CALCULATION RESEARCH OF THE BRAKING EFFICIENCY IMPROVEMENT OF A FREIGHT CAR WITH SEPARATE BRAKING TRUCKS

© ДонченкоА. В., ВодянниковЮ. Я., СафроновА. М., ШелейкоТ. В, 2009

УДК

629.4.077-592.117

А

.

В

.

ДОНЧЕНКО

,

Ю

.

Я

.

ВОДЯННИКОВ

,

А

.

М

.

САФРОНОВ

,

Т

.

В

.

ШЕЛЕЙКО

(

ГП

«

УкрНИИВ

»,

Кременчуг

)

РАСЧЕТНЫЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

ПО

УЛУЧШЕНИЮ

ТОРМОЗНОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ

ГРУЗОВОГО

ВАГОНА

С

РАЗДЕЛЬНЫМ

ТОРМОЖЕНИЕМ

ТЕЛЕЖЕК

Наведенорезультатирозрахунковихдослідженьщодовиборузначеньпередаточнихчисел, заякихгаль

-мівнаефективністьтагальмівніхарактеристикивантажноговагоназроздільнимгальмуваннямвізківзадо

-вольняютьнормативнимвимогам.

Представленырезультатырасчетныхисследований повыборузначенийпередаточных чисел, прикото

-рых тормозная эффективность и тормозные характеристики грузового вагона сраздельным торможением тележекудовлетворяютнормативнымтребованиям.

The results of design analyses concerning the selection of reduction ratio values are presented. The braking ef-fectiveness and performance of a freight wagon with the separate braking of the bogies meet the normative require-ments at these reduction ratio values.

Основнойзадачей, возникающейприпроек

-тировании тормозных систем с раздельным торможением тележек, является выбор переда

-точного числа тормозной рычажной передачи.

Актуальность решения этой проблемы состоит в унификации размеров рычагов для грузовых вагонов с раздельным торможением тележек,

как это было предусмотрено для вагонов с ти

-повойтормознойсистемой.

Передаточное число тормозной рычажной передачи грузового вагона ограничено «свер

-ху» и «снизу». Ограничение «сверху» обуслов

-лено недопущением юза, а «снизу» - мини

-мально допустимыми значениями расчетных коэффициентов сил нажатия колодок [1], а такжеминимально допустимойвеличиной тор

-мозногопутигрузовогопоезданауклонах [2].

Максимальная величина силы нажатия тор

-мозных колодок проверяется по наименьшему допустимому коэффициенту сцепления колеса

срельсом, приэтомдолжно выполнятьсяусло

-вие [1]:

р кр [ к].

δ ⋅ ϕ ≤ ψ (1)

Определимтакжезапаспоюзу 10 %, т.е.:

р кр

δ ⋅ ϕ ≤ 0,9[ψ_к], (2)

где δ_р– расчетный коэффициент сил нажатия колодок:

р

1

р m

i

К

Т

=

δ =

∑

, (3)

р

К – расчетная сила нажатия тормозной колодки;

m – числотормозныхколодокнавагоне; T – силатяжестипорожнеговагона (тара);

кр

ϕ – расчетный коэффициент трения тор

-мозных композиционных и чугунных колодок,

определяетсяпоформулам [3]:

кр

150 0,36

2 150 V

V

+

ϕ = ⋅

⋅ + ; (4)

кр

100 0,27

5 100 V

V

+

ϕ = ⋅

⋅ + ; (5)

[ ]

Ψк – расчетный предельный коэффици -ент сцепления колеса с рельсом при торможе

-нии [1]:

[ ]

Ψ = Ψк

( ) ( )

qo ⋅ Ψ V . (6)

Здесь Ψ

( )

q_o – коэффициент, зависящий от осевойнагрузкинаколеснуюпару [3]:

( )

qo 0,17 0,0015 (qo 5)

Ψ = − ⋅ − , (7)

( )

V

Ψ – коэффициент, зависящийот скоро

-стидвижения [3]:

( )

81

2,4 81 V V

V

+

Ψ =

⋅ + , (8)

o

q – нагрузка наколеснуюпару (осеваяна

Предельноезначение расчетногокоэффици

-ента силы нажатия колодок определяется из равенства (1)

[ ]

к р

кр

Ψ ⎡ ⎤δ =

⎣ ⎦ _ϕ . (9)

Предельнодопустимыезначениярасчетного коэффициента силы нажатия колодок в диапа

-зоне скоростей 10…140 км/ч в зависимости от массытарыпредставленынарис. 1, изкоторого следует, что для композиционных колодок с повышением скорости допустимый расчетный коэффициент уменьшается, а для чугунных –

увеличивается.

Предельнаярасчетнаясиланажатияколодки на колесо для порожнего вагона определялась изуравнения (3):

[ ]

к р кр Т К m ⋅ Ψ ⎡ ⎤ =

⎣ ⎦ _{⋅ ϕ} . (10)

Разрешающие уравнения для определения предельно допустимых действительных сил нажатия композиционных и чугунных тормоз

-ных колодок на колеса

[ ]

К , с учетом формул

1.14, 1.15 [3] и (10), имеютвид:

[ ]

_{[ ] [ ]}

[ ]

к кр 20 1,22 4 20 К T К m К Ψ + ⋅ = ⋅ ⋅

ϕ ⋅ + ; (11)

[ ]

к

_{[ ]}

кр 16 100 2, 22 80 100 К T К m К ψ + ⋅ = ⋅

ϕ + . (12)

Предельно допустимые значения переда

-точныхчисел определялись примаксимальных давлениях в тормозных цилиндрах (1,6 кгс/см2

длякомпозиционных колодок и 2,0 кгс/см2_для

чугунных) без учета усилия на авторегуляторе

[1] поформуле:

2

ц

ц ц 1 п

[ ] [ ] ( ) 4 K m n d р F ⋅ = π ⋅

⋅ ⋅ η − ⋅ η

. (13)

Номограммыопределенияпредельнодопус

-тимых значений передаточных чисел тормоз

-ных рычажных передач грузовых вагонов при композиционных колодках в зависимости от массытарыпредставленынарис. 2.

Втабл. 1 приведеныинтервальныезначения верхнихграницпередаточныхчиселрычажных передач грузовых вагонов с раздельным тор

-можением тележек при композиционных ко

-лодкахдляскоростей 100, 120 и 140 км/ч.

Результаты расчета тормозной эффективно

-стидля груженого вагона сраздельным тормо

-жением тележек (ограничение «снизу»), вы

-полненные по типовой методике при мини

-мальных значения передаточных чисел (для композиционных колодок при скорости 120 км/ч, длячугунных – 20 км/ч) идавленийв тормозных цилиндрах (3,0 кгс/см2 _{для компо}

-зиционных колодок и 4,0 кгс/см2 _{для чугун}

-ных), показали (табл. 2), что для вагона с мас

-сой тары 20 т тормознаяэффективность не со

-ответствует нормативной [1] в пределах верх

-ней и нижней границ интервала изменения передаточного числа, а для массы тары 21 и 22 т нижнему предельному значению (Ψ_р= = 0,9[ψ_к]) передаточногочисла.

С целью выполнения требований [1] была проведенауточненнаяоценкаинтерваловизме

-нения предельных границ передаточных чисел тормозных рычажных передач. Уточненные значения для выбора передаточных чисел для тормознойсистемы грузовых вагонов приком

-позиционных колодкахпредставленывтабл. 3,

причемдлямассытары 20 тнеобходимоувели

-чить минимальное давление до 3,1 кгс/см2, а для массы тары 21 и 22 т – увеличить переда

-точноеотношение.

Для максимальной скорости движения гру

-зовых и пассажирских поездов установлено единое наименьшее тормозное нажатие впере

-счете на чугунные тормозные колодки на каж

-дые 100 тс веса, так, например, для грузовых поездовдляскоростидвижениядо 90 км/чсила нажатиядолжнасоставлять 33 тс [4].

Расчетные коэффициенты силы нажатия композиционных колодок в пересчете на чу

-гунныеопределялисьпономограммам, которые былиполученыисходяизравенстватормозных путей грузовых поездов соответственно на композиционныхичугунныхколодках. Резуль

-татыпересчетапредставленывтабл. 4.

Тормозныепутинаспусках 6 ‰ и 10 ‰ оп

-ределялисьпоформуле [5]:

2 2

o п 1

т

т ox c

4,17 ( ) 3,6

n n

V t V V

S

b W i

+

⋅ ⋅ −

= +

+ +

∑

, (14)

где V_o – скорость в начальный момент тормо

-жения, км/ч;

t_п – время подготовки автотормозов к действию, с, которое определяется для грузо

-вых поездов длиной до 200 осей по формуле

[5]: c п т 10 7 i t b ⋅

0,320 0,322 0,324 0,326 0,328 0,330 0,332 0,334 0,336 0,338 0,340 0,342 0,344 0,346 0,348 0,350 0,352 0,354 0,356 0,358 0,360 0,362 0,364 0,366 0,368 0,370 0,372 0,374 0,376 0,378 0,380 0,382 0,384 0,386 0,388 0,390 0,392 0,394 0,396 0,398 0,400 0,402 0,404 0,406 0,408 0,410 0,412 0,414

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 V,150км/ч

[δрк]

0,660 0,670 0,680 0,690 0,700 0,710 0,720 0,730 0,740 0,750 0,760 0,770 0,780 0,790 0,800 0,810 0,820 0,830 0,840 0,850 0,860 0,870 0,880 0,890 0,900 0,910 0,920 0,930 0,940 0,950 0,960 0,970 0,980 0,990 1,000 1,010 1,020 1,030 1,040 1,050 1,060 1,070 1,080 1,090 1,100 1,110 1,120

[δрч]

20 тс

21 тс

22 тс

23 тс

24 тс

25 тс

26 тс

27 тс

20 тс

21 тс

22 тс

23 тс

24 тс

25 тс

26 тс

27 тс

20 тс

21 тс

22 тс

23 тс

24 тс

25 тс

26 тс

27 тс

20 тс

21 тс

22 тс

23 тс

24 тс

25 тс

26 тс

27 тс Композиционные

колодки

Чугунныеколодки

Запаспоюзу 10% Беззапасапоюзу

Таравагона Таравагона

Рис. 1. Предельнодопустимыезначениярасчетныхкоэффициентов

4,50 4,60 4,70 4,80 4,90 5,00 5,10 5,20 5,30 5,40 5,50 5,60 5,70 5,80 5,90 6,00 6,10 6,20 6,30 6,40 6,50 6,60 6,70 6,80 6,90 7,00 7,10 7,20 7,30 7,40 7,50 7,60 7,70 7,80 7,90 8,00

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 V, 150км/ч

[nк]

20 20 21

21 22 22

23 23

24 24 25

25 26

26 27

27

Беззапасапоюзу

Таравагона, тс

Запаспоюзу 10%

Рис. 2. Предельнодопустимыезначенияпередаточныхчиселтормозной

Таблица 1

Допустимыепредельныезначенияпередаточногочислатормознойрычажнойпередачи

грузовыхвагоновнакомпозиционныхколодках

Скоростьдвижения, км/ч

100 120 140

р

Ψ =[ψ_к] Ψ_р=0, 9[ψ_к] Ψ_р=[ψ_к] Ψ_р=0, 9[ψ_к] Ψ_р=[ψ_к] Ψ_р=0, 9[ψ_к]

Тара

вагона, тс

Допустимыезначенияпередаточногочисла

20 5,11 4,54 5,09 4,53 5,08 4,52

21 5,38 4,78 5,36 4,77 5,35 4,76

22 5,66 5,03 5,64 5,01 5,63 5,00

23 5,93 5,27 5,91 5,25 5,90 5,24

24 6,21 5,51 6,19 5,49 6,18 5,49

25 6,49 5,76 6,47 5,74 6,46 5,73

26 6,78 6,01 6,75 5,98 6,74 5,98

27 7,06 6,25 7,03 6,23 7,02 6,22

Таблица 2

Расчетныекоэффициентысилынажатиякомпозиционныхколодок

ирасчетныесилынажатиянаосьчугунныхколодок

Расчетныйкоэффициентсилынажатиякомпо

-зиционныхколодок (допустимоезначениедля груженоговагона[ ] 0,14δ =_к [1])

Расчетнаясила нажатиячугунныхколодок

наось, тс (допустимоезначениедлягруженого вагона[Кч,ось] 6, 5= тс [1])

Таравагона, тс

р

Ψ =[ψ_к] Ψ_р=0,9[ψ_к] Ψ_р=[ψ_к] Ψ_р=0,9[ψ_к]

20 0,1392 0,1263 6,4386 5,8165 21 0,1454 0,1319 6,7409 6,0816 22 0,1514 0,1374 7,0456 6,3483 23 0,1574 0,1429 7,3527 6,6166 24 0,1634 0,1483 7,6622 6,8867 25 0,1693 0,1537 7,9741 7,1585 26 0,1751 0,1590 8,2883 7,4321 27 0,1809 0,1642 8,6046 7,7075

Таблица 3

Уточненныезначенияпередаточногочислатормознойрычажной

передачигрузовыхвагоновнакомпозиционныхколодках

Передаточноечисло Расчетныйкоэффициент_онныхсилы_{колодок}нажатиякомпозици

-Масса тары, тс

р

Ψ =[ψ_к] Ψр=0,9[ψк] Ψр=[ψк] Ψр=0,9[ψк]

20 ₍ min 5,09

ц

р = 3,1 кгс/см2₎

4,95 ( min

ц

р = 3,1 кгс/см2₎

0,144 ( min

ц

р = 3,1 кгс/см2₎

0,14 ( min

ц

р = 3,1 кгс/см2₎

21 5,362 5,140 0,1454 0,14

22 5,636 5,140 0,1514 0,14

23 5,912 5,250 0,1574 0,1429

24 6,190 5,493 0,1634 0,1483

25 6,469 5,738 0,1693 0,1537

26 6,749 5,984 0,1751 0,1590

Таблица 4

Силынажатиякомпозиционныхколодоквпересчетеначугунные

Скоростьвначалеторможения, км/ч

Расчетныйкоэффициентсилы

нажатиякомпозиционныхколодок

90 100 110 120

Расчетныйкоэффициентсилынажатия композиционныхколодоквпересчетеначугунные

0,14 0,358 0,366 0,373 0,379

0,1429 0,365 0,373 0,380 0,386

0,1483 0,379 0,387 0,395 0,401

0,1537 0,393 0,402 0,409 0,416

0,159 0,406 0,415 0,423 0,430

0,1642 0,420 0,429 0,437 0,444

Силынажатия композиционныхколодоквпересчетеначугунные

0,14 33,645 34,381 35,029 35,591

0,1429 34,342 35,093 35,755 36,328

0,1483 35,640 36,419 37,106 37,701

0,1537 36,937 37,745 38,457 39,074

0,159 38,211 39,046 39,783 40,421

0,1642 39,461 40,323 41,084 41,743

b_т – удельнаятормознаясила, кгс/т;

W_ox – удельное основное сопротивление движению, кгс/т;

i_c – уклон, ‰.

В качестве критерия для сравнительной оценки тормозного пути грузового поезда на уклонах принималось расстояние от перенос

-ных сигналов и от места внезапновозникшего препятствиядопервойпетарды [2].

Выполненные расчетные исследования сви

-детельствуют, что для композиционных коло

-доктормозныепутина уклонахудовлетворяют инструкции [2] при минимальных предельных значениях передаточных чисел тормозной ры

-чажнойпередачи.

Для чугунных колодок тормозные пути на уклонахпревышаютдопустимыезначения [2].

Расчетные исследования тормозных систем грузовых вагонов с раздельным торможением тележек с композиционными и чугунными ко

-лодками при осевой нагрузке 23,5 тс удовле

-творяют нормативным требованиям, за исклю

-чением тормозных путей грузовых поездов с чугуннымиколодкаминауклонах.

Вместес тем, следует отметить, что всоот

-ветствии с требованиями [6] установлены ми

-нимальныевеличинырасчетногокоэффициента силы нажатия композиционных колодок для грузовыхвагоновсосевойнагрузкойдо 25 тс:

ƒ для скорости 90 км/ч на среднем режи

-ме 0,22 дляпорожнеговагонаи 0,14 для груженого;

ƒ для скорости 100 км/ч на среднем ре

-жиме 0,22 для порожнего вагона и 0,17

длягруженого;

ƒ для скорости 120 км/ч на груженомре

-жиме 0,25 независимоотзагрузки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК 1. Нормы для расчете и проектирования вагонов

железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамо

-ходных) [Текст]. – ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. 2. ЦШ/0001 Інструкціязсигналізаціїназалізницях

України [Текст]. – К., 1995.

3. Гребенюк, П. Т. Правила тормозных расчетов

[Текст] / П. Т. Гребенюк. – М.: Интекст, 2004. 4. ЦТ-ЦВ-ЦЛ-0015 Інструкціязексплуатаціїгальм

рухомого складу на залізницях України [Текст]. – К.: ТранспортУкраїни, 2002.

5. Иноземцев, В. Г. Нормыиметодырасчетаавто

-тормозов [Текст] / В. Г. Иноземцев, П. Т. Гре

-бенюк. – М.: Транспорт, 1971.

6. Технические требованиянатормозную систему с раздельным торможением тележек и новым тормозным оборудованием для вагонострои

-тельныхзаводов [Текст]. – ВНИИЖТ, 2005.

Поступилавредколлегию 10.03.2009.