Исследование параметров и совершенствование конструкций механической части тормозных систем грузовых вагонов с учетом перспективных условий эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат технических наук Болотина, Александра Борисовна

• Болотина, Александра Борисовна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Болотина, Александра Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

I. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТОРМОЗНЫХ РЫЧАЖНЫХ ПЕРЕДАЧ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.

Ы.Краткий обзор конструкций и вопросов совершенствования тормозных систем грузовых вагонов.

1.2 Анализ теоретических методов оценки конструкций тормозных систем.

Выводы и задачи исследования.

2 .МНОГОФАКТОРНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ РЫЧАЖНЫХ ПЕРЕДАЧ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ С УЧЕТОМ ПОВЫШЕНИЯ

ОСЕВЫХ НАГРУЗОК И СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЭКИПАЖА.

2.1. Разработка методики обобщенной оценки параметров тормозных систем.

2.2 Оценка коэффициентов передачи усилий с учетом повышения осевых нагрузок и скоростей движения.

2.2.1 Оценка коэффициентов передачи усилий с учетом обеспечения безъюзного торможения и непревышения предельно допустимых тормозных путей.

2.2.2 Оцека коэффициентов передачи усилий с учетом ограничений по мощности.

2.2.3 Анализ обобщенных областей варьирования №гу, удовлетворяющих различным эксплуатационным условиям.

2.2.4 Оценка коэффициентов передачи усилий с точки зрения обеспечения повышенных осевых нагрузок для различных эксплуатационных условий.

Выводы по 2 главе.

3.УТОЧНЕНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ РЫЧАЖНОЙ ПЕРЕДАЧИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.

3.1 Краткий обзор устройств , пердотвращающих касание колодок и колес при отпущенном тормозе.

3.2 Структурный анализ ТРП тележки с отводящими устройствами как плоского механизма.

3.2.1 Особенности структуры типовой рычажной передачи четырехосного вагона.

3.2.2. Особенности структуры ТРП тележки без отводящих устройств в отпускном положении.

3.2.2.1 Структурный анализ механизма ТРП тележки в случае кромочного контакта колодки с колесом.

3.2.3 Структурный анализ ТРП тележки с отводящими устройствами.

3.2.3.1 Разработка структурной схемы ТРП тележки с отводящими устройствами.

3.2.3.2 Структурный анализ ТРП тележки с отводящими устройствами жестко закрепленными на подосной тяге , в отпускном положении.

3.2.3.3 Структурный анализ ТРП тележки с отводящими устройствами , жестко закрепленными на подосной тяге , в случае кромочного контакта.

3.2.3.4 Структурный анализ ТРП тележки с отводящими устройствами , не имеющих жестких связей с подосной тягой , в отпускном положении.

3.2.3.5 Структурный анализ ТРП тележки с отводящими устройствами , не имеющих жестких связей с подосной тягой , в случае кромочного контакта.

3.2.4.Разработка предложений по усовершенствованию структуры механизма тормозной рычажной передачи тележки с отводящими устройствами.

3.3 Определение конструктивных параметров предлагаемого поводкового отводящего устройства.

3.3.1 Разработка математической модели , иммитирующей параллельный отвод колодок.

3.3.2 Разработка математической модели четырехзвенного механизма.

3.3.3. Анализ траекторий т Б и обоснование координат Хп0 ,УПс закрепления отводящего поводка относительно тыльной стороны триангеля.

3.3.4. Обобщенная оценка погрешности между траекториями тБ для механизма , иммитирующего параллельный отвод колодок и четырехзвенного механизма.

3.4. Определение конструктивных параметров предлагаемого отводящего поводка с учетом предельно-допустимого отклонения колодки от положения соответствующего параллельному отводу колодок.

3.4.1. Разработка методики определения предельно-допустимых смещений колодки относительно положения параллельного отвода.

3.4.2. Качественный анализ характерных вариантов взаимного расположения кривых.

3.4.3. Разработка методики вычисления линейной погрешности.

3.4.4. Основные этапы приближения функций.

3.4.5 Обоснование параметров отводящего поводка с учетом конструктивных ограничений.

Выводы по 3 главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование параметров и совершенствование конструкций механической части тормозных систем грузовых вагонов с учетом перспективных условий эксплуатации»

Тормозная рычажная передача представляет собой одну из наиболее сложных механических систем, применяемых на подвижном составе. В тоже время автотормозная техника является одним из важнейших элементов железнодорожного транспорта, от уровня развития и состояния которого, в значительной мере зависит безопасность движения поездов.

В современных экономических условиях вопросы повышения безопасности, надежности и эффективности работы подвижного состава приобретают наибольшую актуальность. В этом плане важное место занимают вопросы проектирования, эксплуатации, обслуживания и ремонта тормозных систем. На сегодняшний день около 20% отказов приходится именно на тормозное оборудование / 1 /.

Как известно, парк грузовых вагонов обширен и многообразен. Так вагоны курсирующие по дорогам России могут различаться по конструктивному исполнению, по осности (четырехосные, шестиосные, восьмиосные и т.д.), а также по назначению (универсальные вагоны, специализированные вагоны).Такое обилие различных типов вагонов, в свою очередь, обусловило и разнообразие тормозных систем, которые отличаются друг от друга конструкцией, компоновкой, количеством элементов и принципиальной схемой механической части ТРП вагона. Очевидно, что указанные различия приводят к различиям технических характеристик тормозных систем (ТС).

Следует отметить, что требуемые технические характеристики ТС, как показывают исследования, реализуются для сравнительно небольшого диапазона тар и грузоподъемности вагонов. Поэтому решения задач, связанных с повышением эффективности работы подвижного состава за счет увеличения осевых нагрузок, изменения массы тары, даже в пределах одного типа нередко приводят к необходимости корректировки основных параметров ТС. С другой стороны, повышение эффективности работы подвижного состава возможно за счет повышения эффективности перевозочных процессов, предусматривающее увеличение пропускной и провозной способности железных дорог. Это, в свою очередь, определяет скорости вождения поездов и другие эксплуатационные условия, на основании которых вырабатываются требования к выходным характеристикам как подвижного состава, так и тормозных систем. В результате, изменение осевых нагрузок, массы тары, эксплуатационных условий повышают в свою очередь актуальность вопросов оценки приемлемости уже существующих тормозных систем для новых условий с целью обеспечения вагона тормозными средствами, то есть обеспечения реализуемого коэффициента сцепления, исключающего вхождение подвижного состава в юз, обеспечение реализации требуемых тормозных путей и тепловых характеристик, не превышающих допустимые нормативные значения.

Опыт эксплуатации показывает наличие определенных недостатков ТС. На основании этого можно отметить, что актуальными являются также вопросы совершенствования конструкций тормозных систем, приводящие, в некоторых случаях, к необходимости разработки новых принципиальных схем тормоза. При этом, одним из требований совершенствования конструкций является требование унификации.

Решение задач по обоснованию параметров ТС, рабочих характеристик, границ приемлемости рабочих характеристик с учетом эксплуатационных условий, совершенствования конструкций ТС, разработке новых принципиальных схем, с учетом существующих тенденций повышения эффективности работы железнодорожного транспорта не теряют актуальности и практической ценности. Решение же указанных выше задач зачастую является предметом научно-исследовательских работ, одним из главных вопросов которых является совершенствование и разработка методик, направленных на оценку функционирования ТС, уже на стадии проектирования. Значительный вклад в развитие и совершенствование конструкций ТС и методик их проектирования внесли: 8

В.Г.Иноземцев, П.Т.Гребенюк, В.А.Щепетильников, Б.Л.Карвацкий, Д.Э.Карминский,Б.А.Соколов, М.Г.Погребинский, Г.Б.Никитин, В.А.Юдин,

A.Н.Шамаков, В.А.Гулак, В.И.Астахов, Ю.Я.Якимец, А.И.Турков, Е.И.Дроздов,

B.В.Соломатин и др.

Особенностями этих методик является необходимость учета многих факторов, влияющих на выходные характеристики и работу автотормоза, что значительно усложняет процесс решения поставленных задач. В этой связи в диссертации рассмотрены вопросы связанные с дальнейшим совершенствованием методики оценки и выбора параметров с учетом различных факторов, а также уточнения методики исследования и совершенствования конструкции тормозной рычажной передачи грузовых вагонов с целью устранения имеющихся недостатков.

I. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТОРМОЗНЫХ РЫЧАЖНЫХ ПЕРЕДАЧ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

П.Краткий обзор конструкций и вопросов совершенствования тормозных систем грузовых вагонов.

Наибольшее распространение на железных дорогах России получили четырехосные вагоны(крытые полувагоны, платформы, цистерны и т.д.).

На четырехосных вагонах, в большинстве случаев используется симметричная тормозная рычажная передача (ТРП) собранная по схеме, представленной на рисунке 1.1 которая включает в себя тормозной цилиндр (ТЦ) (1), к которому посредством горизонтальных рычагов 2,3, их затяжки 4 и тяг 5,6 подключаются рычажные передачи двухосных тележек, состоящие из вертикальных рычагов 7, подвесок триангеля 9 и триангеля, подосной тяги 8, и серьги 10 вертикального рычага.

Эта схема содержит наименьшее допустимое количество элементов, что способствует улучшению работы механизма. Усилие на тормозную рычажную передачу тележки передается от тормозного цилиндра через рычаги ТЦ 2 и 3 и головную и тыловую тяги 5 и 6.

Практика показала, что данная схема является наиболее удачной, благодаря относительной простоте конструкции, обеспечивающей эффективную работу автотормоза. Но несмотря на длительный опыт эксплуатации системы, по данным МПС РФ / 2 /, на вагонах не исключается появление ползунов, клиновидных износов колодок и т.д.

Касаясь вопросов оценки параметров тормозных систем (ТС) отметим, что учитывая небольшое количество элементов схемы 1.1, она представляется сравнительно простой с точки зрения определения параметров и рабочих

Типовая схема рычажной передачи 4-х осных вагонов

Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки технического углерода и гранулированной сажи характеристик ТС. Однако следует отметить, что использование типовой схемы автотормоза для четырехосных вагонов не всегда является возможным. Это связано с тем, что некоторые вагоны в силу своих конструктивных особенностей, как например, вагоны бункерного типа, имеют пространственные ограничения не позволяющие разместить типовую тормозную рычажную передачу.

Поэтому на большинстве четырехосных вагонах бункерного типа устанавливаются тормозные системы отличные от схемы 1.1.

В некоторых случаях, из-за стесненности пространства между бункерами таких вагонов, тормозной цилиндр, запасной резервуар (ЗР) и воздухораспределитель (ВР) устанавливаются сверху на раме одной из консольных частей вагона. Применяемая в этом случае ТРП называется несимметричной.

При этом механическая часть вагонов-хопперов значительно усложняется из-за применения дополнительных рычагов и тяг по сравнению с типовой ТРП, что приводит к некоторым различиям как конструкции, так и их математических моделей по определению положений звеньев.

Следует отметить, что парк грузовых вагонов бункерного типа также многообразен. Производство больших партий началось в шестидесятые годы и с тех пор постоянно наращивалось. Так по данным исследований /3/ в эксплуатации может находиться около двадцати моделей вагонов бункерного типа. Среди них обычное размещение ТЦ, ВР и ЗР в средней части на раме под кузовом вагона сохранено только на вагонах предназначенных для перевозки неф-тебитума (модели 17-431, 17-494), технического углерода и гранулированной сажи (модели 25-4001, 20-403), кокса (модель 22-445) и торфа (модель 20-473). На крытых вагонах - хопперах для перевозки цемента постройки 60-х годов (модели 19-Х751 и 19-Х752) и позднего выпуска (модель 11-715) ТЦ и ВР располагались также на раме кузова в свободной зоне, образованной между поперечными стенками соседних бункеров, но установка ЗР перенесена на верх рамы в ее свободную консольную часть.

Ограничение свободного пространства под вагоном между стенками бункеров заставляет на хопперах для перевозки окатышей и горячего агломерата (модели 20-471, 20-480 и 20-4015 ), цемента (модель 19-758), зерна (моделей 11-739, 19-752, 19-756 ), минеральных удобрений (модели 19-Х051, 11-740), а также хопперов-дозаторов для перевозки балласта при путевых работах (модель 20-Х351) устанавливать ТЦ, ВР и ЗР сверху, на консольной части что, как уже говорилось ранее, приводит к изменению механической части ТРП.

Как показали исследования / 4 / на вагонах бункерного типа применяется, в основном восемь типов механических схем тормоза, представленных на рисунках 1.1-1.8), которые в большинстве своем состоят из следующих основных узлов :

• узел ТЦ;

• передаточные узлы;

• механизмы ТРП тележек ;

• узел авторегулятора рычажной передачи.

Вместе с этим каждой схеме присущи свои индивидуальные особенности.

Так схемы с несимметричным расположением элементов (рис 1.4-1.7) имеют отличительные особенности в узле тормозного цилиндра, заключающиеся в наличии одного головного двуплечного рычага 2, серьги головного рычага 4 непосредственно к которому может быть подсоединена соединительная тяга 5.

Второй особенностью является подключение ТРП тележек к узлу ТЦ, которое осуществляется с использованием двух передаточных узлов, последовательно соединенных между собой. Сами передаточные узлы включают в себя головной 11 и тыловой 12 рычаги и затяжку 6, а также продольные тяги 13 и 14, передающие усилия на ТРП тележки. Указанные тяги присоединены непосредственно к рычагам 11 и 12 передаточных узлов.

Касаясь узла авторегулятора (АРП), отметим, что у большинства схем АРП установлен в соединительной тяге 5.

Схема тормозной рычажной передачи с горизонтальными валами вагонов-хопперов для перевозки цемента, муки и гранулированных полимеров

Рис 1.3

Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки окатышей и горячего агломерата

Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки зерна, насыпного цемента, минеральных удобрений и их сырья

Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки и дозировки балласта

Схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера ЦНИИ-ДВЗ производства Польши для перевозки балласта 5

Рис 1.7

Усовершенствованная схема тормозной рычажной передачи вагона-хоппера для перевозки окатышей и горячего агломерата

Особенности схем с симметричным расположением элементов заключается : во-первых, в усложнении узла ТЦ, который включает в себя два двуплечных рычага (головной 2 и тыловой 3) соединенных между собой затяжкой 4. Также в отличии от несимметричных схем, к элементам узла ТЦ добавлена тяга 6 ; во-вторых, два передаточных узла подключены к узлу ТЦ параллельно и состоят из тяги 13, подключенной к рычагу головного передаточного узла 11 и тяги 14, подключенной к рычагу тылового передаточного узла 12.

АРП, как и в предыдущем случае, установлен в соединительной тяге 5.

Большинство рассматриваемых схем механической части автотормоза ( рис 1.1-1.4) оборудованы типовым рычажным приводом авторегулятора, который состоит из рычага 15 и распорки 16, соединяющей рычаг 15 с головным рычагом 2 узла ТЦ. Однако имеется отличие вагонов-хопперов для перевозки зерна и цемента (рис 1.5), а также ТС вагонов для перевозки и дозировки балласта (рис 1.6), где привод АРП содержит упор с регулировочным винтом, установленным жестко на кронштейне рамы вагона.

Индивидуальные особенности схем заключаются не только в компоновке узлов и количестве элементов, но и конструктивных особенностях. Так у вагонов для перевозки окатышей и горячего агломерата (модели 20-471, 20-480 и 20-4015) схема тормозной рычажной передачи которого изображена на рис 1.4 рычаги промежуточного механизма располагаются в горизонтальной плоскости. Положение тылового рычага 12 фиксируется его подвеской на кронштейне рамы вагона. В тоже время рычаг 2 узла ТЦ располагается в вертикальной плоскости.

У крытых вагонов хопперов для перевозки зерна ( модели 11-739, 19-752 и 19-756 ) и насыпного цемента (модель 19-758 ) рис 1.5, в отличии от рассмотренной выше схемы, рычаги промежуточного механизма 11,12 являются вертикальными и располагаются в технологических пазах хребтовой балки, а в средней части головного рычага 11 установлен валик 17, который поддерживает рычаг при его перемещении. Валик выполнен в виде удлиненного цилиндрического стержня с надетыми на него по торцам короткими втулками, выполняющими роль катков. Каждая втулка располагается с наружной стороны пластины рычага 11. Тыловой рычаг 12 своей верхней частью закреплен на кронштейне, жестко связанным с рамой хоппера. Изменена ориентация и рычага 2 ТЦ, который расположен в наклонной поперек вагона плоскости.

Рассматривая механическую часть тормоза, изображенную на рис 1.5, которую имеют вагоны-хопперы моделей 11-740, 19-Х051 и 19-Х052 для перевозки гранулированных минеральных удобрений и сырья для их производства, отметим, что на двух последних моделях ТЦ 1 установлен в консольной части рамы и сориентирован своим штоком к середине вагона.

Что касается вагонов-хопперов для перевозки цемента, заметим что для них имеет место две разновидности механической части тормоза, применяемые на различных моделях. Так современный цементовоз (модель 19-758) имеет ТРИ, представленную на рис 1.5, а вагоны модели 11-715 имеют ^ механическую часть тормоза, собранную по разным схемам. Так на вагонах, где ТЦ установлен сверху в консольной части рамы кузова, используется схема изображенная на рис 1.5, а на вагонах с ТЦ в средней части - схема с симметричным расположением элементов, изображенная на рис 1.3 у которой рычаги узла ТЦ расположены в горизонтальной плоскости. Отличительной особенностью последней является также то, что вместо рычагов передаточного узла используются горизонтально размещенные поперек вагона тормозные валы (рис 1.3), снабженные соответственно по торцам вертикальными рычагами 11, 12 и 17, 18. Причем в головной кинематической цепи тормозной вал 13 соединен рычагом 11 с головной тягой 5, а в тыловой - с тягой 6 вагона. Рычагом 12 и 18 тормозные валы 13 и 14 подключены к передаче тормоза двухосной тележки.

У вагонов-хопперов для перевозки технического углерода и гранулированной сажи ( моделей 25-4001 и 20-403 ) ТЦ установлен на раме кузова в средней ее части, между разгрузочными люками бункеров, таким образом на данных вагонах применяется симметричная схема ТРП, изображенная на рисунке 1.2. Головная и тыловая ветви содержат рычажные передаточный узлы состоящие из рычага 11 и 12 и тяги 5 и 6. соответственно. Из-за ограниченности свободного пространства головной 2 и тыловой 3 рычаги ТЦ, наклонены в поперечном направлении вагона и сориентированы снизу вверх.

Вагоны хопперы моделей 17-494 и 17-431 для перевозки нефтебитума оборудованы типовой симметричной ТРП (рис 1.1), которая применяется в тормозных системах подавляющего большинства четырехосных платформ, крытых вагонов, полувагонов и цистерн.

На хоппере-дозаторе ЦНИИ-ДВЗ-М (модель 20-Х351) механическая часть тормоза собрана по схеме, показанной на рисунке 1.6, а для хоппера-дозатора ЦНИИ-ДВЗ по схеме представленной на рис 1.7.

Из анализа конструкций ТРП указанных схем видно, что схема на рис 1.6 отличается от ТРП изображенной на рис 1.5 местом установки кронштейна мертвой точки серьги 4. Здесь этот кронштейн закреплен на раме вагона ближе кАРП.

Особенностью схемы ТРП (рис 1.7) хоппера-дозатора ЦНИИ-ДВЗ производства Польши является отсутствие авторегулятора, а также размещение ТЦ, шток которого направлен в сторону вертикальных промежуточных рычагов.

Обследование технического состояния тормозного оборудования вагонов бункерного типа, проводимое МИИТом совместно с ВНИИЖТом, в рамках научно-исследовательской работы / 3 / и выявившие ряд существенных недостатков, показало, что у цементовозов с несимметричной тормозной рычажной передачей (рис 1.5) во многих случаях выход штока превышал максимально допустимое значение, а также имели место разрывы колец отводящих устройств. А у окатышевозов наблюдаются износы и изгиб большой поддерживающей скобы, вызванные взаимодействием с элементами ТРП.

У полувагонов бункерного типа для перевозки горячего агломерата имели место случаи потери их тормозной эффективности, приводящие к нарушению безопасности движения поездов. Вместе с этим при утоньшении тормозных колодок вследствие их износа был выявлен чрезмерный завал рычагов 11 и 12 передаточных узлов, снижающий действительные силы нажатия колодок. Для этого же вагона известны случаи самовыключения тормоза обеих тележек.

У вагонов - хопперов для перевозки минеральных удобрений состояние тормозного оборудования большинства вагонов оказалось удовлетворительным. Однако с увеличением выхода штока ТЦ более предельно допустимой величины происходило взаимодействие торца промежуточного рычага с хребтовой балкой, что вызывало потерю эффективности. Кроме того у некоторых вагонов, таких как цементовоз (мод 19-758) и крытых вагонов-хопперов для перевозки зерна, в механической части тормоза присутствовал недопустимый завал вертикальных рычагов тележки, приводящий к чрезмерному сближению с надрессорной балкой или контакту с осью колесной пары. Вместе с этим у 80 % осмотренных вагонов присутствовал клиновидный износ колодок, что свидетельствует о плохой работе отводящих устройств.

Исследования показали, что большинство вагонов бункерного типа имеют существенные недостатки, причем в тормозной системе этих специализированных вагонов в эксплуатации возникают как общеизвестные неисправности, проявляющиеся во всех типах грузовых вагонов, так и другие, характерные только для вагонов, где в механической части автотормоза используется дополнительные передаточные узлы, что также обуславливает актуальность вопросов совершенствования конструкций.

Устранение имеющихся недостатков явилось основой для проведения ВНИИЖТом и МИИТом научно-исследовательских работ. Результатом этих работ можно назвать усовершенствованную схему вагона-окатыше-воза, представленную на рис 1.8. Отличительной особенностью ее по сравнению с применяемой ранее (рис 1.4) является расположение авторегулятора с новым ры-чажно-стержневым приводом в затяжке передаточного узла. Это позволило разнести рычаги 11, 12 и избежать их взаимодействия в процессе торможения, что могло бы привести к выключению автотормоза /3,4/. Для обеспечения удовлетворительной работы ТРП вагона-окатыше-воза в эксплуатации было предложено упорядочить перемещение головного передаточного рычага 11 путем установки направляющей скобы (рис 1.8).

Совершенствование автотормоза обусловило необходимость решения следующих задач :

1. Обоснование схемы ТРП вагона окатышевоза и определение ее основных параметров (длин звеньев, плеч рычагов и т.д.)

2. Компоновка и размещение элементов ТРП

3. Оценка функционирования предлагаемой конструкции тормоза с учетом эксплуатационных условий :

3.1 оценка положений звеньев в зависимости от выхода штока;

3.2 оценка обеспеченности вагона по нажатиям ;

3.3 оценка реализуемых тормозных путей и др.

Очевидно, что для дальнейшего устранения имеющих место недостатков требуется продолжение проведения научно-исследовательских работ, зачастую не исключающих необходимости решения указанных выше задач. Вместе с этим, следует учитывать, что различия присущие тормозным системам по компоновке (симметричные, несимметричные), по основным составляющим узлам (с передаточным узлом, без передаточного узла), по количеству элементов рычажной передачи затрудняют оценку особенностей функционирования ТС с учетом эксплуатационных факторов на стадии проектирования и требуют разработки объектно-ориентированной методики для анализа работы ТС.

Механическая часть восьмиосных вагонов, по сравнению с четырехосными представляет собой еще более сложную конструкцию. Следует особо подчеркнуть, что большегрузные вагоны начали выпускаться сравнительно недавно, однако их тормозная система претерпела значительные изменения /5/.

Первый восьмиосный вагон (рис 1.9 ) имел тормозной цилиндр 1 диаметром 0,4 м, к которому, как и на четырехосных вагонах, посредством горизонтальных рычагов 3,4, их затяжки 2 и тяг 5,6 подключались рычажные передачи четырехосных тележек. Последние содержали типовые рычажные передачи двухосных тележек, объединенные между собой последовательно с помощью тяги 7, пропущенной сквозь соединительную балку под центральным подпятником. Как правило, последовательно с головной тягой 6 собрана установка регулятора 9 рычажной передачи (РП).

Аналогичная схема использовалась и на первых восьмиосных вагонах думпкарах.

Позже выяснилось, что выбранное конструктивное решение механизма передачи при своей относительной простоте имеет ряд существенных недостатков, поэтому была предложена новая схема, ставшая впоследствии типовой. Особенность этой рычажной передачи заключается в параллельной передаче усилий на триангели 2-осных тележек. Данная ТРП представлена на рис 1.10.

Другим отличием от схемы имевшей место ранее, является наличие дополнительных элементов, с помощью которых и осуществляется параллельная передача на двухосные тележки : равноплечный вертикальный рычаг-балансир 10, большая 11 и малая 7 обходные тяги, большой 12 и малый 13 обходные рычагов и их распорки 14. Обходные рычаги шарнирно укреплены на соединительной балке.

В настоящее время выпускаемые магистральные 8-осные вагоны оборудуются ТРП с параллельной передачей усилий на триангели двуосных тележек. Однако ряд недостатков присущих данным схемам потребовал разработки новых ТС для 8-осных вагонов. Так была предложена схема ТРП с двумя тормозными цилиндрами, что явилось коренным отличием от схем имевших место ранее ( рис 1.12). Причем рычаги узла ТЦ имели общую затяжку 2.

Схема тормозной рычажной передачи 8-осного полувагона с последовательной передачей усилий на триангели в 4-х осных тележках

Рис 1.9

Схема тормозной рычажной передачи 8-осного полувагона с параллельной передачей усилий на триангели в 4-х осных тележках

ТРП восьмиосной цистерны (рис 1.11) имеет некоторое конструктивное отличие от ТРП полувагона, обусловленное наличием на котле сливных приборов, установкой дополнительных обходных горизонтальных рычагов 15 и тяг16.

Следует отметить, что ТРП четырехосных тележек данной схемы, совпадает с конструкцией типовой рычажной передачи восьмиосного вагона. В предложенной рычажной передаче, ТРП двуосных тележек соединены параллельно с помощью распределительного рычага 10, большой 11 и малой 7 обходных тяг, большого 12 и малого 13 обходных рычагов и распорки обходных рычагов 14. Обходные рычаги шарнирами укреплены на соединительной балке.

Позже была предложена двухцилиндровая схема с приводом тормоза на каждую четырехосную тележку от отдельного ТЦ, изображенная на рис 1.13, у которой отсутствует общая затяжка 2 горизонтальных рычагов ТЦ, но имеется общая для них мертвая точка.

Основными недостатками таких тормозных рычажных передач является отсутствие стабильности работы.

Другая схема, нашедшая применение на 8-осных думпкарах моделей 31.653, 31.667, 31.668 и 31.669 была схема представленная на рис 1.14. В отличии от представленных ранее, данная схема содержит индивидуальный привод автотормоза на каждую четырехосную тележку, то есть рычажные механизмы каждой тележки не имеют общей связи. Другой отличительной особенностью является последовательное соединение между собой рычажных передач двуосных тележек тягой 6, пропущенной сквозь соединительную балку под центральным подпятником.

На базе этой конструкции, после долгих изысканий ВНИИЖТом и МИИТом в содружестве с ПО АЗОВМАШ была разработана двухцилиндровая тормозная система с индивидуальным приводом автотормоза на каждую четырехосную тележку /5,6/.

Схема тормозной рычажной передачи 8-осной цистерны

Рис 1.11

Схема тормозной рычажной передачи 8-осного вагона с двумя тормозными цилиндрами и общей затяжкой горизонтальных рычагов

Схема тормозной рычажной передачи 8-осного вагона с раздельным приводом на каждую 4-х осную тележку

Рис 1.13

Схема тормозной рычажной передачи 8-осного вагона-думпкара с индивидуальным приводом на 4-х осную тележку

Отличительной особенностью данной схемы по сравнению с другими, является разделение ТРП вагона на две, независимые друг от друга, на каждую четырехосную тележку, которая обслуживается своим ТЦ.

Индивидуальный привод данного автотормоза 8-осной цистерны (рис 1.15 ) содержит тормозной цилиндра 1, размещенный снизу на кузове с боковым смещением относительно продольной оси вагона, его головной 2 и тыловой 3 рычаги, соединенные между собой в средней части затяжкой 4, продольные тяги 5,6 и 8, балансир 7 и тормозные рычажные передачи каждой пары соседних осей, шарнирно связанные со штоком тормозного цилиндра.

Тыловой рычаг 3 шарнирно закреплен в кронштейне, жестко установленном на поверхности соединительной балки тележки по продольной оси со стороны средней части вагона. При этом верхняя его часть с проушиной размещается в полости хребтовой балки кузова, а нижняя часть с проушиной - в полости соединительной балки тележки. Кронштейн находится на балке вблизи центрального подпятника.

Тормозная рычажная передача тележки со стороны консольной части вагона связана со штоком тормозного цилиндра 1 через головной рычаг 2, затяжку 4, тыловой рычаг 3 и продольную тягу 5, пропущенную под центральным подпятником внутри соединительной балки тележки.

Тормозная же рычажная передача тележки со стороны средней части вагона также подключена к штоку тормозного цилиндра 1, но уже посредством головного рычага 2, короткой тяги 6, разноплечного балансира 7 и продольной тяги 8. Причем головной рычаг 2 и разноплечный балансир 7расположены под кузовом вагона в одной горизонтальной плоскости.

Механизм передачи тормоза каждой тележки представляет собой типовую кинематическую цепь, содержащую вертикальные рычаги 9, объединенные между собой распорной тягой 10. Каждый вертикальный рычаг шарнирно соединен в средней своей части с триангелем, снабженный по торцам башмаками

Принципиальная схема тормозной рычажной передачи с индивидуальным приводом на каждую 4-х осную тележку

Рис 1.15 с колодками. В плоскости схемы на рис 1.15 триангели не показаны. Вертикальные рычаги 9 с помощью серьги 11 подвешены к кронштейну мертвой точки надрессорной балки тележки.

Как показали исследования / 5,6 /, использование принципиальной схемы с индивидуальным приводом на каждую четырехосную тележку (рис. 1.15) позволило уменьшить дополнительное сопротивление в процессе движения 8-осного вагона от контакта колодки с колесом, которое составляло 14.8 кВт на вагон, а также повысить коэффициент полезного действия (КПД) за счет сокращения число рабочих элементов, передающих усилия от тормозного цилиндра к трангелям. Однако получение наиболее рациональных схемных решений заняло значительное время (около 5 лет). При этом особую актуальность имели задачи выбора и обоснования принципиальной схемы. Следует отметить, что количество предлагаемых вариантов отражает то, что не всякое схемное решение в результате может быть использовано в качестве рекомендуемого. При этом в процессе выработки рекомендаций имели место как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. С точки зрения теоретических методов, кроме задач обоснования основных параметров ТС предлагаемых вариантов, особую актуальность имели задачи исследования механизма ТРП на базе методов теории машин и механизмов (ТММ) 151.

Таким образом на основании вышеприведенного краткого обзора можно заключить, что конструкции ТС грузовых вагонов весьма многообразны и различаются по : способу компоновки элементов (симметричные, несимметричные) ; по количеству используемых тормозных цилиндров ; по количеству рабочих узлов и их элементов (с передаточным узлом, обводными рычагам и т.д.) по параметрическим характеристикам, которые могут меняться в зависимости от параметров вагонов (грузоподъемности, массы тары, осности, габаритным очертаниям и т.д.)

При этом в процессе совершенствования решаются задачи связанные с выбором принципиальных схем, выбором параметров, компоновкой элементов, оценки функционирования ТС с учетом эксплуатационных факторов. При решении поставленных задач использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. Многообразие конструкций ТС затрудняет оценку особенностей функционирования ТС (оценку параметров ТС, положений звеньев, вопросы компоновки и т.д.) с учетом эксплуатационных факторов, на стадии проектирования, поскольку требует разработки объектно-ориентированных методик для анализа работы ТС.

Заключение диссертации по теме «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация», Болотина, Александра Борисовна

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ конструкций схем механической части тормоза и методов их оценки показал актуальность вопросов совершенствования методики выбора и оценки конструктивных параметров тормозных систем , а также исследования качества работы рычажной передачи .

2. Разработана методика и алгоритм расчета, выбора и оценки параметров тормозных систем на основе альтернативной методики , разработанной в МИИТе . В качестве искомого параметра предложено использовать коэффициент передачи усилий , равный произведению коэффициента полезного действия ТРП и передаточного числа .Методика позволяет быстро выбирать или оценивать параметры тормозных систем в зависимости от осевой нагрузки , определять приемлемость тормозных систем для вагонов , с учетом тенденции повышения осевой нагрузки .

3. Получены рекомендации по регулировке тормозной рычажной передачи , которая предусматривает повышение передаточного числа до величины

6.25 „ . п =-, по достижению осевой нагрузки 13 т/ось.

ТР П

4. Произведено исследование структуры ТРП тележек с отводящими устройствами , на основании чего была доказана возможность возникновения кромочного контакта на тележках с отводящими устройствами применяемыми в настоящее время в эксплуатации , а также были выработаны требования к отводящим устройствам.

5. Разработана конструкция поводкового отводящего устройства и научно обоснована необходимость закрепления его на необрессоренной части тележки .

6. Выработаны и обоснованы геометрические размеры отводящего поводка и координаты его закрепления на боковине тележки которые составили : длина поводка 236 мм; координаты закрепления относительно центра оси колесной пары Х=169 мм , У=698 мм .

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Болотина, Александра Борисовна, 2000 год

1. Технические требования на тормозную систему грузовых вагонов для перспективных условий эксплуатации./Ютчет о НИР (промежуточ-ный)/ МИ-ИТ.- Рук.: В.А.Юдин.- NT.p.01880032131.- 1989.-161 с.

2. Усовершенствование тормозной системы для грузовых вагонов эксплуатационного парка бункерного типа.//Отчет о НИР /ВНИИЖТ, МИИТ.- Рук.: В.А.Юдин.- Шифр:07.01.12.- Тема N1.49/92.-1992.-221 е.

3. Аввакумов A.C. Совершенствование механической части тормоза специализированных вагонов-хопперов бункерного типа: Дис.канд.техн. наук.-05.22.07/МИИТ,-М., 1995.-341 с.

4. Соломатин В.В. Совершенствование механической части тормозной системы большегрузных вагонов: Дис.канд.техн.наук.- 05.22.07/МИИТ,-М., 1992.175 с.

5. Испытание опытного образца тормозного оборудования с усовершенствованной рычажной передачей на 8-осном вагоне./Ютчет НИР (промежуточный)/ ВНИИЖТ, МИИТ.- Рук.: Г.Б.Никитин, В.А.Юдин.- Г.р.

6. N 615400328365.- М.- 1985.-35 е.

7. Карпычев В.А. Выбор параметров и оценки функционирования тормозных систем на стадии проектирования. Проблемы и задачи.// Тез. докладов XXXVI науч.-техн.конф.-Хабаровск.: 1989.-74 с.

8. Технические требования к тормозному оборудованию грузовых вагонов постройки заводов РФ.//Типовой расчет тормоза грузовых и рефрижераторных вагонов: ЦТ-ЦВ-ВНИИЖТ .- М, 1996.- 76 с .

9. Исследования по обеспечению перспективного грузооборота на основе разработки и создания нового поколения грузовых вагонов и систем их технического обслуживания./Ютчет о НИР (заключительный)/ МИИТ.- Рук.: В.Н.Котуранов.- N Г.р.01880062680.- 1989.-286 с.

10. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин.- М,: Наука, 1979.- 576 с.15.0зол О.Г. Аналитический метод треугольников в кинематике плоских механизмов.// Анализ и синтез механизмов.// Анализ и синтез механизмов.-М: Машиностроение.-1966.-С. 128-144.

11. Дзинтарс У.Я. Аналитический метод кинематического и кинетостатического расчета сложных мехаизмов с подвижными гидроцилиндрами.//Сб.научн.тр./ Латв. СХА. -1967.-Вып.19.

12. Зиновьев В.А. Аналитические методы расчета плоских механизмов.- М.: Гостехиздат, 1949.-204 с.

13. Кинематика, динамика и точность механизмов./ Справочник: Под ред. Г.В.Крейна.- М.: Машиностроение, 1984.- 224 с.

14. Семенов В.П. Основные случаи исследования пространственного четырех-звенного замкнутого контура.// Анализ геометрического смысла и аналитического решения.-Куйбышев, 1978.-51 с.

15. Тышкевич В.А., Петров Ю.А. Метод моделирования планов механизмов на ЭВЦМ//Анализ и синтез механизмов на ЭВМ.-Омск 1975.-С. 3-19

16. Кожевников С.Н. Гаркави Я.Н. К вопросу о расчете рычажных передач железнодорожных вагонов.//Сб.научн.тр./ ДИИТ. -1961.-Вып.34.1. С.12-18.

17. Правила технической эксплуатации железных дорог РФ: МПС РФ. -М.: Транспорт, 1973.- 159 с.23 .Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных до-рог:ЦТ-ЦВ-ВНИИЖТ/4440.-М.: Транспорт, 1987.- 104 с.

18. Инструкция по сигнализации на железных дорогах:МПС СССР /4440.-М.: Транспорт, 1976.- 183 с.

19. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава. //Справочник./ В.И.Крылов, В.В.Крылов, В.Н.Ефремов.-П.Т.Демушкин.- М.: Транспорт, 1989.- 487 с.

20. Инструктивные указания ./ВНИИЖТ.- М.: 1989.- 12 с

21. Сборник основных технико-экономических показателей, характеризующих постройку и эксплуатацию грузовых, пассажирских вагонов и крупнотонаж-ных контейнеров в 1986-1989 гг /ВНИИВ,ИКТП, ВНИИЖТ.- М.: Транспорт, 1991.- 102 с.

22. Дроздов Е.В. Определение причин и разработка способов устранения неравномерного износа тормозных колодок на грузовых вагонах: дисс.канд.тех.наук.-05.05.01/МИИТ,-М., 1986.

23. Пыжевич Л.М. Экспериментальное исследование процесса износа тормозных колодок вагона.- В кн.:Вопросы совершенствования подвижного соста-ва.//Сб.научн.тр./МИИТ.-Вып. 109.- С.23-36

24. Американская железнодорожная энциклопедия.-1970.

25. Соломатин В.В. Задача параллельного отвода колодок от колес в тормозных системах грузовых вагонов и методы ее решения.// Тез. докладов XXXVI на-уч.-техн.конф.-Хабаровск.: 1989.-102 с.

26. Стромский П.П., Шамаков А.Н. Снижение сопротивления движению.// Железнодорожный транспорт.-1977.-Nl.-c5 8-59.

27. ФеДосеев Ю.П., Дроздов Е.А., Адрианов A.M. Совершенствование тормоза 4-осной тележки грузового вагона.//Вопросы эксплуатации и ремонта подвижного состава в условиях Дальнего Востока:// Сб.научн.тр./ ХабИИЖТ, Вып. 51.-1984

28. А.С. N1691188 СССР, МКИ В61Н 13/38. Устройство для отвода тормозных колодок железнодорожного транспортного средства./Погребинский М.Г., Кузнецов A.M., Панов B.JL, Никитин Г.Б., Юдин В.А., Соломатин В.В. и др.

29. СССР) -Ы 4858224/27-11; Заявл. 13.11.89// Открытия. Изобретения.-1991.-N42.

30. Теория механизмов и машин./ Под ред. К.В.Фролова.- М,: Высшая школа, 1987.- 496с.

31. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М,: Наука, 1988.- 640с.

32. Карпычев В.А. Совершенствование конструкции источников сжатого воздуха подвижного состава и пневматической части тормозных систем большегрузных вагонов: Дисс.канд.тех.наук.-05.22.07/МИИТ,-М., 1988.

33. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ВНИИВ-ВНИИЖТ.-1983.

34. Шадур Л.А. Вагоны.- М.: Транспорт, 1980.- 439 с

35. Иноземцев В.Г. Тормоза железнодорожного подвижного состава,- М.: Транспорт, 1979.- 104 с

36. Иноземцев В.Г. Автоматические тормоза.Учебник.- М.: Транспорт, 1981.464 с

37. Казаринов В.М. Автотормоза.- М.: Транспорт, 1974.- 240 с242