The study of the temperature of the heating disc brakes of passenger car during the adjusting the braking

(1)

УДК

629.4.077-592.117

Ю

.

Я

.

ВОДЯННИКОВ

,

А

.

В

.

ГРЕЧКО

,

С

.

А

.

СТОЛЕТОВ

(

ГП

«

УкрНИИВ

»)

ИССЛЕДОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ

НАГРЕВА

ДИСКОВОГО

ТОРМОЗА

ПАССАЖИРСКОГО

ВАГОНА

ПРИ

РЕГУЛИРОВОЧНЫХ

ТОРМОЖЕНИЯХ

Наведенорезультатидослідженьтемпературинагріваннягальмового дискапіднакладкоюпри регулю

-вальнихгальмуваннях пасажирськогопоїзда. Установлено, щонайбільша температуравдиску виникаєна

виходізнакладкипонапрямкуобертання колісноїпари, аїївеличиназалежитьвідтискувгальмовомуци

-ліндрі (коефіцієнткореляції 0.556) ітривалостігальмування (коефіцієнткореляції 0.331), коефіцієнткореля

-ціїдляшвидкостінапочаткурегулювальногогальмуваннясклав 0.135.

Приведенырезультатыисследованийтемпературынагреватормозногодискаподнакладкойприрегули

-ровочныхторможенияхпассажирскогопоезда. Установлено, чтонаибольшаятемпературавдискевозникает

навыходеизнакладкипонаправлениювращенияколеснойпары, аеевеличина зависитотдавлениявтор

-мозномцилиндре (коэффициенткорреляции 0.556) идлительности торможения (коэффициенткорреляции

0.331), коэффициенткорреляциидляскоростивначалерегулировочноготорможениясоставил 0.135.

Results of research of the brake disk heating temperature under the brake shoe lining during the regulating brak-ing of a passenger train are presented. It is established that the greatest temperature in the disk arises at an exit of a brake shoe lining on a direction of the wheel pair rotation, and its value depends on pressure in the brake cylinder (correlation factor 0.556) and braking time (correlation factor 0.331), the correlation factor for speed in the begin-ning of regulating braking was equal to 0.135.

Внастоящеевремя вУкраинесозданипро

-шел испытания пассажирский вагон с диско

-вымитормозами дляскорости 160 км/ч. Отсут

-ствие нормативной базы, а также опыта экс

-плуатации пассажирских вагонов с дисковыми

тормозами, потребовало проведения детальных

исследований характеристик тормозной систе

-мы. Важнейшей составной частью дисковой

тормозной системы является тормозной диск,

подвергающийся при торможении значитель

-нымсиловымвоздействиям, косновнымиз ко

-торых следует отнести температурные. Поэто

-му вопросы, связанные с распределением тем

-пературныхполей втормозном диске притор

-можении, являютсяактуальными.

Тормозные испытания проведены примени

-тельно к пассажирскому вагону производства

ОАО «КВСЗ», установленному на тележки мо

-делей 68-7007 (с некотловой стороны) и

68-7012 (с котловой стороны вагона). В тор

-мозной системе вагона на каждой из осей те

-лежки жестко закреплены по 2 чугунных тор

-мозных диска W610 B110 PGUP

(KNORR-BREMSE) диаметром 610 мм, толщиною

110 мм и радиусом трения 233 мм, выполнен

-ные из серого чугуна с пластинчатым графи

-том.

Целью исследований являлась оценка влия

-ния графика движения скоростного пассажир

-ского поезда по маршруту «Днепропетровск –

Киев – Днепропетровск» нанагруженностьтор

-мозной системы вагонов, атакже регулировоч

-ных торможений на температуру нагрева тор

-мозного диска. Пассажирский поездсостоял из

10 вагонов производства ОАО «КВСЗ», два из

которых были оборудованы дисковыми тор

-мознымисистемами.

В процессе движения регистрации подвер

-гались:

– скорость вначале иконцерегулировочно

-готорможения;

– давлениевтормозномцилиндре;

– времядвижения;

– длительность торможения от начала по

-вышения давления в тормозном цилиндре до

полногоотпуска;

– температура в диске под накладкой (на

входеивыходеизнакладки).

Замеры указанных параметров проводились

по специально разработанной методике, а об

-работка результатов − с применением методов

математической статистики [1]. Температуры в

диске при торможении определялись с помо

-щью термоэлектрических преобразователей

температуры (термопар) и записывались на

компьютер с использованием аналогово

(2)

В качестве статистического закона распре

-деления определяемых параметровпринимался

нормальный закон распределения, а выравни

-ваниеэкспериментальных данныхпроводилось

методомнаименьшихквадратов.

Замеры скорости движения производились с

интервалом 1 минута. Анализскоростидвижения

пассажирского поездапомаршруту «Днепропет

-ровск – Киев – Днепропетровск» показал, чтоос

-новной диапазон скорости движения соответст

-вует интервалу скорости 80…120 км/ч, причем

наибольшая частота соответствует скорости,

приходящейсянаинтервал 90…100 км/ч (рис. 2).

Анализ статистического расчета (рис. 3)

свидетельствует, чтоматематическое ожидание

скорости движения при доверительной вероят

-ности 0.95 составляет 103.3…105.3 км/ч.

10 7

34

22 29 24

56 82

353

110 113

59 67

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0-20 21-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 Диапазон скоростей движения, км/ч

Частота

Рис. 1. Гистограммараспределенияскоростидвиженияпассажирскогопоездапоинтервалу 10 км/ч

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Скорость движения, км/ч

Статистические характеристики скорости движения, км/ч:

Математическое ожидание - 104,3 ; Доверительный интервал (0,95) математического ожидания - 103,3-105,3;

Дисперсия - 14,6;

Рис. 2. Плотностьвероятностираспределенияскоростидвиженияпассажирскогопоезда

(3)

Тормозная нагруженность оценивалась по

количеству торможений, величине давления в

тормозном цилиндре и длительности торможе

-ния. Анализпоказал, чтонаибольшееколичест

-ворегулировочныхторможенийприходится на

третью ступень торможения (рис. 3), причем

наибольшеечислоторможенийзаоднупоездку

составило 43 торможения.

Статистические характеристики величины

давления в тормозномцилиндре при регулиро

-вочных торможениях показаны на рис. 4, при

этом математическое ожидание давления со

-ставило 2.36 кгс/см2, чтосоответствует третьей

ступениторможения.

Математическое ожидание времени тормо

-жениясоставило 24.03 с (рис. 5).

8

42

64

24

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

К

о

л

и

ч

ество

торможе

н

ий

<=0,12 МПа

1,21-2,0 МПа

2,1-3,0 МПа

3,1-4,0 МПа Первая

ступень торможения

Вторая ступень торможения

Третья ступень торможения

Полное служебное торможение

Рис. 3. Распределениеколичестваторможенийпоступенямрегулировочныхторможений

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 Давление в тормозном цилиндре

Статистические характеристики величины давления (МПа) в тормозном

цилиндре при торможении: Математическое ожидание - 0,236 ;

Доверительный интервал (0,95) математического ожидания - 0,223-0,248;

Дисперсия - 0,0575

Рис. 4. Плотностьвероятностивеличиныдавлениявтормозномцилиндре

(4)

Максимальная интенсивность регулировоч

-ных торможений в основном приходится на на

-чальныйиконечный периодыдвижения, причем

можетдостигатьвеличины 0.7 торм./мин.

Полигоныраспределения температур вдиске

навходеивыходеизнакладкипри регулировоч

-ныхторможенияхпредставленынарис. 6 и 7.

Анализ результатов замеров температуры в

диске (рис. 8 и 9) показал, что математическое

ожидание температуры дискана выходе из на

-кладкисоставляет 103.1 о_С_,_а_{дисперсия}_{– 69}о_С_,

навходевнакладку соответственно – 59.7 о_С _и

35.8 о_С_.

Величинатемпературывдискевзначитель

-ной степени зависит от давления в тормозном

цилиндреидлительноститорможения (рис. 10).

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 Статистические характеристики

величины времени торможения (с): Математическое ожидание - 24,03 ; Доверительный интервал (0,95) математического ожидания - 21,75-26,3;

Рис. 5. Распределениеплотностивероятностивеличиныдлительностирегулировочноготорможения

10

8 10

7

5 6

8 12

13 13

8

5

3 4

6

3

2 2 2

0 2

1 1 1

0 0 0 2

0 1

0 2 4 6 8 10 12 14

0-20₂₁-30₃₀-40_40-50₅₀-60_60-70₇₀-80₈₀-90 90-100_100-11

0

110-1 20

120-130

130-140

140-1 50

150-160

16 0-170

170-180

180-190

190-2 00

200-210 21

0-220

220-230

230-240 24

0-250

250-260 26

0-270

270-280

280-290 29

0-300

300-310 31

0-320 320-3

30

330-340 34

0-350

Диапазон температурі, град.С

Частота

(5)

15 20

13

15 18

8 7

5 5

2 6

1 0

3 2 19

0 5 10 15 20 25

0-20 21-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160 160-170 Диапазон температуры, град.С

Частота

Рис. 7. Гистограммараспределениятемпературыдисканавходевнакладку

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375

Температура, град.С

Статистические характеристики максимальной температуры в диске под

накладкой (град.С): Математическое ожидание - 103,1 ;

(6)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Температура, град.С

Статистические характеристики максимальной температуры в диске на

входе в накладку (град.С): Математическое ожидание - 59,7 ;

Рис. 9 Плотностьвероятностираспределениятемпературыдисканавходевнакладку

0,556 0,331

0,135 Коэффициенткорреляции

температурыискоростив началеторможения

Коэффициенткорреляции температурыидавления в

тормозномцилиндре

Коэффициенткорреляции температурыидлительности регулировочноготорможения

Рис. 10. Коэффициентыкорреляциитемпературыипараметроврегулировочныхторможений

(давлениявтормозномцилиндре, длительноститорможенияискоростивначалеторможения)

Максимальная температура на выходе из

накладки составила 343.9 оС при давлении в

тормозном цилиндре 0.39 МПа идлительности

торможения 49.78 с (рис. 11), в процессе тор

-можения скорость движения была снижена со

121 км/ч до 60 км/ч. Максимальная температу

(7)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 Время, с

Темп

ература

,

град

.

С

Давлениевтормозномцилиндре 0,39 МПа, длительность торможения 49,78 с, снижениескоростидвижения со 121

км/чдо 60 км/ч.

Рис. 11. Максимальнаятемпературатормозногодисканавыходеизнакладки

Вероятность превышения температуры тор

-мозногодисканавыходеизнакладкисоставила:

– > 225 о_С_{– 0.039;} – > 250 о_С_{– 0.017;} – > 275 о_С_{– 0.0064;} – > 300 о_С_{– 0.0022;} – > 325 о_С_{– 0.000652;} – > 350 о_С_{– 0.000174.}

Особенностью распределения температуры

в диске под накладкой является ее изменения

от минимального на входе в накладку до мак

-симального на выходе из накладки (рис. 12),

причем температура тем больше, чем выше

давление в тормозном цилиндре и длитель

-ностьторможения. Анализизменениятемпера

-туры при последовательных регулировочных

торможенияхпоказал, чтотемпература вдиске

увеличивается при последующих увеличениях

глубины разрядки тормозной магистрали (по

-вышении давления в тормозном цилиндре)

(рис. 12 и 13).

В качестве иллюстрации на рис. 14…16

представлен энергетический спектр (о_С₎_про

-цессаизменения скорости прирегулировочных

торможенияхпридвижении пассажирскогопо

-езданамаршруте «Киев – Днепропетровск».

Средняя скорость снижения температуры в

диске, впредположениио линейномзаконе из

-менениятемпературымеждурегулировочными

торможениями, составила 2.05 о_С_/_мин_.

На основании выполненных исследований

установлено:

1) движение пассажирского поезда по мар

-шруту «Днепропетровск – Киев – Днепропет

-ровск» осуществляется в диапазоне скоростей

80-135 км/ч, причем математическое ожидание

скорости, придоверительной вероятности 0.95,

составляет (103.3…105.3) км/ч, а дисперсия –

14.6 км/ч;

2) количество регулировочных торможений

имеет неоднозначный характер и может изме

-няться в широких пределах в одном направле

-нии (от 19 до 43 торможений);

3) наиболее частым видом регулировочного

торможения является торможение третьей сту

-пенью (изменение давления в тормозном ци

-линдреот 0.21 МПадо 0.3 МПа), однакоимеет

место полноеслужебное торможения без оста

-новки поезда (общее количество таких тормо

-женийсоставило 24);

4) математическое ожидание давления в

тормозном цилиндре при регулировочных тор

-можениях, при доверительной вероятности

0.95, составило (0.223…0.248) МПа, дисперсия

– 0.0575 МПа, а длительность торможения со

-ответственно (21.75…26.3) си 13.87 с;

5) наибольшей интенсивностью регулиро

-вочных торможений характеризуются началь

-ная и конечная периоды движения, причем

наибольшая интенсивность зафиксирована на

участке «Пятихатки – Днепропетровск»

(8)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

Время, с

Темп ература , град . С

0,38 МПа

0,36 МПа

0,22 МПа 0,26 МПа

Температурадисканавыходе изнакладки

Температурадисканавходев накладку

Рис. 12. Изменениетемпературыдискаприпоследовательныхрегулировочныхторможениях

отвысшейступеникнижней

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700

Время, сек

Тем п ература , гр а д . С

0,1 МПа 0,17 МПа

0,17 МПа

0,28 МПа

0,3 МПа

Температурадисканавыходеиз накладки

Температурадисканавходев накладку

Рис. 13. Изменениетемпературыдискаприпоследовательныхрегулировочныхторможениях

отнизшейступениквысшей

2,7 2,6 2,4 1,4 2,0 3,5 2,4 1,4 1,5 2,6 2,0 2,5 1,4 2,2 2,0 3,4 2,6 3,4 2,2 4,0 3,2 2,9 2,7 2,2 2,0 2,6 2,2 2,2 2,4 2,4 3,6 2,6 1,9 2,3 2,3 2,6 2,3 2,6 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90₁₀0

110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340 Времядвижения, мин

Т емпер ат ур а , гра д . С 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Давл ение в тормозн о м цил инд р е , кгс / см **2

Рис. 14. Энергетическийспектррегулировочныхторможенийприизменениюдавления

(9)

13,75 15,15

38,38 63,4

52,06

23

19,25 23,1

26,25 27,47

25,97 30,03

25,38

18,44

47,1

43,35 44,2

48,65

28,56

24,97 27,5 27,9

20,87 26,9

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90_{100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 21}0

220 230 240 250 260 270280 290 300 310320 330 340

Времядвижения, мин

Температура

,

гр

ад

.

С

0 10 20 30 40 50 60 70

Вр

емя

торможения

,

с

Рис. 15. Энергетическийспектррегулировочныхторможений

приизменениидлительностирегулировочноготорможения

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ₁₀0

110120 130 140 150 160170 180 190 200 210220230 240 250 260 270280 290 300 310 320 330 340

Времядвижения, мин

Т

е

мпер

атур

а

,

град

.

С

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Скорос

ть

,

км

/

ч

Рис. 16. Энергетическийспектррегулировочныхторможений

приизменениискоростидвижениипомаршруту «Киев – Днепропетровск»

6) величина температуры диска в значи

-тельнойстепенизависит отдавления втормоз

-ном цилиндре, реализуемого в процессе регу

-лировочного торможения, и длительности тор

-можения, коэффициентыкорреляции составили

соответственно 0.556 и 0.331;

7) максимальнаятемпературавдиске (более

250 о_С₎_{возникает} _при _{давлении} _в _{тормозном}

цилиндреболее 0.35 МПа;

(10)

-вила 343.8 о_С _при _{давлении} _в _{тормозном} _ци

-линдре 0.4 МПа, чтоменьшедопустимойвели

-чины 375 о_С₍_{Памятка}_МСЖД_{541-3 OR);}

9) вероятность превышения температуры в

диске на выходе из накладки величины 350 о_С

придвижениипомаршруту «Днепропетровск –

Киев – Днепропетровск» составляет 0.000174;

10) максимальнаятемпературадисканавхо

-девнакладкунепревысила 170 о_С_;

11) математическое ожидание величины

температурыдискана выходеиз накладки, при

доверительной вероятности 0.95, составило

91.8…114.4 о_С_;

12) математическое ожидание величины

температуры диска на входе в накладку, при

доверительной вероятности 0.95, составило

53.8…65.5 о_С_;

13) средняя скорость уменьшения темпера

-туры между регулировочными торможениями

составила 2.05 оС/мин;

14) температура в тормозном диске возрас

-тает при проведении последовательных регу

-лировочных торможениях от низшей ступени

торможениякболеевысокой.

Выводы

1. Из результатов проведенных исследова

-нийвытекает, чтографикидвиженияпассажир

-скихпоездов№№ 165/166 помаршруту «Днеп

-ропетровск – Киев – Днепропетровск» не ока

-зываютсущественноговлияниянатемпературу

нагрева тормозных дисков, вероятность пре

-вышения максимальной температуры под на

-кладкойболее 300 о_С_{составляет}_0.0022,_макси

-мальнаятемпературавнезонынакладкинепре

-вышает 170 о_С_.

2. Для уменьшения температуры в тормоз

-номдискерекомендуетсяпоследовательныере

-гулировочные торможения проводить от выс

-шейступениторможениякнизшей, атакжеис

-пользоватьтакиевидыторможениякак рекупе

-ративноеилиреостатное.

3. Разработанная методика может быть ис

-пользована для исследования нагрева поверх

-ности железнодорожного колеса при торможе

-ниивагонасколодочнымтормозом.

Следуетотметить, чтополученныезначения

температур могут быть несколько завышенны

-ми, так как пассажирский поезд состоял из ва

-гонов с различными тормозными системами,

дваизкоторыхимелидисковыетормоза.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК

1. СтепановМ. Н. Статистическиеметодыобрабо

-тки результатов механических испытаний:

Справочник. – М.: Машиностроение, 1985.

Поступилавредакцию 11.11.2007.