Курсовая работа: Разработка и проектирование тормозной рычажной передачи 4-х осевого крытого вагона на тележках модели 18-100

5. Сила сцепления колес с рельсами [Вс]=kc*q*ψk;

коэффициент запаса по сцеплению kc=0,85

Таблица 2.3

6. Графическая зависимость ВТ= f (K) представлена на рис. 2.3

7. Сила нажатия на тормозную колодку: К1=100,5 кН; K2=135 кН; К3=145 кН.

8. Сила нажатия на тормозную колодку:

Ку = 0,1 • [P]- FТР ; Ky = 0,1 • 1,3 • 305 = 39,65 кН

Принимаем Kу = Kmin = 39,65 кН .

9. Допускаемая сила нажатия на колодку;

Поскольку Ку < К п, то K = Kу = 39,65 кН.

2.5 Выбор передаточного числа РП тормоза

Необходимое усилие по штоку ТЦ и передаточное число РП можно определить методом подбора, как двух взаимосвязанных величин, учитывая следующие соображения.

При сравнительно большом п можно применить компактный ТЦ с малым диаметром и тормозное оборудование меньшего веса. Однако в таких случаях получаются худшие условия для отвода колодок после торможения и затрудняется регулировка РП по мере износа тормозных колодок.

Кроме того, принятое передаточное число РП определяет соотношение между возможным перемещением колодки пси торможении (зазоры между колесом и колодкой в отпущенном состоянии тормоза) и величиной хода поршня ТЦ.

Так как зазор между колодками и колесом должен быть в пределах 5-8 мм, а по конструктивным соображениям рабочий ход поршня также может изменяться в ограниченном диапазоне 40-180 мм, то и передаточное число, РП ограничивается данными условиями. С учетом изложенного в железнодорожной практике обычно передаточные числа РП тормоза принимает n = 6 - 12.

Для уточенного выбора n целесообразно применение другого метода, предложенного Иноземцевым В.Г., учитывающим условия непрерывного торможения вагонов на крутом затяжном спуске, когда длительно не производится полный отпуск автотормозов и поэтому АРП не стягивает РП.

В таком режиме торможения общий расчетный объемный износ чугунных тормозных колодок, действующих на одно колесо, с учетом технологическах факторов может достигать 250 см3.

С учетом выхода штока ТЦ lупр, от упругих деформаций РП и хода поршня от износа тормозных колодок общий выход штока не должен превышать максимально возможной величины Lmax.

Из этого условия:

,

где: mk – число колодок действующее на колесо;

Δc – нормальный средний зазор между колодкой и колесом, Δс=0,5-0,8 см

Для крытых вагонов, оборудованных чугунными тормозными колодками и имеющих один ТЦ, рекомендуют принимать: Lmax= 18см; lупр=6см.

В качестве исходных данных используем результаты расчетов полученных ранее

допустимое нажатие на чугунные колодки К = 39,65 кН. Передаточное число РП n = 9,09.

Далее определим dТЦ, по вышеперечисленной методике.

1.

2.Усилие отпускной пружины ТЦ:

3.Усилие возвратной пружины АРП № 574 Б, приведенное к штоку ТЦ:

4.Диаметр ТЦ:

Принимаем стандартный ближайший размер dТЦ = 356 мм

5. Выбор типа TЦ:

Для пневматической части автотормоза рефрижераторного вагона принимаем ТЦ усл. № 188 Б.

2.6 Выбор объема запасного резервуара

При проектировании тормозного оборудования объем ЗР выбирают в соответствии с принятым диаметром ТЦ, из расчета обеспечения при ПСТ и ЭТ давления в ТЦ не менее 0,38 MПa, при максимальном выходе штока поршня 200 мм. Таковы требования МПС. Исходя из закона Бойля-Мариота, рассматривая состояние пневматической части автотормоза вагона в отпущенном и тормозном состоянии. При этом во внимание принимаются рабочие объекты автотормоза и величины давления воздуха в них.

Рис. 2.3 Схема взаимодействия элементов пневматической части тормоза вагона при отпуске

Рис. 2.4 Схема взаимодействия элементов пневматической части тормоза вагона при торможении

В отпущенном состоянии тормоза объем ЗР-Vзр наполнен сжатым воздухом из М до зарядного давления Рз, а объём ТЦ VТО сообщен с Ат, таким образом давление в объеме VТО устанавливается Ра.(Рис. 2.3)

В заторможенном состоянии ТЦ сообщается с ЗР, а канал Ат перекрыт золотником 2, связанным с поршнем чувствительного элемента 1. Поэтому происходит перемещение поршня на величину выхода штока 3, что вызывает увеличение объема ТЦ до VТЦ .

В соответствие с законом Бойля-Мариота:

,

где: РЗ- зарядное давление воздуха, МПа в аб. ед.;

РА - давление воздуха в ЗР после ПСТ или ЭТ, МПа в аб. ед.;

РТЦ - давление воздуха в ТЦ, МПа в аб. ед.;

m1- число ТЦ, подключенных к ЗР;

VЗР - объем ЗР, м3;

VЦО - объем ТЦ при отпуске и зарядке тормоза, л/3; VЦО = 0,0022 м3;

VТЦ – объем ТЦ при торможение, м3;

Отсюда объем ЗР будет равен:

Принимаем ближайший стандартный ЗР VЗР = 0,078 м3 (78 л)

Тип резервуара Р7-78.

3 Расчет и проектирование механической части тормозной системы вагона

3.1 Выбор принципиальной схемы механической части тормозной системы вагона

Выбор схемы тормозной рычажной передачи (ТРП) определяется типом подвижного состава и конструкцией ходовых частей. При этом ТРП конструируют с учетом реализации требуемого нажатия тормозных колодок и допускаемого удельного давления колодок на колесо

Все основные типы грузовых, рефрижераторных и пассажирских вагонов оборудованы симметричной ТРП, состоящей из двух кинематических цепей, головной и тыловой, размещенных снизу на раме кузова и тележках вагона. Эти кинематические цени передачи тормоза подключены к ТЦ, расположены на раме кузова и средней части вагона. Объединяющим их элементом является затяжка горизонтальных рычагов ТЦ.

3.2 Качественные характеристики механической части тормозной системы вагона

Несмотря на специфические особенности, каждая механическая часть тормозной системы обладает определенными качественными признаками, к которым относятся:

Рис. 3.1 Схема рычажной передачи тормоза крытого вагона:

1-тормозной цилиндр; 2-шток ТЦ; 3,4-головной и тыловой горизонтальные рычаги; 5-затяжка горизонтальных рычагов; 6,7-тяга; 8,9-вертикальные рычаги; 10-затяжка вертикальных рычагов; 11-серьга;

Передаточное число выбирают в пределах 6-12 с учетом возможности обеспечения нормативных зазоров 5-10 мм между колодкой и колесом в отпущенном состоянии тормоза и обычно допускаемых величинах выхода штока поршня ТЦ 0,075-0,1 5 м.

Отношение суммы фактических сил нажатия ΣКД тормозных колонок к расчетному нажатию без учета потерь ΣКТ, называется КПД рычажной передачи.

Величина выхода штока ТЦ является функцией многих параметров:

LШТ=f (Δ3, ΔТК, ΔP, ΔY, n),

где: ΔТК - суммарное число тормозных колодок;

ΔУ - упругие деформации элементов ТРП;

п - передаточное число ТРП;

ΔЗ - зазор между колесом и колодкой

Для крытых вагонов с композиционными колодками LШТ = 0,1м,

с чугунными LШТ =0,125м.

3.3 Определение передаточного числа рычажной передачи по заданной величине нажатии тормозных колодок

Имея выбранный диаметр ТЦ d можно при проектировании ТРП определить ориентировочную величину ее передаточного числа n. Это необходимо выполнить для последующего расчета размеров элементов ТРП.

,

где ΣКn - суммарное проектное нажатие тормозных колодок, подключенных к ТЦ;

ηРП - КПД ТРП, в типовых расчетах тормоза рекомендуется принимать ηРП, для передачи с одним TЦ крытого вагона равным 0.95.

Усилие на штоке ТЦ определяют по зависимости:

где: РШТ - усилие по штоку ТЦ, Н;

РТЦ - расчетное давление воздуха в ТЦ,

для крытых вагонов с композиционными колодками РТЦ=0,3МПа;

с чугунными РТЦ = 0,4МПа.

ηТЦ - КПД ТЦ; ηТЦ =0,92

Рпр - усилие отпускной пружины ТЦ, Н;

Рр - усилие возвратной пружины;

dТЦ - диаметр TЦ. мм:

Усилие отпускной пружины ТЦ:

Рпр=Ро+ЖЦ*LШ ,где:

Ро - усилие предварительного сжатия отпускной пружины ТЦ, Н;

Р0 = 159 кгс;

ЖЦ - жесткость отпускной пружины ТЦ, ЖЦ = 6,57 кгс/см;

LШ- величина выхода штока TЦ, мм.

Для чугунных колодок LШ= 12,5см, для композиционных LШ =10см.

Рпр(комп) =1590+6,57*100=2247 Н.

Рпр(чуг) = 1590 + 6,57*125 = 2411,3 Н

Усилие возвратной пружины авторегулятора РП, приведённое к штоку ТЦ:

где: РОР - усилие предварительного сжатия возвратной пружины

РОР - 1690 Н;

1р- величина сжатия возвратной пружины 1р= 15 мм;

nр - передаточное число, для чугунных колодок и для композиционных nр=0,65.

ЖЦ - жесткость возвратной пружины ТЦ, ЖЦ = 23,1 кгс/см

для композиционных колодок на среднем режиме ВР (Кд=15кН):

для чугунных колодок на груженном режиме ВР(Кд=38кН):

3.4 Вывод формулы геометрического передаточного числа рычажной передачи тормоза

Согласно схеме ТРП, представленной на рис. 3.1, сила РШТ поршня, действующая по направлению штока 2, передается через горизонтальный рычаг 3 на тягу 6, с выигрышем силы пропорционально отношению плеч этого рычага а: 6.

Р1*б = РШТ*а; Р1= РШТ *(а/б):

Полученная на тяге сила Р1 на крытом вагоне, при помощи вертикального рычага 8 передается на ближний к ТЦ триангель с новым изменением силы пропорционально отношению (в+г)/г этого рычага.

где P1 – усилие, с которым тяга 6 воздействует на вертикальный рычаг 8 тележки;

а и б – плечи горизонтальных рычагов ТЦ;

P2 – усилие от вертикального рычага тележки на триангель;

в и г – плечи вертикальных рычагов тележки.

Направление силы P2 образует угол a с направлением нормального давления колодки.

Силы нажатия на тормозной колодки триангеля находим из выражения:

2*Кт =Р2

*cos a

Кт = 0,5* Р2 *cos a =0,5 *Pшт*(а/б)*[(в+г)/г]*cos a ,

где a =10° - угол наклона колодки.

ТРП подвижного состава конструируются с одинаковой силой нажатия колодок на все к.п.

В данной схеме это достигается подбором плеч рычагов 3,4 и 8,9 и шарнирным соединением их затяжками 5 и 10. Поэтому, чтобы найти суммарную силу нажатия на колодки вагона достаточно полученное выражение умножить на число колодок, тогда:

Имея в виду формулу

Можем записать:

сокращая получим:

3.5 Определение плеч рычагов и длин тяг рычажной передачи

Размеры плеч рычагов определяют из условий их размещения в ТРП на вагоне и реализации требуемого передаточного числа п... Длина тяг выбирается с учетом места расположения на раме вагона ТЦ и подключаемых к нему ТРП тележек.

3.5.1 Выбор длин плеч вертикальных рычагов тележки

Рис.3.2 Вертикальный рычаг тележки.

Расчетная схема установки вертикального рычага тележки вагона (рис.3.2). Из рисунка видно, что суммарная длина плеч рычага:

в + г = Н - (hв + hн)

где: hв- расстояние от центра верхней проушины до рамы кузова, исключающее взаимодействия конуса рычага с рамой вагона;

hн - расстояние, исключающее возможность в процессе эксплуатации вагона, выхода конуса рычага за габарит подвижного состава;

Н – расстояние от уровня головки рельса до нижней плоскости кузова в месте расположения вертикального рычага.

Для рычага, подвешенного к необрессоренной массе те­лежки (грузовой вагон), учитывают понижения рамы кузова вследствие:

Δп-износа пятника и подпятника;

¦ст – величина равномерного статического прогиба;

¦о – статическая осадка рессор и понижение рамы тележки, ¦о =10 мм [4,табл.5.2.]

Dк – износ колёсной пары по кругу катания, Dк =53 мм;

Dб – износ буксы и боковины в месте взаимного опирания, Dб =2 мм;

Dш – максимальный износ шарнирных соединений подвески рычага, Dш=9мм;

hг – допускаемая высота от головки рельса до габаритного очертания ходовых частей вагона; hг =70 мм;

Dз – страховой зазор, Dз =30 мм;

¦д – динамический пробег;

Rв и Rн – радиусы верхней и нижней проушин;

Поэтому:

где Рр- расчётная нагрузка на вагон, кН;

lт – гибкость рессорного подвешивания тележки, lт =0,125 мм/кН [табл. 5.4.].

¦ст =0,5*930*0,125=58,1 мм;

¦д =Кдв*¦ст =0,55*58,1=31,96 мм.

где Кдв- коэффициент динамической добавки вертикальных сил, Кдв=0,55¸0,65.

hв = 5+58,1+31,96+10+40+30=175 мм

hн = 70+53+2+9+40+30=204 мм.

;

Из этого выражения находим искомые плечи в и г, где А=2,5; Н=930мм.

в+г=930-(175+204)=551 мм

Из решения системы уравнений получаем:

в=400,7 мм; г=160,3 мм;

На основе опыта вагоностроения и эксплуатации принимаем:

в=400 мм; г=160 мм;

3.5.2 Определение длин плеч горизонтальных рычагов ТЦ

Длина горизонтального рычага по центрам проушин определяется по конструктивным соображениям из условия размещения ТЦ на раме вагона,

а также по накопленному опыту проектирования ТРП и испытанию тормозных систем МПС рекомендует к применению на крытых вагонах рычага ТЦ стандартных размеров 660 мм; т. е. а + б = l = 660мм.

Рис. 3.2 Схема размещения горизонтальных рычагов на раме

1 – ТЦ;

2 – затяжка горизонтальных рычагов;

3 – горизонтальный рычаг;

4 – тяга;

5 – рама вагона.

Длина горизонтального рычага по центрам проушин: l=а+б;

Длины плеч а и б рычага ТЦ можно определить, используя для этого формулу геометрического передаточного числа РП При этом принимают, что передаточное число nг должно быть одинаковым с величиной nк, полученный в п.3.2. по заданному нажатию тормозных колодок, т.е. nг = nк.т.о., получаем систему из 2-х уравнений:

Для чугунных колодок:

а + б = 660

9,7= 4* а/б*(400+160)/160*cos 10°

Из решения системы получаем:

а=270 мм; б=390 мм (фактич.размер а=260;б=400);

Тогда фактическое передаточное число:

nг(ч)= 4* 270/390*(400+160)/160*cos 10°=9,5;

Для композиционных колодок:

а+б = 660

5,3 = 4* а/б*(400+160)/160*cos 10°

Из решения системы получаем:

а=185 мм; б=475 мм (фактич.размер а=195; б=465);

Тогда фактическое передаточное число:

nг(к)= 4* 185/475*(400+160)/160*cos 10°=5,4;

3.5.3 Определение длинны тяг и затяжек рычагов

Длину головной lг и тыловой /т тяг, соединяющих на гру­зовых вагонах рычаги ТЦ с рычагами тележки, определяют исходя из координат их шарнирных соединений.

В симметричной ТРП грузового вагона, на котором ТЦ установлен в средней части на раме кузова, длину тяг можно определить из выражений

где 2L - база вагона;

lп- расстояние от центра шкворня тележки до шарнирного соединения тяги с рычагом тележки;

- расстояние от центра кузова вагона соответственно до шарнирного соединения рычага со штоком ТЦ или с крон­штейном "мертвой точки"

ly; lx - расстояние от шарнирных соединений штока ТЦ и кронштейна "мертвой точки" соответственно до головной или тыловой тяг;

lур -максимальная длина установки регулятора ТРП.

Координатой шарнирного соединения тяги с рычагом те­лежки (см.рис.5.3) является 1п- расстояние до центра шкворня тележки, которое определяется с учетом среднего диаметра ко­лес в тележке и толщины колодок. Из инструкции и пособия по обслуживанию и ремонту тормозов [6,8] при среднем диа­метре колес 964-950мм и прижатых полномерных колодках установочный размер ТРП в тележке lп= 350-450мм.

Известны и координаты шарнирных соединений тягового стержня АРП, являющегося продолжением головной тяги, и тыловой тяги вагона с рычагами ТЦ. Это расстояние /у и /х (рис. 3.4) от этих шарниров до установки ТЦ на раме кузова. Для грузовых вагонов с АРП принимают lу=50-90мм и lх=200-260мм.

Расстояние от середины кузова вагона до отверстия на штоке ТЦ для шарнирного соединения lц1=510мм и до от­верстия в кронштейне "мертвой точки" lц2=330мм. Таким обра­зом длина установки ТЦ №188Б составляет lц1 +-lц2= 840мм.

Максимальная длина lyp установки* АРП №574Б достигает 2252 мм и РТРП-675 2377мм.

Длину затяжки рычагов ТЦ можно определить из выра­жения:

Длину затяжки lзр вертикальных рычагов в тележке гру­зового вагона выбирают в зависимости от среднего диаметра колоес тележки при полномерных тормозных колодках. При полномерных колесах в тележке Дср=964мм длина составляет 950мм, а при среднем диаметре колес менее 865мм lз должна достигать 1110мм, длина серьги 127-227мм.

Рис. 3.3 Схема установочных размеров рычажной передачи крытого вагона

Рис. 3.4 Схема установочных размеров тормозного цилиндра и его рычагов

3.6 Выбор сечений элементов рычажной передачи тормоза вагона

3.6.1 Определение усилий, действующих на элементы рычажной передачи

Искомые усилия, действующие в местах всех шарнирных соединений определяются из условия равновесия рычагов ТРП в тормозном положении, рассматривая последовательно передачу усилий со штока ТЦ на тормозные колодки. Из условия равновесия рычагов тормоза вагона следует:

Тогда на шток ТЦ крытого вагона усилия составляют:

Определим усилие при чугунных колодках:

определим усилие при композиционных колодках:

3.6.2. Расчет на прочность рычага Т.Ц.

Расчет на прочность предполагает определение геометрических размеров сечений элементов ТРП, исходя из условия, что возникающие напряжения (растяжения, сжатия, изгиба, смятия и среза) в этих сечениях под нагрузкой не должны превышать допускаемые для марок стали, из которых намечается их изготовление. Для деталей тормоза, рассчитанных в соответствии с нормами для расчета и проектирования на наиболее невыгодное, но возможное в эксплуатации сочетание расчетных сил

Рис 3.4 Расчетная схема рычага т.ц. и эпюра изгибающего момента, сечения рычага тележки

Размеры горизонтального рычага тележки типа 18-100 крытого вагона:

а=260; б= 400 мм; d1= 40 мм; d2 = 45 мм; H*h =142*14 мм; R = 40 мм.

,

где: [sи] - допускаемые максимальные напряжения в рычаге при

изгибе - 145 МПа;

W-момент сопротивления поперечного сечения рычага;

Ми - изгибающий момент в опасном сечении рычага.

Для сечения А-А

В свою очередь момент сопротивления можно определить из выражения.

Поэтому:

После соответствующих преобразований получим уравнение следующего вида

По правилу Тартальи корень этого уравнения представляется выражением:

где: U и V - решения системы.

из таб. 6.2 выбираем следующие размеры сечений рычага: при d2 =45мм,

h = 120мм, t = 14мм;

Напряжения сжатия и среза определяются по формулам:

где: Р- усилие на проушину;

t – толщина проушины;

d1 – диаметр проушины;

h – высота сечения проушины по линии среза, принимается равной:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8