,

(5.1)

откуда

d = 2
тц

Р +Р +Р
шт пр р

V ^РтцПтц

(5.2)

где Pшт – усилие, развиваемое на штоке ТЦ, кН;

ртц – расчетное давление воздуха в тормозном цилиндре, МПа;F

dтц – диаметр тормозного цилиндра, м;

Птц - коэффициент, учитывающий потери на трение в тормозном цилиндре, р_тц =
0,98;

Fпр – усилие отпускной пружины тормозного цилиндра, кН;

Fар – усилие пружины авторегулятора тормозной рычажной передачи, приведенное к
штоку тормозного цилиндра, кН.

Усилие на штоке тормозного цилиндра, кН, необходимое для получения
допускаемой силы нажатия, необходимое для соблюдения условий безъюзного

торможения равное:

Р

шт

Кдоп • ml
n • Прп

(5.3)

где Кдоп – допускаемое нажатие на тормозную колодку вагона, кН;

m1 – число тормозных колодок рычажной передачи одного ТЦ;

n – передаточное число рычажной передачи;

ηрп – КПД рычажной передачи следует принимать для предачи с одним тормозным

цилиндром:

– четырехосного грузового вагона ηрп = 0,95;

– восьмиосного грузового вагона ηрп = 0,80;

– рефрижераторного вагона ηрп = 0,90;

– четырехосного грузового вагона с несимметричной рычажной передачей ηрп =
0,85;

Для рычажной передачи с двумя и более тормозными цилиндрами:

– четырехосного грузового вагона ηрп = 0,95;

– восьмиосного грузового вагона ηрп = 0,90.

Расчетное давление в тормозном цилиндре при экстренном торможении грузовых
и рефрижераторных вагонов, оборудованных воздухораспределителями №483М, следует
принимать равным 0,40 МПа.

Усилие отпускной пружины тормозного цилиндра, определяется по формуле:

где P0 – усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Lш – расчетный выход штока тормозного цилиндра, м;

Жпр – жёсткость отпускной пружины, Н/м.

Усилие предварительного сжатия и жесткость отпускной пружины следует
принимать в соответствии с таблицей 5.1, а в качестве расчетного выхода штока
тормозного цилиндра - значения его верхнего предела по таблице 5.2.

Таблица 5.1 – Характеристики пружин тормозных цилиндров

При износе тормозных колодок во время эксплуатации подвижного состава
увеличивается выход штока тормозного цилиндра при торможении и соответственно
зазор между тормозными колодками и колесами при отпущенном состоянии. Выход
штока тормозного цилиндра должен быть в пределах, предусмотренных нормативными
документами. Авторегулятор тормозной рычажной передачи предназначен для ее
автоматического регулирования по мере износа тормозных колодок за чет стягивания
головной тяги.

Усилие пружины авторегулятора тормозной рычажной передачи непосредственно
приложено к приводу авторегулятора и ослабляет усилие, передаваемое от штока
тормозного цилиндра к колодкам на головной и тыловой тягах. Однако при выполнении
расчетов усилие пружины авторегулятора удобнее приводить к штоку тормозного
цилиндра, используя зависимость:

Рпр=(Рор+lр⋅Жр)nр,

(5.5)

где Рор – усилие предварительного сжатия пружины авторегулятора, Н;

lр – величина сжатия пружины авторегулятора при торможении, м;

Жр – жесткость пружины авторегулятора, Н/м;

nр – коэффициент приведения, представляющий собой передаточное число

механического привода авторегулятора.

Таблица 5.2 – Выход штока тормозных цилиндров грузовых вагонов

Параметры авторегуляторов приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Параметры авторегуляторов рычажных передач

На подвижном составе применяют авторегуляторы с рычажным (рисунок 5.1) или
стержневым (рисунок 5.2) приводами. Именно привод авторегулятора контролирует
величину выхода штока тормозного цилиндра, а также передает авторегулятору при
торможении запас энергии (за счет сжатия пружины) для последующего сокращения
длины рычажной передачи.

Рисунок 5.1 – Схема рычажного привода авторегулятора тормозной рычажной передачи:
1 – тормозной цилиндр; 2 – авторегулятор; 3 – рычаг привода; 4 – распорка рычага привода; 5 –
горизонтальный рычаг; 6 – затяжка горизонтальных рычагов

1

Рисунок 5.2 – Схема стержневого привода авторегулятора тормозной рычажной
передачи:

1 – тормозной цилиндр; 2 – авторегулятор; 3 – стержень привода; 4 – упор стержня привода; 5 –
горизонтальный рычаг; 6 – затяжка горизонтальных рычагов

Стержневой привод авторегулятора применяют на пассажирских вагонах, а
рычажным приводом оборудуют грузовые и рефрижераторные вагоны. Исходя из
кинематической схемы передаточное число:

– для рычажного привода:
b з и + к

np =----- _ _

^{a а к} (5.6)

где а, б, з – размеры плеч горизонтального рычага рычажной передачи;

• и, к – размеры плеч рычага привода авторегулятора.

На вагонах-хопперах с несимметричной тормозной рычажной передачей для
авторегулятора применяют привод жесткого типа, схема которого показана на рисунке
5.3. Передаточное число такого привода.

Размеры плеч рычагов рычажного привода приведены в таблице 5.4.

б

n р =-----
а + б

(5.7)

При использовании в рычажной передаче авторегуляторов с пневматическим
приводом либо встроенных в тормозной цилиндр или при отсутствии авторегулятора
отсутствует ослабление усилия, развиваемого на штоке тормозного цилиндра, поэтому в
формулах (5.1) и (5.2) Fар не учитывают.

Рисунок 5.3 – Схема привода жесткого типа авторегулятора тормозной рычажной
передачи для вагонов-хопперов:

1 – тормозной цилиндр; 2 – рычаг тормозного цилиндра; 3 – упор привода авторегулятора; 4 –
авторегулятор

Таблица 5.4 – Размеры плеч рычагов привода авторегулятора

* В числителе приведены размеры для чугунных колодок, в знаменателе - для
композиционных.

** В скобках приведены значения для вагонов с нагрузкой 25т/ось и более

Определенный по формуле (5.2) диаметр тормозного цилиндра округляют до
ближайшего к стандартному из следующего ряда: 203, 254, 305, 330, 356, 400 мм.

• 6 Выбор типа воздухораспределителя и объема 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 грузового тормоза это время
не должно превышать 25 с. Такие величины времени наполнения ТЦ в грузовом поезде
обеспечиваются воздухораспределителем 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.

У грузового подвижного состава объём ЗР не зависит от диаметра и количества ТЦ.
Нормальная работа ВР грузового типа (усл. № 483) обеспечивается при наличии объёма
18

резервуара, равного объёму ТЦ грузового вагона, поэтому объём запасного резервуара
для грузового подвижного состава принимается равным 20·10³ см³.

Vтц=Fтц·Lдоп ,

(6.1)

где Vвп – объём вредного пространства ТЦ, см³ (для Dтц, равного 203, 254, 305, 330, 356,
400 мм соответственно Vвп равен 0,7; 1,0; 1,7; 2,0; 2,2; 2,5 литров (1 литр равен 10³ см³)).

Установившаяся величина давления воздуха в ТЦ определяется выражением:

P
тц

V Р

ЗР З

v +v +v

ЗР тц ВП

^,

где Pз – зарядное (поездное) давление воздуха в ТМ поезда, кгс/см² (0,5-0,52 для
грузового порожнего состава; 0,55-0,56 для грузового груженого состава);

Vзр – объём запасного резервуара, см³;

Vтц – объём тормозного цилиндра, см³.

Установившаяся величина давления воздуха в ТЦ определяется по условию:

hyn • (Жбп + К • Жмп ) + Руп

Ртц ⁼

(6.2)

FУП

^,

(6.3)

где hуп – полный ход уравнительного поршня ВР, равный 1,65 см;

ЖБП и ЖМП – 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;

Pуп – усилие предварительного сжатия большой пружины уравнительного поршня
ВР, находящаяся в пределах 12…14 кгс;

Fуп – площадь уравнительного поршня ВР, см² (диаметр поршня Dуп равен 50 мм).

• 7 Расчеты механической части тормозной системы грузовых вагонов.
  Вывод формулы передаточного числа рычажной тормозной передачи.

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 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 бывают с одно- и
двухсторонним нажатием колодок на колесо.

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

В состав 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 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 характеристиками
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:

, = Km.

Pш

(7.1)

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

k

Пl1

i=1

k

Пl

i=1

1i

— cos a

2i

(7.2)

где m – число тормозных колодок – триангелей, действующих от одного тормозного
цилиндра. У многоцилиндровых передач, в которых отсутствуют триангели, m

принимается равным числу колодок;

Пli – произведение длин ведущих плеч рычагов от штока тормозного цилиндра до
колесной пары;

Пl2i – произведение длин ведомых плеч рычагов;

k – количество рычагов от тормозного цилиндра до рассматриваемой колодки;

α – угол действия силы К прижатия тормозной колодки относительно
горизонтальной оси колеса. Для вагонов принимают α = 0 или α = 10.

Сила нажатия всех тормозных колодок на единице подвижного состава, как
правило, принимается одинаковой, поэтому при расчете суммарного передаточного
числа для колодок, действующих от одного тормозного цилиндра, учитывают длину
рычагов до ближайшей к цилиндру тормозной колодки. Длина рычагов принимается с

учетом их проектного наклона относительно тяг.

Значения плеч рычагов для заданных схем рычажных передач вагонов,
необходимые для расчет, приведены в таблице 7.1.

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:

(7.3)
где ηм– механический КПД рычажной передачи. Учитывает потери на трение в
шарнирах.

В ТРП железнодорожного подвижного состава передаточное отношение i и
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 7.1). При определении
передаточного числа для пары колодок, объединенных триангелем, или для одинарной
колодки остальные колодки считаются прижатыми. Это позволяет установить центр
поворота рычага и длину ведомого и ведущего плеч. Поскольку загрузка вагона
равномерно распределяются между осями экипажа, то передаточное число ТРП для всех
осей одинаково.

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.

Таблица 7.1 – Характеристики рычажных тормозных передач вагонов

окончание таблицы 7.1

Рисунок 7.1 – Схема расположения ведущих и ведомых плеч рычагов:

а – рычаг первого рода; б, в – рычаги второго рода; P1 – известная сила (со стороны тормозного
цилиндра); P2 – искомая сила (со стороны колодок);

• l1 – ведущее плечо; l2 – ведомое плечо

В грузовых вагонах нормальный выход штока 75–125 мм при чугунных колодках и
50–100 мм – при композиционных. 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 грузовых вагонов такая зависимость наступает только при глубокой (экстренной)
разрядке тормозной магистрали – величина давления в тормозных цилиндрах зависит от
выхода штока

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. 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 7.2).

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.

Рисунок 7.2 – Увеличение рабочей полости тормозного цилиндра за счет хомута на
поршне (а1 < а; б1 > б): а – при чугунных колодках; б – при композиционных колодках

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

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основная литература

• 1. Асадченко В.Р. Автоматические тормоза подвижного состава: Учебное пособие
  для вузов ж. д. транспорта. – М.: Маршрут, 2006.- 392с.
• 2. Иноземцев В.Г., Казарино в В.М., Ясенцев В.Ф. Автоматические тормоза:
  Учебник.- М.: Транспорт, 1981.- 464 с.
• 3. Расчёт и проектирование пневматической и механической частей тормозов
  вагонов. Учебное пособие для вузов ж.д. транспорта. Под ред. П.С. Анисимова. – М.:
  Маршрут, 2005. – 248 с.
• 4. Крылов В.В., Ефремов В.Н., Демушк и н П.И. Тормозное оборудование
  железнодорожного состава: Справочник.- М.: Транспорт, 1989.- 487 с.
• 5. Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления
  тормозами железнодорожного подвижного состава: Трансинфо, 2015-153 с.
• 6. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации.
  Приказ Минтранса России от 21.12.2010 г. №286 – М.: 2010. – 125 с.

Дополнительная литература

• 8. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи
  1520 мм (несамоходных). - М.: ГосНИИВ - ВНИИЖТ,1996. - 250 с.
• 9. Правила тяговых расчетов для поездной работы.- М.: Транспорт, 1985.- 287 с.
• 10. Иноземцев В.Г. Тормоза железнодорожного подвижного состава. Вопросы и
  ответы.- М.: Транспорт, 1987. - 208 с.
• 11. Крылов В.И., Крылов В.В. Автоматические тормоза подвижного состава.- М.:
  Транспорт, 1983. - 360 с.