Расчет ТРП

1 Расчет колодочного  тормоза. 

     1.1 Определение допустимого нажатия  тормозной колодки

      Для создания эффективной тормозной  системы сила нажатия тормозной  колодки на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной силы сцепления  колеса с рельсом и в месте  с тем исключать возможность появления юза при торможении. Это положение в колодочном тормозе выполняется при граничных условиях, соответствующих сухим и чистым рельсам, и аналитически выражаются уравнением

где К  – допустимая сила нажатия колодки на колесо, кН;

φ_к – действительный коэффициент трения тормозной колодки о колесо;

0,85 –  коэффициент, учитывающий разгрузку  задней колесной пары;

ψ_к – коэффициент сцепления колеса с рельсом при торможении;

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

где Р_у – учетный вес электровоза, тепловоза или вагона электропоезда, тс

z=12 – число колесных пар (тормозных осей) электровоза, тепловоза или вагона электропоезда;

m_k=2 – количество тормозных колодок или их секций, приходящихся на одно колесо;

g=9,81≈10 м/с – ускорение свободного падения.

      Значение  m_k принимаются по заданной для расчета рычажной передачи, а значения P_Y, z – по таблице 2 [1].

     Найдем  коэффициент трения для стандартных  чугунных колодок

     

     

     

     где v=7 км/ч – расчетная скорость движения экипажа при недопущении юза, км/ч (таблица 3 методические указания).

     Коэффициент сцепления ψ_к=0,1275 выбирается из таблицы 3 (методическое указание) в зависимости от скорости недопущения юза и нагрузки колесной пары на рельсы для граничных условий при сухих и чистых рельсах методом интерполяции.

     После преобразования формулы получим

 

      Нагрузка от колесной пары на рельсы определяется из выражения

      Полученное  значение К проверяем исходя из требований теплового режима трущихся пар

где F_k=442 см² – номинальная площадь трения тормозной колодки; (таблица 4 [1])

- допустимое удельное давление  на тормозную колодку; (таблица  5 методические указания). 
 
 
 

1.2 Вывод формулы  и определение передаточного  числа рычажной 

тормозной передачи.

      Характерной чертой каждой рычажной передачи является передаточное число n. Оно показывает во сколько раз сумма нажатия тормозных колодок больше усилий на штоки тормозного цилиндра:

      Передаточное  число определяется как произведение отношений ведущих плеч к ведомым. Тормозная рычажная передача (ТРП) воспринимает усилия от штока тормозного цилиндра, увеличивает его в несколько раз и равномерно между тормозными колодками.

Выбираем  стандартное значение n_об=6,22 для тепловоза 2ТЭ116.

      Величина  угла наклона колодки α принимать для электровозов, тепловозов и моторных вагонов электропоездов 30⁰, а для головных и прицепных вагонов – 10⁰. 

     1.3 Определение диаметра тормозного  цилиндра

      Диаметр тормозного цилиндра находят из известной  зависимости, связывающей необходимое  на штоке тормозное усилие с усилием, действующим на поршень при наполнении тормозного цилиндра сжатым воздухом:

Откуда

где Р_шт – усилие, развиваемое по штоку поршня тормозного цилиндра при условии безъюзового торможения, Н;

     Р_тц=0,42 МПа – давление воздуха в тормозном цилиндре для пассажирских электровозов, тепловозов и вагонов электропоездов.

     

     Р₀=1240 Н – усилие предварительной затяжки отпускной пружины тормозного цилиндра. (таблица 6 методические указания).

     Lдоп=12,5, см – максимально допустимый ход поршня тормозного цилиндра, (таблица 6 методические указания);

     Ж_пр=51,7 Н/см – жесткость тормозной пружины (таблица 6 методические указания).

      η_тц=0,98 – КПД тормозного цилиндра (потери на трение).

      Усилие, развиваемое по штоку поршня тормозного цилиндра при условии безъюзового торможения:

где   К_доп – допустимое нажатие на тормозную колодку электровоза, тепловоза или вагона электропоезда.

      η_рп=0,9 – коэффициент силовых потерь на трение в рычажной передаче для вагонов электропоездов.

      m=2 – число колодок рычажной передачи, действующих от одного тормозного цилиндра.

Определяем  диаметр тормозного цилиндра

      По  полученному диаметру тормозного цилиндра выбираем ближайший больший стандартный  цилиндр d_{тц. ст.}=254 мм.

      Пересчитываем значение P_шт

 
 
 
 

1.4 Выбор  воздушной части тормозной системы.

      В воздушной части тяговой единицы  подвижного состава входят: компрессорная  установка, кран машиниста, воздухораспределитель, запасной резервуар, воздухопровод с арматурой и другие приборы.

     При разработке воздушной части тормозной  системы электровоза, тепловоза  или вагона электропоезда предварительно выбирают тип воздухораспределителя. На железных дорогах России определяют следующие типы воздухораспределителей: усл.№292-001, усл.№292М, усл.№ 305-000, усл.№483, усл.№483М и др. Тип воздухораспределителей выбирают, исходя из времени заполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом до 90% его максимального давления. Для пассажирского тормоза это время не должно превышать 8 сек., а для грузового – 25сек. Такие величины времени наполнения тормозного цилиндра в пассажирском тормозе обеспечиваются воздухораспределителями усл.№292-001, усл.№292М, а в грузовом – усл.№483, усл.№483М.

      Для тепловоза 2ТЭ116 выбираем воздухораспределитель усл.№483М.

      Минимальный объем запасного резервуара определяется

где F_тц – площадь поршня тормозного цилиндра,

     По  найденной величине минимального объема принимают ближайший больший стандартный запасной резервуар V_зр=20×10³ см^3.

     

     

     1.5 Определение подачи (производительности) компрессора и объема главного  резервуаров.

     Общий часовой расход воздуха, который  должен подводиться компрессором при  частных торможениях, в см³/ч

     

     Где  Q_тор – расход сжатого воздуха на торможение, см³/ч;

     Q_ут – расход сжатого воздуха на утечки из магистрали и приборов тормозной системы, см³/ч;

     Q_др – другие расходы, см³/ч;

     Q_тор определяется по следующей формуле

     

     где ΔР_тм=0,09 МПа – снижение давления воздуха в тормозной магистрали при регулировочном торможении (0,08 – 0,1 Мпа);

     ΔР_бор=0,1 Мпа – атмосферное давление воздуха, Мпа;

     К=10 ч^-1 – число регулировочных торможений за 1 ч для тепловозов;

     V_тс – объем тормозной сети поезда или электропоезда (магистрали с отростками, запасных резервуаров и рабочих камер), см³. Определяется по следующей формуле:

     

     где V_тм=38,8×10³ см³ – объем тормозной магистрали конкретной подвижной единицы, (таблица 7 [1]).

     V_зр=20×10³ см³ – объем запасного резервуара конкретной подвижной единицы (для тепловоза определен выше);

     V_рр=12,5×10³  см³  –         объем        рабочих       резервуаров воздухораспределителя

     

пассажирской  подвижной единицы;

            r_ni=62 – число конкретных подвижных единиц, включенных в поезд по заданию (включая локомотив и различные типы вагонов).

      Расход  сжатого воздуха на утечки из магистрали и приборов тормозной системы  Q_ут определяется по следующей формуле:

где ΔР_ут=0,02 МПа×мин – допустимое снижение давления в тормозной магистрали в минуту за счет утечек (в соответствии с действующими инструкциями принимается 0,02 МПа×мин при давлении в магистрали 0,5 МПа).

      Другие  расходы (питание различных вспомогательных  механизмов, открывание и закрывание дверей вагонов электропоезда и др.) можно принять следующее для тепловозов:

      Подставляем в формулу для Q_общ полученные значения:

      Потребная подача компрессора в см³/мин может быть определена:

где 1,3 – коэффициент, учитывающий необходимость включения компрессора для охлаждения;

      Q_лок.ут.=150×10³ см³/мин – расход сжатого воздуха на компенсирование утечек из главных резервуаров и напорной сети электровоза, тепловоза, электропоезда.

      Необходимый объем главных резервуаров из условия наполнения тормозной магистрали (без питания запасных резервуаров) после торможения в см³:

где ΔР_м=0,15 МПа – снижение давления сжатого воздуха в тормозной магистрали поезда при полном служебном торможении;

      ΔР_гр=0,2 МПа – допустимый перепад давления воздуха в главных резервуарах при полном служебном торможении.

      По  полученной величине V_гр принимаем ближайший больший стандартный объем главных резервуаров: V_гр.ст.=170×10³ см³.

      Найденные подачу компрессора и емкости главных резервуаров необходимо проверить для случаев отпуска и зарядки тормозов после служебного и экстренного торможения. В основу расчета принимаем уравнение баланса расхода сжатого воздуха в следующем виде: