Выбор эффективного нажатия тормозных колодок

Нагрузка от колесной пары на рельс

, (2.1)

где – расчетный вес локомотива.

По данным таблицы 2.1 [1] определим коэффициент сцепления колес с рельсами методом интерполяции

Рисунок 2.1 – Метод интерполяции

, (2.2)

Скоростной коэффициент

, (2.3)

где V – скорость движения V=20 км/ч;

a, e, f – коэффициенты, зависящие от типа тормозных колодок (a=0, 6; e=100; f=5).

.

Максимально допустимое по условиям сцепления нажатие тормозной колодки, кН

, (1.4)

где b, c, d – коэффициенты, зависящие от типа тормозных колодок (b=1, 6; c=100; d=8).

2.2. Расчёт передаточного числа рычажной передачи

Выбор передаточного числа рычажной передачи с учетом длительного торможения на затяжном спуске, когда авторегулятор не может стянуть рычажную передачу, в соответствии с неравенством

, (1.5)

где и – максимальный и дополнительный выход штока поршня за счет упругих деформаций. Примем ;

V – объемный износ тормозных колодок. V=250 ;

– площадь тормозной колодки. =442 ;

– число колодок, действующих на колесную пару. =4;

– зазор между тормозной колодкой и поверхностью катания колеса в отпущенном состоянии тормоза. = 8 мм.

Рисунок 2.2 – Схема тормозной рычажной передачи ВЛ11

Передаточное число:

2.3. Расчёт диаметра тормозного цилиндра и его выбор

Нажатие тормозной колодки:

, (1.6)

где – нагрузка, передаваемая от колесной пары на рельсы, кН;

δ – коэффициент действительных сил нажатия тормозных колодок. δ =0, 6.

Требуемое усилие, развиваемое на штоке ТЦ:

, (1.7)

где и – выбранное нажатие на тормозную колодку и их число;

ή – коэффициент силовых потерь рычажной передачи. =0, 85.

Усилие отпускной пружины , кН

, (1.8)

где – усилие предварительного натяга, кН ( =1, 26 кН);

ж₁ – жесткость внутренней пружины, кН/мм ( =8, 7 кН/мм);

1_ш – выход штока ТЦ, мм ( =125мм).

кН.

Диаметр цилиндра , мм

, (1.9)

где – давление сжатого воздуха в ТЦ, МПа ( =0, 4 МПа);

– КПД ТЦ ( = 0, 98).

Округляем величину d_ц до ближайшего значения серийно выпускаемых: d_ц = 400 мм.

Окончательное усилие, развиваемое на штоке ТЦ:

, (1.10)

Ожидаемое нажатие на тормозную колодку:

, (1.11)

Коэффициент трения тормозных колодок ϕ _к:

, (1.12)

Коэффициент действительных сил нажатия тормозных колодок:

, (1.13)

Проверка выполнения условия безъюзового торможения

, (1.14)

По формуле интерполяции находим коэффициент сцепления для V=20км/ч:

15, 03 < 28, 01 – условие выполняется.

По формуле интерполяции находим коэффициент сцепления для V=100км/ч:

15, 03 < 20, 7 – условие выполняется.

3. Тормозные системы и расчёт их параметров

3.1. Оценка воздушной части тормозной системы и расчёт давлений в тормозных цилиндрах

На рисунке 3.1 изображена принципиальная схема тормозного оборудования ВЛ11 одной секции, т.к вторая аналогична.

Рисунок 3.1 – Принципиальная схема тормозного оборудования ВЛ11:

1 - регулятор давления АК-11Б; 2 – уравнительный резервуар (20 л); 3 – двухстрелочные манометры; 4 – кран машиниста № 395; 5 – фильтр Э-114; 6 – кран вспомогательного тормоза № 254; 7 – блокировочное устройство № 367; 8 – клапан автостопа № 150; 9 – пневматический выключатель управления ПВУ-2; 10 – пневматический выключатель ПВУ-7; 11 - запасный резервуар (55 л); 12 – воздухораспределитель № 483; 13 – электропневматический вентиль ВВ-1414; 14 – электроблокировочный клапан КЭ-44 или Э-104Б; 15 – дроссель с отверстием диаметром 0, 7-0, 8 мм; 16 – предохранительный клапан; 17 – переключательный клапан 3ПК; 18 – электропневматический клапан КП-53; 19, 25 – редуктор № 348; 20 – компрессор КТ6Эл; 21 – главные резервуары (250 л); 22 – концевой кран № 190; 23 – соединительный рукав Р17; 24 – тормозные цилиндры; 26 – обратный клапан Э-175; 27 – запасные резервуары (50 л); 28 – реле давления № 302; 29 – магистраль вспомогательного тормоза; 30 – питательная магистраль; 31 – тормозная магистраль
Таблица 5 – Спецификация тормозного оборудования электровоза ВЛ11

№	Наименование оборудования	Обозначение
	Устройство блокировки тормозов 367.00	АБТ
	Кран запорно-регулировочный КрЗОВ 520.50210	ВК1, ВК2
	Воздухораспределитель 483.000	ВР
	Пневматические выключатели управления соответственно ПВУ-3, ПВУ-4, ПВУ-7, ПВУ-7-04, АВУ-7-03, ПВУ-2	ВУП1...ВУП6
	Датчик пневмоэлектрический 518.000 ТУ 4-5-272-72	ДПЭ
	Дроссель 0, 7 – 0, 8мм	ДР1
	Дроссель 0, 5 мм	ДР2 – ДР5
	Камера 295.001	КВР
	Кран вспомогательного тормоза 254	КВТ
	Компрессор КТ6-Эл ТУ 34-38-10985-85	КМ1
	Компрессор КБ-1В ТУ 27-07-324-77	КМ2
	Кран 1 – 1 (усл." № 4200)	КН1 – КН13
	Кран 1 – 2 (усл. № 383)	КН15– КН32
	Кран 1 – 3 (усл. № 379)	КН33 – КН41, КН48
	Кран 1 – 6 (усл. № 377)	КН42, КН43, КН47, КН51
	Кран 3 – 1 (усл. № 114)	КН46

Продолжение таблицы 5

	Кран концевой 190	КНК1 – КНК6
	Клапан 1 – 8 (усл. № Э – 155)	К01, К08
	Клапан 1 — 2 (усл. № Э – 175)	К02 – К05, К07
	Клапан 2 – 2 (усл. № Э – 216)	КП1 – КП4
	Клапан песочницы КП-51	КПП
	Клапан 5 – 1 (усл. № ЗПК)	КПР1-КПР4
	Клапан сигнала КС-52	КПС
	Редуктор 348 с кронштейном Э-117 на давление соответственно 0, 2 – 0, 25МПа; 0, 6 – 0, 65МПа; 0, 2 – 25МПа; 0, 5 МПа	КР1 – КР4
	Кран машиниста с контроллером 395.000.3	КРМ
	Клапан электроблокировочный КПЭ-99-02	КЭБ
	Вентиль электромагнитный токоприемника ЭВТ-54	КЭП1
	Клапан электропневматический КП – 36	КЭП2 – КЭП9
	Клапан продувки КП – 110А	КЭП10, КЭП11, КЭП14
	Клапан электропневматический ЭПК – 150И ТУ24-5-176-70	КЭП13
	Манометр МП 100 16 1, 5	МН1, МН2
	Манометр МП 100 10 1, 5	МН3 – МН9
	Пневматическая блокировка ПБ-03-02А, ПБ-33-02Б	ПБЛ1, ПБЛ2

Окончание таблицы 5

	Ревун ТС – 22	РВН
	Регулятор давления АК – 11Б	РГД1
	Реле давления 304.002	РД1, РД2
	Резервуар главный V=250 л	РС1 – РС4
	Резервуар запасный V=55 л	РС5 – РС8
	Резервуар уравнительный V=20 л	РС9
	Рукав Р17	РУ1 –РУ6
	Рукав Р11 ГОСТ 2593 – 82	РУ7 – РУ8
	Рукав Р23	РУ9, РУ10
	Рукав 12 20 – 16	РУ11 – РУ15
	Трубка ПВД25 техническая	РУ16
	Рукав 32 50	РУ17 – РУ24
	Масловлагоотделитель	МВО
	Стеклоочиститель СЛ – 440Б	СОЛ1, СОЛ2
	Сигнализатор отпуска тормоза	СОТ1, СОТ3
	Фильтр контакторный Э114.00.000	Ф1 – Ф10
	Форсунка песочницы	ФП1 – ФП8
	Тормозной цилиндр 10 усл. № 510Б	Ц1 – Ц6
	Трубы соответственно, мм: 48X3, 5; 42X3, 5; 34X3, 5; 27X3, 5; 22X3, 5; 13x2, 5; 18X1; МЗ – М10Х1; 60X3, 5.	1 – 10

Каждая секция электровоза имеет комплект тормозного и пневматического оборудования, обеспечивающий возможность как автономной работы секции, так и при формировании двух- и трёхсекционных электровозов, а также двух электровозов, управляемых по системе многих единиц.

Схемой предусмотрено автоматическое торможение в случае обрыва или расцепа межсекционных рукавов.

Источником сжатого воздуха на электровозе являются два компрессора 11 типа КТ-6Эл, установленные по одному на каждой секции. Наличие двух компрессоров гарантирует надежную работу электровоза, т.к. при неисправности одного из них предусмотрена работа с питанием от неповрежденного компрессора. Всасываемый компрессором воздух очищается от пыли фильтрами, установленными на компрессоре. Каждый из компрессоров нагнетает воздух в свою группу главных резервуаров (ГР) 16 вместимостью 250 л каждый, до установленного верхнего предельного давления 0, 9 МПа, а затем автоматически отключается регулятором давления 18 и вновь запускается, когда давление в ГР падает до 0, 75 МПа.

Из питательной магистрали (ПМ) через кран машиниста (КМ) 5 воздух поступает в тормозную магистраль (ТМ) электровоза, которая также, как и питательная, проходит вдоль всего электровоза заканчивается концевыми кранами 20 и соединительными рукавами 3. Давление в ТМ регулируют поворотом головки редукционного клапана КМ. В поездном положении ручки КМ давление в ТМ должно быть 0, 53..0, 55 МПа, а на крутых затяжных спусках крутизной 0, 018 и более – 0, 60..0, 65 МПа.

Под КМ в обеих кабинах установлены устройства блокировки тормозов (АБТ) 8, обеспечивающие правильное включение тормозной системы электровоза при смене машинистом кабины управления (отключение КМ и вспомогательного тормоза (КВТ) 6 в нерабочей кабине с разрывом контакта электрической цепи управления электровозом и включение их в рабочей кабине). При переходе из одной кабины в другую поворот рукоятки АБТ и ее снятие в нерабочей кабине возможны только после того, как будет приведен в действие автоматический тормоз электровоза, после чего той же рукояткой включают АБТ в рабочей кабине.

На островках ТМ в каждой секции электровоза установлены воздухораспределители (ВР) 13. Каждый ВР связан со своим запасным резервуаром (ЗР) 14 и трубопроводом к реле давления 17. При торможении КВТ сжатый воздух из ПМ, пройдя через редуктор 19, поступает к реле давления и далее к соответствующим тормозным цилиндрам (ТЦ) 15. Разобщительный кран 21 предназначен для отключения реле давления или группы ТЦ только при их неисправности. Давление сжатого воздуха, поступающего к реле давления и ЗР, контролируют по манометру 2.

При торможении КМ происходит снижение давления в ТМ. При этом приводятся в действие ВР, и сжатый воздух из ЗР через реле давления, которые открывают доступ воздуху из ПМ в магистрали ТЦ. Происходит торможение поезда.

При отпуске тормозов поезда КМ воздухораспределители, снижая давление воздуха, подводимого к реле давления, приводят их в действие, и воздух из ТЦ выпускается в атмосферу. Происходит полный или ступенчатый отпуск тормозов.

Кроме автоматического тормоза, электровоз имеет вспомогательный тормоз, который применяется при следовании одиночного электровоза и маневровой работе. При торможении краном вспомогательного тормоза воздух из ПМ, пройдя через магистраль вспомогательного тормоза, поступает к реле давления, который пропускает сжатый воздух из ПМ к ТЦ. Перестановкой ручки КВТ из поездного положения в соответствующее тормозное положение и обратно можно получить любые, возможные для крана ступени торможения.

На электровозе применяется два вида торможения: электрическое (рекуперативное) и пневматическое. Одновременное действие обоих видов торможения недопустимо, т.к. это привести к заклиниванию колесных пар. Блокирование рекуперативного и воздушного торможения осуществляется электроблокировочным клапаном и пневматическим выключателем управления. В случае срыва рекуперативного торможения предусмотрено устройство автоматического торможения независимо от положения ручки КМ. Схемой предусмотрена возможность торможения КВТ при рекуперативном торможении.

В случае обрыва межсекционных рукавов, утечке воздуха из главных магистралей используется сжатый воздух ЗР, который поступает из ПМ.

Минимальный объем ЗР, приходящегося на один ТЦ V_зр, м³

V_зр= 0, 78F_ц, (3.1)

где F_ц – площадь поршня ТЦ, м²

(3.2)

Выбираем объём ЗР из типовых резервуаров, выпускаемых промышленными предприятиями: V_зр = 0, 100 м³.

Объем рабочего пространства ТЦ:

(3.3)

Качественная оценка правильности выбора диаметра ТЦ и объема ЗР для грузовых неистощимых тормозов выполняется по допускаемой минимальной величине давления в ЗР после ПСТ (0, 5 МПа) в соответствии с выражением

, (3.4)

где Р_ат – атмосферное давление, МПа (Р_ат = 0, 1 МПа);

V_вр – объем вредного пространства ТЦ, заполненный при отпущенном тормозе атмосферным воздухом (V_вр = 0, 002 м³);

Р_вр – давление ЗР, МПа.

0, 451 < 0, 5 – диаметр ТЦ и объём ЗР выбраны правильно.

Абсолютное давление в ТЦ Р_ц, МПа вместе со скачком начального давления, в зависимости от режима торможения и глубины разрядки ТМ (от 0, 03 до 0, 17 МПа), находится из выражений:

– при порожнем режиме

Р_ц.пор = 0.405(0.15·P_м + 2.4Δ P_м - 0.115), (3.5)

Р_ц.пор = 0, 405(0, 15·0, 65+2, 4Δ P_м - 0, 115)= -0, 00709 + 0, 972 Δ P_м.

– при среднем режиме

Р_{ц. ср} = 0.92(0.15·P_м + 2.4Δ P_м - 0.13), (3.6)

Р_{ц. ср} = 0.92(0.15·0, 65 + 2.4Δ P_м - 0.13)= -0, 0299+2, 208 Δ P_м.

– при груженом режиме

Р_{ц. гр} = 1, 64(0.15·P_м + 2.4Δ P_м - 0.15), (3.7)

Р_{ц. гр} = 1, 64(0.15·0, 65 + 2.4Δ P_м - 0.15)= -0, 0861+3, 936 Δ P_м.

Таблица 6 – Зависимость давления в ТЦ от Δ P_м

Рисунок 3.2 – Зависимость давления в ТЦ от Δ P_м