Оценка эффективности пневматической тормозной системы вагонов метрополитена
Введение
пневматический
тормозной вагон метрополитен
Самыми распространёнными являются пневматические
тормоза, которые приводятся в действие сжатым воздухом. В них воздух поступает
в тормозные цилиндры и давит на поршень, который преобразует давление воздуха в
усилие, передающееся через тормозную рычажную передачу на тормозные колодки,
прижимая их к ободу колеса, либо к тормозному диску на оси. Впервые
пневматический тормоз был предложен в 1869 году Вестингаузом и с тех пор
постоянно совершенствовался. Тормоз Вестингауза имеет только два режима -
торможение и отпуск, в настоящее время он ещё используется в поездах
метрополитена. В отличие от него, современные пневматические тормоза позволяют
регулировать тормозную силу, меняя давление воздуха в тормозных цилиндрах.
Машинист управляет тормозами, изменяя давление в тормозной магистрали, при
помощи крана машиниста - производит разрядку тормозной магистрали (торможение),
поддерживает установленное давление (перекрыша) и заряжает тормозную магистраль
(отпуск тормозов).
1.Расчёт колодочного тормоза
Определение допускаемого нажатия тормозной
колодки. Для создания эффективной тормозной системы, сила нажатия тормозной
колодки на колесо должна обеспечивать реализацию максимальной силы сцепления
колеса с рельсами и вместе с тем исключить возможность появления юза.
Это положение выполняется при ограниченных
условиях и выражается в уравнении:
,
где К - допустимая сила нажатия
колодки на колесо, 
- действительный
коэффициент трения колодки о колесо, 0.85 - коэф. разгрузки задней колесной
пары, 
-коэф.
сцепления колеса с рельсом при торможении, 
- статическая нагрузка приведенная
на колесо от одной колодки равна:
,
где P - расчётная масса вагона, m - количество
тормозных колодок приходящих на одно колесо, Z - число колесных пар вагонов.
После подстановки в расчётную
формулу, для имеем:
Расчетное значение принимаем в
зависимости от расчётной скорости не допущения юза и нагрузке колёсной пары на
рельсы (40км/ч для чугунных колодок).
Статическая нагрузка на колесо
отнесённая к одной колодке равна:
Проверяют полученные цифровые значения
допустимой силы нажатия тормозной колодки, исходя из требования теплового
баланса на основе выражения:
,
где 
- номинальная площадь трения
тормозной колодки (
,
), 
- допустимое
удельное давление на тормозную колодку(
,
)
В случае, если 
рассчитанные
допустимые значения нажатия принимают для расчётов, если 
допустимое
нажатие определяется выражением:
2.Определение
диаметра тормозного цилиндра
Диаметр тормозного цилиндра определяется из
условия развития необходимого усилия на штоке тормозного цилиндра, в зависимости
от усилия на поршне при наполнение цилиндра сжатым воздухом.
,
,
где 
- усилие на штоке тормозного
цилиндра необходимое для соблюдения условий безюзного торможения:
,
,
где 
- допустимое нажатие на колодку, L -
число колодок рычажной передачи одного тормозного цилиндра, n - передаточное
число рычажной передачи 
, 
- КПД
рычажной передачи 
, 
- площадь
тормозного цилиндра равная 
, 
где 
- внутренний диаметр тормозного
цилиндра, 
, 
- усилие
отпускной пружины.
,
,
где 
- усилие предварительной затяжки
пружины тормозного цилиндра 
, 
-максимально допустимый ход поршня
тормозного цилиндра 
, 
- жесткость
отпускной пружины 
, 
.
,
,
Из стандартного ряда выбираем
диаметр тормозного цилиндра:
: 203; 254; 305; 330; 356; 400.
Принимаем диаметр тормозного
цилиндра равный 356мм.
3. Выбор типа воздухораспределителя
и объема запаса резервуара
В воздушную часть тормозов входит:
воздухораспределитель;
запасный резервуар;
воздухопровод с арматурой.
При разработке воздушной части
тормозной системы выбирают тип воздухораспределителя исходя из времени
наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом до 90% его максимального
значения. В зависимости от принятого диаметра тормозного цилиндра определяют
объем запасного резервуара по формуле:
Выбираем объём цилиндра из
стандартного ряда:
; 
; 
.
Применяем объем цилиндра равный 
Правильность выбора воздушной части
тормозной системы для случая полного служебного торможения, сложно оценить по
необходимой величине снижения давления воздуха в тормозной магистрали поезда и
установившейся величине давления воздуха в цилиндре:
,
где 
- необходимая величина снижения
давления воздуха в тормозной магистрали поезда, 
- зарядное (поездное) давление воздуха
в тормозной магистрали поезда 
, 
- объем тормозного цилиндра равный 
, 
- объем
вредного пространства тормозного цилиндра 
.
Установившаяся величина воздуха в
тормозном цилиндре определяется выражением:
4. 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:
,
где 
- суммарное расчетное нажатие
тормозных колодок состава, 
- масса головного вагона 
- масса
моторного вагона.
,
где 
- количество тормозных осей вагона,
- расчётное
нажатие одной тормозной колодки 
, 
- количество однотипных вагонов в
поезде.
5. Определение тормозного пути
поезда
Тормозным путём называется расстояние проходимое
поездом за время прошедшее от момента перевода ручки крана машиниста или
стоп-крана в тормозное положение до полной остановки поезда. Тормозной путь
поезда определяется как сумма подготовительного и действительного пути:
,
,
где 
- скорость поезда в начальный
момент торможения, 
- время
подготовки тормозов в действие 
, при автостопном торможении общее
время подготовки увеличивается на 
.
- начальные и конечные скорости
поезда на принятом расчетном интервале скоростей, 
- замедление
поезда под действием замедляющей силы 
, 
- удельная тормозная сила равная для
каждого интервала скоростей 
, где 
- расчётный тормозной коэффициент
поезда, - расчётный
коэффициент трения при средней скорости на выбранном интервале скоростей, для
композиционных 
.
Основное удельное сопротивление
движению поезда при езде без тяги для прицепных:
,
для головных:
.
Основное удельное сопротивление
поезда равно:
где 
- масса головного вагона - масса
моторного вагона.
Расчёт для интервала: 40-30 км/ч
0,3;
;
;
;
Расчёт для интервала: 30-20 км/ч
0,22;
;
;
;
Расчёт для интервала: 20-10 км/ч
0,23;
;
;
;
Расчёт для интервала: 10-0 км/ч
0,25;
;
;
;
.
Таблица 2.1
|
Vн (км/ч
|
Vк (км/ч)
|
Vср (км/ч)
|
φкр
|
bt
|
ϖо"
|
ϖх"
|
ϖох"
|
bt+ ϖох"+i
|
4,17( Vн-Vк)
|
ΔSd
|
Sd
|
St
|
|
40
|
30
|
35
|
0,2144
|
143,65
|
1,98
|
2,15
|
226,52
|
365,18
|
2919
|
7,99
|
19,33
|
0,08
|
|
30
|
20
|
25
|
0,22
|
1,72
|
1,82
|
194,45
|
340,20
|
2085
|
6,12
|
11,33
|
|
|
20
|
10
|
15
|
0,23
|
160,0
|
1,51
|
1,54
|
167,4
|
322,4
|
1251
|
3,87
|
5,210
|
|
|
10
|
0
|
5
|
0,25
|
172,6
|
1,34
|
1,31
|
145,4
|
313,16
|
417
|
1,33
|
1,33
|
|
Рис. 1 Отношение средней скорости вагонов от
пройденного пути во время торможения.
6. Вычисление замедления и времени
торможения
Для оценки эффективности действия тормозов
используется величина среднего замедления, реализованная при торможении и
определяемая из уравнения сохранения энергии замедляющего поезда
где 
- скорости в начале и в конце
расчётного интервала, 
- длина
участка пути найденная на данном расчётном интервале.
Таким образом величина среднего
замедления представляет собой удельную кинетическую энергию поезда, которая
гасится его тормозной системой на единице длины тормозного пути.
Время торможения поезда представляет
собой сумму времени подготовки тормозов к действию и действительного времени
торможения.
;
Расчёт для интервала: 40-30 км/ч
;
.
Расчёт для интервала: 30-20 км/ч
;
.
Расчёт для интервала: 20-10 км/ч
;
.
Расчёт для интервала: 10-0 км/ч
;
.
Таблица 2.2
Рис. 2 Зависимость времени торможения вагонов от
средней скорости.
Рис. 3 Зависимость замедления вагонов от средней
скорости.
Заключение
В результате выполнения курсовой работы был
произведён расчёт колодочного тормоза, определён диаметр тормозного цилиндра.
По полученным значениям определили тип воздухораспределителя и объем запаса
резервуара. Определили тормозной путь поезда, вычислили замедление и время
торможения. По полученным значения был построен график зависимости времени
торможения вагонов от средней скорости. Замедления вагонов от средней скорости,
а так же отношение средней скорости вагонов от пройденного пути во время
торможения
Список литературы
.В.
А. Раков «Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского
Союза 1976-1985», 1990
.Руководство
по эксплуатации вагонов метрополитена моделей 81-717и 81-714 / Акционерное
общество «Метровагонмаш». - Москва: Транспорт, 1995. - 447 с.
.Анисимов
П.С. (ред.). Расчет и проектирование пневматической и механической частей
тормозов вагонов. Учебное пособие. - М.: Маршрут, 2005. - 248 с.