Модуль5. Тормозные системы вагонов

Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра "Вагоны"

Тормозные системы вагонов (теория, конструкция, расчет)

Методические указания к выполнению контрольной работы для обучающихся
специальности 23.05.03 – «Подвижной состав железных дорог», специализации
«Вагоны», очной и заочной форм обучения

Составители:

А.В. Жебанов

Подписи и контактные телефоны авторов Зав. кафедрой "Вагоны"

_______________(А.В. Жебанов) __________________( С.В. Коркина)

Самара

2016

УДК 681.3.06

Тормозные системы вагонов (теория, конструкция, расчет): методические
указания для выполнения контрольной работы для обучающихся по специальности
23.05.03 – «Подвижной состав железных дорог», специализации «Вагоны» очной и
заочной форм обучения. – Самара : СамГУПС, 2016. – с.

Утверждено на заседании кафедры "Вагоны" __________ Протокол № _.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Методические указания предназначены для самостоятельного выполнения
обучающимися очной и заочной формы обучения контрольной работы по дисциплине
«Тормозные системы вагонов (теория, конструкция, расчет)» при выполнении которой
обучающиеся должны овладеть теоретическими и практическими знаниями в области
эксплуатации и ремонта тормозной техники, изучить устройство и работу тормозных
систем подвижного состава, ознакомить с методами тормозных расчетов и основами
проектирования автотормозного оборудования подвижного состава железных дорог
Российской Федерации.

Составители: Жебанов Александр Владимирович

Рецензенты: зав. кафедрой "Локомотивы", к.т.н., доцент А.Ю. Балакин;

начальник технического отдела службы вагонного хозяйства
Куйбышевской дирекции инфраструктуры – структурного
подразделения Центральной дирекции инфраструктуры – филиала
ОАО «РЖД» А.П. Больнов.

Редактор: И.А. Шимина

Подписано в печать Формат 60*84 1/16

Бумага писчая. Печать оперативная. Усл.п.л. 1,0

Тираж Заказ N

©Самарский государственный университет путей сообщения

Общие сведения

В ходе выполнения контрольной работы по дисциплине «Тормозные системы
вагонов (теория, конструкция, расчет)» обучающиеся должны приобрести следующие
компетенции:

– ПСК – 2.1 способностью организовывать эксплуатацию, техническое

обслуживание и ремонт вагонов различного типа и назначения, их тормозного и другого
оборудования, производственную деятельность подразделений вагонного хозяйства;
способностью проектировать вагоны, их тормозное оборудование, средства
автоматизации производственных процессов, оценивать показатели качества,
надежности, технического уровня и безопасности вагонов, качества продукции (услуг) и
технического уровня производства с использованием современных информационных
технологий , диагностических комплексов и систем менеджмента качества;

– ПСК – 2.3 знанием инфраструктуры, основные функции, методы управления
вагонным хозяйством, особенности эксплуатации, технологии технического
обслуживания и ремонта вагонов; умением определять показатели работы предприятий
вагонного хозяйства и систем вагонов для заданных условий, применять методы и
средства диагностики и контроля технического состояния к элементам вагонов;
владением метода оптимизации срока службы, параметров безопасности и системы
ремонта вагонов;

– ПСК – 2.4 знанием особенностей устройства, расчета, проектирования и

эксплуатации тормозных систем вагонов, новые тормозные приборы, методы и средства
технического диагностирования тормозных приборов в эксплуатации; умением
применять методы определения, проверки и расчета тормозной силы, параметров
пневматической и механической частей к конкретным тормозным системам вагонов,
производить проверку обеспеченности вагона тормозными средствами; умением
выявлять неисправности тормозов и различать особенности устройства и работы
различных тормозных систем вагонов; владением методами определения параметров

Содержание контрольной работы

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

Работа должна содержать:

• - титульный лист;
• - задание;
• - оглавление;
• - введение;
• - основные разделы:

• 1. Расчет колодочного или дискового тормоза.
• 2. Проверка обеспеченности вагона, поезда тормозными средствами.

• - заключение;
• - список использованных источников;

Методические указания к выполнению разделов работы

Исходные данные для выполнения пункта 1 и 2 контрольной работы
выбираются из таблицы 1 по последней цифре логина слушателя.

Таблица 1

Исходные данные

• ¹ ПСТ - полное служебное торможение; АС - автостопное;

ЭТ - экстренное.

• ² Ч - чугунные; К - композиционные.

Раздел "Расчет колодочного или дискового тормоза" должен включать следующие.

Колодочный тормоз с односторонней подвеской целесообразно применять при
скорости движения до 120 км/ч, а с двусторонней - при большой скорости (до 160 км/ч)

[1]. При скоростях движения свыше 160 км/ч колодочный тормоз следует применять
совместно с дисковым или барабанным тормозом.

Определение допускаемого нажатия тормозной колодки

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. Это
положение в колодочном тормозе выполняется при граничных условиях,

соответствующих сухим и чистым рельсам, и аналитически выражается уравнением,
приведенном в учебнике [1-3].

К ϕк = 0,85 ψк Рк, (1)

где К - допускаемая сила нажатия колодки на колесо, кН;

• ϕк - коэффициент трения тормозной колодки;

0,85 - коэффициент разгрузки задней колесной пары;

• ψк - коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении;

Р_к - статическая нагрузка на колесо, отнесенная к одной тормозной колодке, кН.

• С учетом указанных положений для дискового тормоза [2] уравнивание (1)
  примет вид

К ϕr r = 0,85 Рк ψr R, (2)

где К - допускаемая сила нажатия накладки на тормозной диск, кН;

r - расчетный радиус тормозного диска (r =0,24 м), м;

Рк - статическая нагрузка на колесо, отнесенная к одной тормозной накладке, кН;

R - радиус колеса (R = 0,475 м);

_{р =} (Т + Q) - g

к

2 - z - m

к

^,

(3)

где Т - масса тары вагона, т;

Q - масса перевозимого груза, т;

z - число колесных пар;

mк - количество тормозных колодок или их секций, приходящихся на одно колесо;
g = 9,81~10 м/с² - ускорение свободного падения.

Значения T+Q=q_6p, Z и m_K принимают по таблице 1 и по заданной схеме рычажной
тормозной передачи; для пассажирского вагона следует условно принять Т+Q =60 т.

Подставляя в формулу (1) значения коэффициента трения из [1-3] формулы (2) и
(4), получим:

для стандартных чугунных колодок

К (0,61,6 К ⁺¹⁰⁰

8 К +100

•

v ⁺¹⁰⁰ ) = 0,85^ P ;

кк

5 v +100

(4)

для композиционных колодок

К(0,44 К ^{+ 200}

4 К + 200

•

v ⁺¹⁵⁰ ) = 0,85^ P ,
2 v +150 к

(5)

где v - расчетная скорость движения экипажа при недопущении юза, км/ч (таблица 2).

После преобразований уравнения (4) и (5) примут вид:

0,16(v+1 00)K²+[v+ 1 00-0,57(v+20) укРк]К-

-7,08(v+20)_VkPk=0;

0,0055(v+150)K²+[1,1v+165-0,085(v+75)v_kP_kK-

-4,25(v+75)_VkPk=0.

Для дискового тормоза уравнения (2) после преобразований с учетом числовых значений R и r

примет вид

00013(0,51v+150)K²+[0,264(0,51v+150)-0,04(0,51v+75) *

*УкРк]К- 2,019(0,51v+75)VkPk=0.

(6)

(7)

(8)

Расчетные значения коэффициента сцепления в зависимости от скорости
недопущения юза и нагрузки колесной пары на рельсы для граничных условий при сухих
и чистых рельсах приведены в таблица 2. Нагрузка от колесной пары на рельсы

определяется из выражения

_л _ (T+Q)g
q⁰ = Z

.

(9)

Полученную из выражений (6), (7) и (8) допускаемую силу нажатия тормозной
колодки проверяют исходя из требований теплового режима трущихся пар:

К

- ^ [АРуд ], (10)

F
к

где F_k - номинальная площадь трения тормозной колодки, см² (таблица 3);

[∆ρуд] - допускаемое удельное давление на тормозную колодку, Н/см² (таблица 4).

Если

К

< [Др _л], то полученное выше значение К принимают за допускаемое

нажатие, а если

К

—)[Дp ] то допускаемое нажатие определяют по формуле

_F уд

к

Кдоп = [∆ρуд] Fк. (11)

Величина допускаемого удельного давления на тормозную колодку выбирается в
зависимости от материала (см. таблица 4) и заданной скорости поезда в начале
торможения (см. таблица 1).

Таблица 2

Расчетные значения коэффициента сцепления – Ψк

Примечание. Расчетную скорость движения при безъюзовом торможении v в уравнениях (6) - (8)
принимать: 20 и 40 км/ч для чугунных колодок, 100 км/ч и более - для композиционных колодок.

Таблица 3

Характеристика типовых тормозных колодок

Таблица 4

Допускаемое удельное давление [ Лр_уд ] на тормозную колодку, Н/см² (не более)

В разделе " Проверка обеспеченности вагона, поезда тормозными средствами "
необходимо учесть и отразить следующее.

Определение тормозного пути поезда

Тормозным путем называется расстояние, проходимое поездом от момента
перевода ручки крана машиниста или стоп-крана в тормозное положение до полной

остановки поезда.

Длина тормозного пути может быть рассчитана по формуле, вытекающей из
интегрирования уравнения движения тормозящего поезда [2].

Тормозной путь поезда в м условно определяется как сумма подготовительного

пути Sn и действительного пути торможения Sд, т.е.

л л vt v 500(v² - v²)

on нк

ST SU + SU + ^,

^д 3,6 Z(в + w + i )

т охc

(12)

где v_o - скорость поезда в момент начало торможения, км/ч;

• t_n - время подготовки тормозов к действию, с;
• vн , vк - начальная и конечная скорость поезда в принятом расчетном интервале
  скоростей (рекомендуется принимать этот интервал, равным 10 км/ч);

Z - замедление поезда в км/ч² под действием замедляющей силы, 1 Н/т
(принимается для грузовых и пассажирских поездов 12 км/ч², электропоездов -
11,9 км/ч²)

• в_т - удельная тормозная сила, Н/т, при средней скорости в каждом интервале,

равной vср=

v + v

нк

2

;

• w"_х - основное удельное сопротивление движению поезда при средней скорости в

каждом интервале при езде без тока, Н/т;

i_с - удельная замедляющая или ускоряющая сила от приведенного значения уклона
с учетом сопротивления и кривой, Н/т (принимается со знаком “+” для подъема
“-” для спуска).

Условно принимают, что при подготовке тормоза к действию сжатый воздух в
тормозной цилиндр не поступает и поэтому скорость движения поезда v0 за время
подготовки тормоза t_n не изменяется. Зато действительное торможение обусловлено
мгновенным увеличением тормозной силы.

Время подготовки тормозов к действию в секундах определяется при экстренном
и полном служебном торможении по следующим формулам:

для грузовых поездов длиной 200 осей и менее

10i

tn = ⁷";

в
т

для грузовых поездов длиной более 200 осей (до 300 осей)

15i
tn=10 - ^c ;

в_т

(13)

(14)

для грузовых поездов длиной более 300 осей

tn = 12-—; (15)

в
т

для пассажирских поездов на пневматических тормозах

tn = ⁴“^{; (}16)

в

т

для электропоездов и пассажирских поездов с электропневматическими
тормозами

tn = 2-—;(17)

в
т

при автостопном торможении

t1 = tn +12.(18)

Средняя удельная тормозная сила поезда

вт=10 000 Эр фкр ,(19)

где Эр - расчетный тормозной коэффициент поезда при экстренном торможении (см.
таблица 1); при полном служебном торможении он уменьшается на 20%.

Основное удельное сопротивление движению поезда определяется в такой
последовательности.

Удельное сопротивление локомотива в Н/т на холостом ходу (при движении без
тока)

wx = 24 + 0,11v + 0,0035v². (20)

Основное сопротивление грузового состава в Н/т определяют по формуле

^w0 =^a w₀₄ + Y w₀₈ , ⁽²¹⁾

где а,у - соответственно доли (не %!) 4- и 8-осных вагонов в составе по массе (см.
табл.1);

w₀₄ - основное удельное сопротивление 4-осных грузовых вагонов (q₀₄ >6т):

^Q 8 - x 1

' Q 8 - x 1 + Q 4 x 2 + Q4 - x 3,

где Q8; Q4 - соответственно масса вагонов (8-, 4-осных и т.д.) в поезде;

х₁; х₂; х₃ - соответственно количество вагонов в поезде по осности;
при роликовых подшипниках

" „ 30 + v + 0,025v²

w>4 = 7⁺----------------;

q₀₄

w₀₈ - основное удельное сопротивление 8-осных груженых вагонов;

. „ 60 + 0,38v + 0,021v²

w 08 = 7 +-------,--------^,-------.

q₀₈

Здесь q₀₄ , q₀₈ - масса, приходящаяся на одну ось, т,
соответственно 4- и 8-осного вагона.

Основное удельное сопротивление пассажирских вагонов в Н/т

w> 12 + 0,12v + 0,0035v².

(22)

(23)

(24)

(25)

Основное удельное сопротивление движению поезда при езде без тока в Н/т

w"Q + w P
0 c xл

w —------------,

^ох Q + P

сл

(26)

где Q_c - масса состава (см. таблица 1);

Р_л - масса локомотива грузового или пассажирского (см. таблицу 5).

Таблица 5

Расчетная масса локомотива и количество тормозных осей

Удельная сила от уклона в Н/т

ic=10i, (25)

где i - величина уклона (см. таблицу 1).

Результаты подсчета тормозного пути рекомендуется сводить в итоговую таблицу
(прил. 2). По данным этой таблицы строят график Sт = f(v).

Подсчитанный по формуле (37) тормозной путь не должен быть более величины,
указанной в таблице 6.

Таблица 6

Тормозные пути, установленные в [6, табл. 3.1]

Требования к оформлению работы

Оглавление включает наименование всех разделов и подразделов с указанием
номеров страниц, на которых размещается начало материала. Цифры, обозначающие
номера страниц в оглавления, должны быть написаны по вертикали на одной линии на
расстоянии 15 мм от правого края страницы; перед цифрами ставятся точки.

Введение должно кратко характеризовать современное состояние технической
проблемы, которой посвящена работа, определять цель работы и основные задачи. При
применении новых и более усовершенствованных методов технического обслуживания и
контроля деталей (улов) подвижного состава, разработке прогрессивных
технологических процессов, механизмов, машин и оборудования, приспособлений
комплексной механизации и автоматизации работ следует четко сформулировать, в чем
заключается актуальность, целесообразность и эффективность методов технического
обслуживания тормозного оборудования.

Основная часть по содержанию должна полно отражать разработку вопросов,
указанных в задании.

Заключение должно содержать краткие выводы по результатам выполненной
работы.

Список использованных источников должен содержать перечень источников,
использованных при выполнении контрольной работы.

Текст записки следует писать, соблюдая следующие размеры полей от рамки
формы: в начале строк - не менее 5 мм, в конце - не менее 3 мм.

Расстояние от верхней или нижней строки текста до верхней или нижней рамки
формы должны быть не менее 10 мм,

Выполнение текста контрольной работы на компьютере производится шрифтом
«Тimes New Roman» №14 с 1,5 межстрочным интервалом. Текст размещается на каждой
странице в пределах одинакового рабочего пространства, которое ограничено со всех
сторон свободными полями: слева на 30 мм от края листа, справа – на 10 мм, сверху – на
20 мм, снизу – 20 мм. Абзацы в рукописном тексте начинают с отступом от левого края
рабочего пространства 15 мм, а в машинописном тексте отступ составляет 5-6 пробелов
(1,25 мм). Отступы по всему тексту должны быть одинаковы.

Все страницы контрольной работы должны быть последовательно пронумерованы.
Первым листом считается титульный, его не нумеруют. Номер страницы проставляется в
нижней части листа посередине.

По ходу изложения материала следует давать ссылки на литературу, откуда
заимствованы формулы или данные требуемые для расчета. Например, "Здесь и в
следующем параграфе используются формулы (нормы), приведенные в работах [3 и 7]. В
списке литературы под этими номерами указываются источники. Текст нужно излагать
грамотно.

Каждый пункт текста записывается с абзаца. Цифры, указывающие номера
пунктов, не должны выступать за границу абзаца. Порядковые номера разделов
обозначаются арабскими цифрами без точки. Подразделы должны иметь порядковые
номера в пределах каждого раздела. Номера подразделов состоят из номеров раздела и
подраздела, разделенных точкой.

Наименование разделов должно быть кратким, соответствовать содержанию и
записываться в виде заголовков строчными буквами (кроме первой, прописной).
Наименование подразделов записывают в виде заголовков строчными буквами (кроме
первой, прописной). Перенос слов в заголовках не допускается. Точку в конце заголовка
не ставят. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой.
Расстояние между заголовком и текстом, а также между заголовками и подразделами
должно быть не менее 10 мм, а между последней строкой текста подраздела и
последующим заголовком подраздела - не менее 15 мм.

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.
• 7. Типовой расчет тормоза грузовых и рефрижераторных вагонов. - М.: ЦВ-
  ВНИИЖТ МПС СССР. 1996. - 76 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.