Разработка рациональной конструкции блока дискового тормоза для скоростных грузовых и высокоскоростных пассажирских вагонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Мошков, Алексей Александрович

• Мошков, Алексей Александрович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Мошков, Алексей Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ЗАДАЧИ И НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Перспективы развития и требования к тормозным системам современного подвижного состава

1.2 Анализ научных исследований в области совершенствования дискового тормоза

для железнодорожного транспорта

1.3 Анализ современных конструкций тормозных блоков дискового тормоза для железнодорожного транспорта

Выводы по главе 1

2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МЕХАНИЗМА БЛОКА ДИСКОВОГО ТОРМОЗА

2.1 Обоснование рациональной структуры плоского клещевого механизма из условий обеспечения равномерного износа фрикционных накладок

2.2 Обоснование рациональной структуры плоского клещевого механизма на основе качественного анализа влияния подвижностей колесной пары на кинематику механизма

2.3 Разработка и обоснование рациональной структуры клещевого механизма на основе количественной оценки влияния подвижностей колесной пары на кинематику механизма

2.4 Разработка и обоснование рациональной структуры пространственного клещевого механизма с точки зрения технологичности его конструкции

Выводы по главе 2

3 ОБОСНОВАНИЕ И КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМА БЛОКА ДИСКОВОГО ТОРМОЗА

3.1 Разработка математической модели клещевого механизма тормозного блока

3.1.1 Определение положений звеньев механизма с учетом эксплуатационных условий

3.1.2 Определение силовых факторов в механизме

3.2 Количественная оценка и обоснование параметров клещевого механизма тормозного блока

3.2.1 Оценка величин углов поворота рычагов-клещей механизма с учетом

эксплуатационных условий

3.2.2 Оценка величины запаса резьбы регулятора зазора между накладками и диском

3.2.3 Оценка и анализ распределения сил в механизме

3.2.4 Оценка коэффициента полезного действия механизма

3.2.5 Оценка и анализ силовых факторов, воздействующих на детали механизма

в процессе торможения

3.3 Оценка тепловой нагрузки деталей пары трения дискового тормоза

Выводы по главе 3

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСКОВОГО ТОРМОЗА

4.1 Цель и задачи исследований

4.2 Объект и средства исследований

4.2.1 Объект исследований

4.2.2 Средства проведения исследований

4.3 Проведение и результаты исследований

4.3.1 Оценка зависимости силы нажатия накладок на диск от давления в тормозном цилиндре в статическом режиме

4.3.2 Оценка характера изменения силы нажатия накладок на диск в процессе торможения

4.3.3 Оценка фрикционно-износных свойств пары трения

4.3.4 Оценка нагрева тормозных дисков

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка рациональной конструкции блока дискового тормоза для скоростных грузовых и высокоскоростных пассажирских вагонов»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время железные дороги России остро нуждаются в модернизации и обновлении подвижного состава с целью удовлетворения современным требованиям к скорости доставки грузов и пассажирских перевозок.

Согласно документу «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденной распоряжением правительства Российской Федерации № 877-р от 17 июня 2008 года, эффективное функционирование железнодорожного транспорта играет важную роль для устойчивого развития национальной экономики нашей страны и способствует созданию условий для обеспечения лидерства России в мировой экономической системе.

В планах стратегий предусмотрено вводить в эксплуатацию скоростные грузовые платформы с конструкционной скоростью до 140 км/ч и высокоскоростные пассажирские поезда с конструкционными скоростями до 200,250, 350 км/ч.

От состояния и качества работы железнодорожного транспорта зависят: обеспечение потребности граждан в перевозках, скорость перевозки грузов, перспективы дальнейшего социально-экономического развития регионов, защита государством национального суверенитета и безопасности страны, реализация транзитного потенциала страны для получения экономического эффекта от участия в международных перевозках и др.

Однако для создания необходимой эффективности и качества работы скоростного железнодорожного транспорта в первую очередь должен быть обеспечен высокий уровень безопасности движения. За безопасность движения в достаточно большой степени отвечает тормозная система поезда. Одним из главных исполнительных узлов тормозной системы является пневматическое тормозное устройство (тормоз).

На сегодняшний день проведены научные исследования в области повышения эффективности торможения для скоростных и высокоскоростных поездов, этими исследованиями занимались A.B. Чичинадзе, В.Г. Иноземцев, Э.И. Галай, П.К. Рудов, А.И. Турков, П.А. Тищенко, Д.В. Титарев, A.M. Ножевников и др. Также в нашей стране и за рубежом имеется опыт эксплуатации скоростных и высокоскоростных поездов: ЭР22, ЭР200, ЭС250, Сокол, Cargo Sprinter, ICE 3, ICE T, AVE, Arco, Alaris, Talgo, Velaro E, TAF, BM 72, Talent, HGV, 22N, TER2N, M12N, Arlanda Express, Cassiopia, E2, E3, E4, 313, Acela Express [1], a также Сапсан, Ласточка и др. Результаты исследований и опыт эксплуатации показали, что для высоких скоростей движения в качестве тормозного устройства целесообразно применение дискового тормоза по той причине, что традиционный колодочный тормоз имеет

ограничение своей эффективности при торможении уже со скорости 160 км/ч из-за слишком высокой тепловой нагрузки на колеса поезда. К тому же дисковый тормоз имеет значительные преимущества такие, как:

- поверхности трения находятся на специальном тормозном диске;

- выбор материалов пары трения имеет очень широкий диапазон;

- выбор рациональной конструкции деталей пары трения позволяет значительно снизить на них тепловые нагрузки и повысить эффективность торможения;

- выбор необходимого количества тормозных устройств для установки на одной колесной паре позволяет снизить массогабаритные характеристики устройств, а также снизить механические и тепловые нагрузки на детали пары трения;

- высокая скорость срабатывания;

- снижение уровня шума при торможении.

Таким образом, на основе планов стратегий, результатов научных исследований и имеющихся преимуществ рассмотренного вида тормозного устройства для обеспечения необходимой безопасности движения скоростных и высокоскоростных поездов в качестве направления научных исследований диссертационной работы выбрана тема изучения и совершенствования дискового тормоза для железнодорожного транспорта. Дисковый тормоз состоит из тормозного блока и тормозного диска, как показано на рисунке 1.

1 тормозной блок; 2 - тормозной диск

Рисунок 1 - Дисковый тормоз

Целью работы является разработка и обоснование рациональной конструкции тормозного блока дискового тормоза для скоростных грузовых и высокоскоростных пассажирских вагонов, которая была достигнута:

- определением направления и постановкой задач исследований, обоснованием их актуальности;

- проведением теоретической оценки и обоснованием параметров объекта исследований;

- проведением экспериментальных исследований с целью подтверждения результатов теоретической оценки;

- заключением о результатах проведенной работы и их практической ценности, обоснованием научной новизны работы.

В диссертационной работе были решены следующие задачи:

1. Обоснование актуальности задачи и направлений исследований:

- изучение перспектив развития и требований к тормозным системам современного подвижного состава;

- проведение анализа научных исследований в области совершенствования дискового тормоза для железнодорожного транспорта;

- проведение анализа современных конструкций дискового тормоза для железнодорожного транспорта и изучение их особенностей.

2. Разработка рациональной структуры механизма тормозного блока дискового тормоза:

- теоретическое обоснование рациональной структуры клещевого механизма тормозного блока из условий необходимости обеспечения равномерности износа фрикционной пары и компенсации подвижностей колесной пары;

- разработка рационального клещевого механизма тормозного блока, обеспечивающего свою работоспособность независимо от положения колесной пары относительно блока и обеспечивающего высокую технологичность конструкции.

3. Обоснование и количественная оценка параметров механизма тормозного блока дискового тормоза:

- разработка математической модели клещевого механизма тормозного блока;

- количественная оценка и обоснование геометрических и силовых параметров клещевого механизма тормозного блока с учетом условий эксплуатации;

- оценка тепловой нагрузки деталей пары трения.

4. Проведение экспериментальных исследований дискового тормоза и оценка его параметров.

В заключении диссертации приведена общая характеристика и основные выводы по результатам проведенной работы.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- создана методика по разработке рациональной конструкции и обоснованию параметров блока дискового тормоза для скоростных грузовых и высокоскоростных пассажирских вагонов;

- разработана рациональная структурная схема пространственного клещевого механизма блока из условий обеспечения равномерности износа деталей фрикционной пары и компенсации подвижностей колесной пары;

- проведен системный анализ влияния подвижностей колесной пары (с диском) в раме тележки на работу тормозного блока.

Теоретическая значимость и практическая ценность проведенных исследований состоят в следующем:

- разработана математическая модель клещевого механизма тормозного блока, описывающая основные геометрические и силовые параметры блока с учетом условий эксплуатации;

- на основе разработанной математической модели впервые получено выражение, характеризующее зависимость КПД клещевого механизма от параметров шарнирных соединений с учетом трения в них и от положений звеньев механизма;

- определено необходимое условие рационального распределения нагрузки от силы нажатия накладок на диск для обеспечения равномерного износа фрикционной пары.

- созданная методика по разработке рациональной конструкции блока дискового тормоза может быть использована при проектировании дискового тормоза для любого типа подвижного состава, а также она позволяет определить места установки тормозных устройств (расположение дисков на колесной паре или на колесе) и их необходимое количество для обеспечения требуемой эффективности торможения подвижного состава с учетом возникающих в деталях механических и тепловых нагрузок;

- получены характеристики по фрикционно-износным свойствам новой пары трения чугун-композит;

- разработана новая конструкция чугунного вентилируемого диска;

- даны предложения и рекомендации по совершенствованию конструкции дискового тормоза для железнодорожного транспорта.

Практической ценностью результатов проведенной диссертационной работы также можно считать определенный вклад в реализацию одного из направлений, изложенных в документе «Стратеги развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до

2030 года», по внедрению в эксплуатацию скоростных грузовых платформ и высокоскоростных пассажирских поездов.

Таким образом, актуальной научной задачей, на решение которой направлена данная диссертационная работа, для создания условий развития, обновления отечественного железнодорожного транспорта и повышения его скоростей движения с необходимым уровнем безопасности движения является обеспечение соответствующей эффективности тормозной системы. К одним из исполнительных элементов тормозной системы относится тормозное устройство (далее тормоз). Определено, что для эксплуатации скоростного и высокоскоростного подвижного состава целесообразно применять дисковый тормоз. При этом механизм тормозного блока устройства должен обеспечивать его работоспособность в любых условиях эксплуатации подвижного состава и отвечать всем необходимым эксплуатационным требованиям.

1 ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ЗАДАЧИ И НАПРАВЛЕНИЙ

ИССЛЕДОВАИЙ

Так как существующие требования к современному подвижному составу приводят к необходимости увеличения скоростей его движения, то и требования к надежности работы тормозной системы поезда для обеспечения безопасности его движения становятся более жесткими. Для обеспечения высокой эффективности работы тормозной системы скоростных и высокоскоростных поездов в первую очередь необходимо наличие всех элементов системы с наиболее высоким качеством и надежностью работы.

С целью определения направлений совершенствования тормозной системы проведены следующие виды исследований:

- изучение перспектив развития и требований к тормозным системам современного подвижного состава;

- анализ научных исследований в области совершенствования дискового тормоза для железнодорожного транспорта;

- анализ современных конструкций дискового тормоза для железнодорожного транспорта.

1.1 Перспективы развития и требования к тормозным системам современного

подвижного состава

Основные данные о перспективах развития и о требованиях к тормозным системам современного подвижного состава изложены в документе «Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», утвержденном распоряжением правительства Российской Федерации № 877-р от 17 июня 2008 года.

Цель стратегии развития железнодорожного транспорта в России: «...формирование условий для устойчивого социально-экономического развития России, возрастания мобильности населения и оптимизации товародвижения, укрепления экономического суверенитета, национальной безопасности и обороноспособности страны, снижения совокупных транспортных издержек экономики, повышения конкурентоспособности национальной экономики и обеспечения лидирующих позиций России на основе опережающего и инновационного развития железнодорожного транспорта, гармонично увязанного с развитием других отраслей экономики, видов транспорта и регионов страны».

Основными принципами и важнейшими задачами для достижения указанной цели стратегий являются:

- реализация транзитного потенциала России на базе интеграции железнодорожного транспорта в международные транспортные системы;

- приведение уровня качества и безопасности перевозок в соответствие с требованиями населения и экономики с лучшими мировыми стандартами на основе технологического и технического развития железнодорожного транспорта;

- повышение уровня безопасности функционирования железнодорожного транспорта как важнейшего государственного приоритета развития и модернизации отрасли, научных исследований и текущей эксплуатационной работы.

Согласно указанного выше документа, планируется организация производства подвижного состава нового поколения. Для реализации плана предусматривается:

- создание системы формирования и контроля нормативных требований к транспортным средствам и оборудованию, которые разрабатываются, производятся или импортируются в Российскую Федерацию;

- разработка и введение в действие комплекса специальных стандартов (нормативная база);

- разработка технических требований на новые типы подвижного состава с минимизацией затрат за жизненный цикл эксплуатации;

- формирование нормативно-методической и статистической базы для управления жизненным циклом технических средств;

- проведение прикладных и фундаментальных исследований в области железнодорожного транспорта;

- учет национальных интересов при внедрении инноваций и необходимость недопущения научно-технической и технологической зависимости страны от внешних источников;

- улучшение взаимодействия в системе «колесо-рельс»;

- модернизация подвижного состава с продлением эксплуатационного ресурса и улучшением технико-экономических характеристик;

- использование современных материалов и конструкций;

- увеличение скорости и нагрузки на ось грузовых вагонов (предусмотрены скорости до 140 км/ч и осевые нагрузки 27...30 тонно-сил);

- увеличение скоростей движения пассажирских составов (предусмотрен ввод в эксплуатацию высокоскоростных электропоездов и инфраструктуры для скоростей движения до 250 км/ч и до 350 км/ч).

Для выполнения выше указанных задач по повышению скоростей пассажирских и грузовых поездов и увеличению безопасности их движения особые требования предъявляются к тормозным системам имеющимися нормативными документами:

- ТР ТС 001/2011 «Технический регламент ТС о безопасности железнодорожного подвижного состава»;

- ТР ТС 002/2011 «Технический регламент ТС о безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта»;

- ГОСТ Р 53978-2010 «Специальный подвижной состав. Общие технические требования»;

- ГОСТ 31187-2011 «Тепловозы магистральные. Общие технические требования»;

- НБ ЖТ ЦТ 020-99 «Элементы дискового тормоза железнодорожного подвижного состава. Нормы безопасности».

Согласно указанным нормативным документам на скоростном железнодорожном подвижном составе должны быть предусмотрены дополнительные меры по повышению эффективности торможения и безопасности движения, например, применение дисковых, маг-ниторельсовых тормозов.

Таким образом, на основе стратегий развития железнодорожного транспорта в РФ, нормативных требований и опыта эксплуатации сделан вывод, что для обеспечения безопасного движения грузовых вагонов с конструкционной скоростью до 140 км/ч и для высокоскоростных пассажирских поездов необходимо предусматривать повышенную эффективность их торможения. При этом в качестве тормозного устройства рекомендуется применять дисковый тормоз.

1.2 Аиализ научных исследований в области совершенствования дискового тормоза

для железнодорожного транспорта

В качестве следующего этапа решения поставленной задачи по выбору и обоснованию актуальности направления исследований проведен анализ имеющихся научных трудов в области совершенствования тормозной системы подвижного состава, в частности: применение дискового тормоза.

Исходя из того, что тормозные устройства на железнодорожном транспорте являются фрикционными, то есть работают за счет трения, и опыт эксплуатации таких тормозов показал, что в наиболее тяжелых условиях работы находится фрикционная пара (колодки и колесо или накладки и диск). Детали и узлы пары трения в процессе торможения подвергаются влиянию многих внешних факторов. При торможении одновременно могут возникать статические, динамические, термические нагрузки. К тому же детали пары трения испытывают фрикционный износ [2].

Изучением влияния внешних факторов на пару трения, а также изучением физико-химических процессов во фрикционном контакте занимается область науки о теории сухого трения твердых тел. В данной области известны работы таких отечественных и зарубежных ученых, как A.B. Чичинадзе, И.В. Крагельский, Г.М. Бартенев, Ф.П. Боуден, Э.Д. Браун, Д. Мур, Д.Н. Гаркунов, Г. Польцер, X. Чихос и др. [2...10]. На основе их трудов сделаны следующие выводы:

- при трении твердых тел в приповерхностных слоях на контакте за счет механического нагружения, характеризуемого конкретными условиями, образуется так называемое «третье тело»;

- «третье тело» существует только во время контакта и обладает совершенно особыми свойствами;

- характерным для «третьего тела» является то, что в процессе трения твердых тел в зависимости от условий нагружения всегда устанавливается оптимальная шероховатость (рисунок 1.1);

т

I

Ь — >

1 - слишком низкая степень первоначальной шероховатости; 2 — слишком высокая степень первоначальной шероховатости; 3 - оптимальная шероховатость; 1е — время приработки

Рисунок 1.1 - Изменение микрорельефа поверхности в процессе приработки (притирки) в зависимости от начальных условий

- исходя из положения о существовании третьего тела, необходимо иметь в виду, что граничные слои, образующиеся в местах контакта при трении твердых тел, обладают иными свойствами, чем исходный материал;

- оценка параметров трения и изнашивания, проведенная на основе свойств исходного материала, чаще всего бывает лишь приближенной, и для их уточнения в большинстве случаев нужна опытная проверка;

- в общем случае характеристики процесса трения фрикционной пары можно описать тремя группами факторов [11... 16]: физико-химико-механическими свойствами трения материалов и геометрией контактирования поверхностей; эксплуатационными характеристиками

режима трения (нагрузка, скорость, температура поверхности трения, окружающая среда); конструктивными особенностями узла трения такими, как коэффициент взаимного перекрытия поверхностей Квз (введенный А. В. Чичинадзе), форма и размер контактирующих элементов пары трения.

Достаточно большое внимание ученых уделено теоретическим и экспериментальным исследованиям работы пары трения дискового тормоза в эксплуатационных условиях, так как от фрикционно-износных свойств пары трения зависит эффективность и качество торможения. Данной проблемой занимались такие ученые, как: A.B. Чичинадзе, В.Г. Иноземцев, Э.И. Галай, П.К. Рудов, А.И. Турков, П.А. Тищенко, Д.В. Титарев, A.M. Ножевников, A.A. Мишин, М.Д. Фокин, E.H. Байбакова, JI.A. Вуколов, А.И. Колесниченко, Ю.П. Федосеев и др. [17.. .40]. По результатам работ ученых сделаны следующие выводы:

— значительное влияние на работу пары трения оказывают конструкционные факторы: площадь трения, взаимное перекрытие, форма и размеры контактирующих элементов, жесткость конструкции и др.; вывод продуктов изнашивания из зоны трения; эффективность теплоотвода из зоны трения; влияние окружающей среды на контакт в зоне трения;

— экспериментально установлено и теоретически обосновано, что с уменьшением общей конструктивной жесткости контактирующих элементов пары трения коэффициент трения возрастает вследствие увеличения площади фактического контакта, то есть реальным средством снижения жесткости является разбиение общей площади на отдельные самостоятельно нагруженные элементы;

— в зависимости от свойств пары трения и режима работы влияние продуктов износа на трение и изнашивание может выражаться увеличением и уменьшением коэффициента трения, а может и почти не влиять на него; факторами, влияющими на сохранение частиц износа в зоне трения, могут являться: размер площади трения, наличие канавок или пазов на поверхности, коэффициент взаимного перекрытия;

— экспериментальные исследования показывают, что при значительном повышении температуры решающее влияние в работе пары трения оказывает ее конструкция, то есть такие параметры, как масса элементов конструкции, теплоотводящий объем, размеры и форма поверхностей трения, коэффициент взаимного перекрытия Квз;

— форма и размеры деталей пары трения оказывают влияние на воздействие газовой среды во фрикционном контакте, то есть окружающая среда рассматривается как фактор развития физико-химических явлений в зоне трения, которые в свою очередь влияют на процесс трения;

— наличие ребер на внутренней поверхности диска обеспечивает «вентиляционный эффект» и увеличивает интенсивность теплообмена. Как показали исследования этот эффект существенно уменьшает тепловую нагруженность дискового тормоза даже при кратковременных остановочных торможениях;

— на параметры работы пары трения большое влияние оказывает выбор их материалов; подбирают специальные фрикционные материалы, которые в контакте развивают относительно высокий и стабильный коэффициент трения; основной характеристикой фрикционных материалов является способность поглощать или рассеивать кинетическую энергию без «катастрофического» износа самого материала и его разрушения;

— к характеристикам фрикционных материалов предъявляются такие требования, как: стабильность коэффициента трения, высокая износостойкость, стабильность фрикционных свойств при нагревах (кратковременных и длительных), термоусталость, стойкость к образованию трещин от тепловых и силовых нагрузок, высокое сопротивление к схватыванию в холодном и нагретом состояниях, сопротивление к налипанию, маслостойкость, отсутствие возникновения автоколебаний, способность работать при температурах до 800... 1000 "С и др.

Опыт эксплуатации дисковых тормозов на подвижном составе показал, что имеется тенденция конструктивно располагать рычажный механизм с пневмоприводом (тормозной блок) на обрессоренной части тележки. Данный способ размещения тормозного блока является наиболее распространенным на практике. Основной смысл этого заключается в уменьшить необрессоренную массу тележки вагона, чтобы снизить динамические нагрузки на колеса и рельсы при движении вагона.

Так как тормозной блок дискового тормоза чаще всего располагается на обрессоренной части тележки, то достаточно важной темой для изучения является работа рычажного механизма в условиях эксплуатации поезда. На сегодняшний день имеется мало научных трудов, посвященных исследованию работы блока дискового тормоза для железнодорожного транспорта и обоснованию его рациональной конструкции.

Л.А. Вуколов [17] проводил расчетное исследование по определению точки приложения силы нажатия на тормозную накладку дискового тормоза. Согласно исследованиям ученого, получается, что кроме износостойкости и постоянного коэффициента трения, необходимо, чтобы каждая накладка изнашивалась равномерно, без образования клиновидного износа. Если это условие не выполняется, то срок службы накладок уменьшается, как показывает опыт эксплуатации, на 20...25%. Во избежание неравномерности износа предложен способ определения точки приложения сосредоточенной силы нажатия на накладку.

Согласно утверждению автора, способ может быть использован даже в случае, если накладка состоит из набора отдельных сегментов разной конфигурации, и при этом не имеет значения и то, что отдельные сегменты могут быть изготовлены из различных фрикционных материалов. Суть способа основана на обеспечении условия равенства удельных работ трения на площадях накладки.

В работе A.M. Ножевникова [18] рассмотрен еще один из способов обеспечения равномерного износа накладок в дисковом тормозе для поездов, основанный на условии равенства удельных работ трения на всех участках рабочих поверхностей накладок. В данном случае особенно важно получение равенства удельных работ трения на площадях накладки Si и Si, разделенных вертикальной линией, проходящей через точки приложения сосредоточенной силы нажатия, как показано на рисунке 1.2. Так как линейная скорость какой-либо точки на поверхности диска будет увеличиваться при ее отдалении от оси вращения диска (увеличение радиуса), то и износ фрикционного материала накладки и трущейся поверхности диска в этой точке будет увеличиваться. Тогда и величины удельных сил нажатия на накладку должны быть разными: наибольшие должны быть на площади накладки Si (рисунок 1.2), расположенной ближе к оси вращения тормозного диска.

51 и 5г - площади накладки, разделенные вертикальной линией, проходящей через точки приложения сосредоточенной силы нажатия; а — расстояние от вертикальной линии, проходящей через точки приложения силы нажатия, до оси вращения тормозного диска

Рисунок 1.2 - Схема расположения накладки относительно тормозного диска и условного разделения площади накладки по линии, проведенной через точки

приложения силы нажатия

Тормозной диск

Q

В статье А.И. Колесниченко [19] приведено обоснование необходимости разграничения понятий коэффициента трения ц материалов диска и накладки и коэффициента трения, приведенного к оси подвески башмака (ц.'). Отмечается, что существующие методики расчетов дискового тормоза занижают величину действительного момента трения на 10% и более. Дается формула для более точного определения тормозного момента. Основные теоретические положения проверены экспериментально. Тот факт, что действительный момент трения больше, чем расчетное его значение по прежним методикам, косвенным образом подтверждается практикой эксплуатации вагонов с дисковым тормозом. Так, например, в систему тормозов поезда «Аврора» дважды вносились изменения, касающиеся соотношения плеч рычагов с целью уменьшения первоначально заложенного нажатия. Аналогичная корректировка параметров тормоза проводилась для вагона поезда РТ-200.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мошков, Алексей Александрович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тищенко, П. А. Нестационарные температурные поля в элементах дискового тормоза скоростного вагона с учетом нестабильности теплового контакта [Текст]: дисс. ...канд. техн. наук. Брянск: 2003. 175 с.

2. Чичинадзе, A.B. Расчет и исследование внешнего трения при торможении [Текст] / A.B. Чичинадзе. - М.: Наука, 1967г. - 232 с.

3. Крылов, В.И. Автоматические тормоза подвижного состава [Текст]: учебник для учащихся техникумов ж.-д. транспорта / Крылов В.И., Крылов В.В. — 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 360 с.

4. Бартенев, Г.М. Трение и износ полимеров [Текст] / Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. — Л.: «Химия», 1972.-240 с.

5. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел [Текст] / Боуден Ф.П., Трейбор Д.; пер. с англ. под ред. д-ра техн. наук И.В. Крагельского — М.: Машиностроение, 1968. — 544 с.

6. Мур, Д. Основы и применения трибоники [Текст] / Д. Мур; перевод с английского канд. физ.-мат. наук С.А. Харламова под редакцией д-ра техн. наук, проф. И.В. Крагельского и канд. техн. наук Г.И. Трояновский. — М.: Мир, 1978. -487 с.

7. Гаркунов, Д.Н. Триботехника [Текст]: учебник для студентов втузов / Д.Н. Гаркунов — 2-е изд., перераб. и доп.. - М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.

8. Польцер, Г. Основы трения и изнашивания [Текст] / Г. Польцер, Ф. Майсснер; пер. с нем. О.Н. Озерского, В.Н. Пальянова под ред. М.Н. Добычина. - М.: Машиностроение, 1984.-264 с.

9. Чихос, X. Системный анализ в трибонике [Текст] / X. Чихос; перевод с английского канд. физ.-мат. наук С.А. Харламова. — М.: Мир 1982. - 351 с.

10. Лурье, А.И. Пространственные задачи теории упругости [Текст] / А.И. Лурье. — М.: Машиностроение, 1968.-400 с.

11. Германчук, Ф.К. Долговечность и эффективность тормозных устройств [Текст] / Ф.К. Германчук. - М.: Машиностроение, 1973. - 176 с.

12. Никольская, Э.Н. Метод расчета термических напряжений в колесах подвижного состава [Текст] / Э.Н. Никольская // Труды ВНИТИ. - 1971. - Вып. 36. - С.101 - 108.

13. Крагельский, И.В. Об оценке свойств материалов трущихся пар [Текст] / И.В. Крагель-ский // Заводская лаборатория TXXXIV. - 1968. - №8. - С.1008 - 1011.

14. Казаринов, В.М. Теоретические основы проектирования и эксплуатации автотормозов [Текст] / В.М. Казаринов, В.Г. Иноземцев, В.Ф. Ясенцев. - М.: Транспорт, 1968. - 399 с.

15. Клыков, E.B. Торможение поезда [Текст] / Е.В. Клыков. - М.: Трансжелдориздат, 1962.-140 с.

16. Демушкин, П.Т. Исследование по применению дискового тормоза на тележках рефрижераторных вагонов [Текст] / П.Т. Демушкин, JI.B. Козюлин // Труды ВНИИ вагоностроения. -1974. - вып. 17. - С.93-99.

17. Вуколов, JI.A. Повышение надежности действия узлов дискового тормоза. Тормоза подвижного состава для высокой скорости движения [Текст] / JI.A. Вуколов // Труды ЦНИИ. - 1968.-вып. 353.-С.8-16.

18. Ножевников, A.M. Расчет дискового тормоза [Текст]: учебное пособие по дисциплине автотормоза для студентов V курса специальностей «Вагоностроение и вагонное хозяйство», «Тепловозы и тепловозное хозяйство» и «Электрификация железнодорожного транспорта» / A.M. Ножевников // ВЗИИТ. — 1965. — 51 с.

19. Колесниченко, А.И. Анализ силового взаимодействия фрикционных элементов в дисковом тормозе [Текст] / А.И. Колесниченко // Труды ВНИИ вагоностроения. - 1974. - вып. 25. - С.42-52.

20. Галай, Э.И. Тормоза локомотивов и вагонов: проблемы и перспективы [Текст]: учеб. по-собоие. Ч. II. Фрикционные узлы тормозов / Галай Э.И. // Белорус, ин-т. инж. ж.-д. трансп. - Гомель: БелИИЖТ, 1993. - 69 с.

21. Рудов, П.К. Рациональные параметры тормозных систем дизель-поездов с учетом изменения их характеристик при эксплуатации [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Гомель, 2007. 223 с.

22. Галай, Э.И. Повышение эффективности электропневматических тормозов поезда [Текст] / Э.И. Галай. - Гомель: БелГУТ, 2002. - 182 с.

23. Казаринов, A.B. Выбор оптимального расчетного коэффициента сцепления колес с рельсами для вагонов с дисковым тормозом. Вопросы эксплуатации тормозов в тяжеловесных поездах [Текст] / A.B. Казаринов // Труды ВНИИЖТ. - 1980. - Вып. 629. - С. 7782.

24. Вуколов, JI.A. Тормозная эффективность пассажирского вагона при совместном применении колодочного и дискового тормозов [Текст] / JI.A. Вуколов, В.М. Горский // Вестник ВНИИЖТ. - 1980. - № 6. - С.44-47.

25. Чичинадзе, A.B. Оценка режима работы пары трения фрикционного тормоза нового высокоскоростного железнодорожного подвижного состава на стадии проектирования [Текст] / A.B. Чичинадзе, А.Г. Гинзбург, В.Д. Кожемякина // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 1992. - № 6. - С.29-41.

26. Бесценная, О.В. Тормоза для высокоскоростного подвижного состава. Современные направления и перспективы развития автотормозной техники железных лорог СССР [Текст] / О.В. Бесценная, A.B. Казаринов // Труды ВНИИЖТ. - 1991. - С.34-41.

27. Балакин, В.А. Расчет температурных полей в дисковом тормозе делезногдорожного подвижного состава [Текст] / В.А. Балакин В.А, Э.И. Галай // Трение и износ. - 1998. - № 3. - С.323-330.

28. Гуткин, JI.B. Тяговые параметры и характеристики высокоскоростных электропоездов [Текст] / Л.В. Гуткин, Д.М. Самарец // Вестник ВНИИЖТ. - 1992. - № 4. - С. 18-22.

29. Левитская, О.Н. Курс теории механизмов и машин [Текст] / О.Н. Левитская, Н.И. Ле-витский; издание 2-е перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1985. — 279 с.

30. Королев, В.А., Байбакова E.H. Расчет температурного поля тормозного диска железнодорожного вагона. Вопросы эксплуатации и ремонта подвижного состава в условиях Дальнего Востока [Текст] / В.А. Королев, E.H. Байбакова // ХабИИЖТ. - 1984. - С.43-47.

31.Турков, А.И. Исследование, выбор параметров и разработка основ конструирования фрикционной пары дискового тормоза железнодорожного подвижного состава [Текст]: дис.... д-ра техн. наук. Хабаровск, 1982. 349 с.

32. Титарев, Д.В. Обоснование и разработка рациональной конструкции диска тормоза пассажирского вагона [Текст]: дис.... канд. техн. наук. Брянск, 2008. 115 с.

33. Иноземцев, В.Г. Развитие теории торможения поездов с учетом перспективных скоростей и весовых норм [Текст]: дис. ... д-ра техн. наук. Москва, 1970. 397 с.

34. Фокин, М.Д. Исследования тормозов для повышенных скоростей движения поездов [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Москва, 1958. 319 с.

35. Байбакова, E.H. Тепловое состояние дискового тормоза высокоскоростного подвижного состава [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Ленинград, 1986. 186 с.

36. Мамот, Б.А. Исследование работы материалов фрикционных пар дискового тормоза железнодорожного подвижного состава [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Хабаровск, 1975. 191 с.

37. Михалевич, М.П. Исследование работы дискового тормоза в условиях Дальнего Востока [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Москва, 1967. 218 с.

38. Ножевников, А.М. Исследования дискового тормоза для пассажирских вагонов [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Москва, 1965. 368 с.

39. Петров, Н.И. Исследование тормозных дисков железнодорожного подвижного состава с целью увеличения их долговечности [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Ленинград, 1974. 219 с.

40. Федосеев, Ю. П. Исследование теплоотдачи тормозных дисков железнодорожного подвижного состава [Текст]: дис. ...канд. техн. наук. Хабаровск, 1974. 217 с.

41. Артоболевкий, И.И. Теория механизмов и машин [Текст] / И.И. Артоболевкий; издание четвертое перераб. и доп. — М.: Наука, 1988. — 639 с.

42. Зиновьев Вл. А. Теория механизмов и машин [Текст] / Вл. А. Зиновьев; издание второе испр. и доп. - М.: МАШГИЗ, 1959. - 189 с.

43. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики [Текст] / С.М. Тарг; 10-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1986. - 416 с.

44. Решетов, JI.H. Конструирование рациональных механизмов [Текст] / JI.H. Решетов; изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1972. - 256 с.

45. Турбин, Б.И. Теория механизмов и машин [Текст] / Б.И. Турбин, В.Д. Карлин. - М.: Высшая школа, 1968. — 336 с.

46. Мицкевич, В.Г. Теория механизмов машин [Текст]: учебное пособие / В.Г. Мицкевич,

A.Н. Накапкин. -М.: РГОТУПС, 2003. - 181 с.

47. Фролов, К.В. Теория Механизмов и машин [Текст]: учеб. для втузов / К.В. Фролов, С.А. Попов, А.К. Мусатов и др.; под ред. К.В. Фролова. - М.: Высшая школа, 1987. - 496 с.

48. Карпычев, В.А. Разработка метода системного анализа автотормоза грузового подвижного состава [Текст]: дис. ...д-ра техн. наук. Москва, 2001. 316 с.

49. Карпычев, В.А. Качественная оценка влияния подвижностей колесной пары на работу тормозного блока дискового тормоза для железнодорожного транспорта [Текст] /

B.А. Карпычев, A.A. Мошков, В.А. Юдин // Наука и техника транспорта. - 2014. - №1. —

C.72-78.

50. Артоболевский, И.И. Механизмы в современной технике [Текст]: справочное пособие в 7 томах. Т. 1: Элементы механизмов. Простейшие рычажные и шарнирно-рычажные механизмы / И.И. Артоболевский; 2-е изд., перераб. - М.: Наука, 1979. - 496 с.

51. Солодилов, В.Я. Структурный анализ и синтез тормозных рычажных передач подвижного состава. Методические указания [Текст] / В.Я. Солодилов, В.А. Гулак. — М.: МИИТ, 2006. - 14 с.

52. Карпычев, В.А. Устранение клинового износа фрикционных накладок в клещевом механизме тормозного блока дискового тормоза для железнодорожного транспорта [Текст] / В.А. Карпычев, В.Я. Солодилов, A.A. Курочкин, A.A. Мошков // Научно-технический вестник Поволжья. - 2013 - № 4. - С. 181-185.

53. Быков, Б.В. Конструкция тележек грузовых и пассажирских вагонов [Текст]: иллюстрированное учебное пособие / Б.В. Быков. — М.: Маршрут, 2004. - 36с.

54. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации [Текст]: с изменениями и дополнениями, внесенными приказами МПС России от 03.07.2001г. №16, от 27.05.2002г. №24. - Москва, 2002г. 189 с.

55. Карпычев, В.А. Оценка КПД клещевого механизма тормозного блока дискового тормоза для железнодорожного транспорта [Текст] / В.А. Карпычев, В.Я. Солодилов, A.A. Мош-ков // Вестник ВЭлНИИ. - 2013. - 2(66). - С.129-138.

56. Гнездилова, Г.В. О влиянии трения в рычажной передаче на эффективность дисковых тормозов дизель-поезда ДР-1 [Текст] / Г.В. Гнездилова // Вестник ВНИИЖТ. — 1981. -№ 2. — С.46-48.

57. Иноземцев, В.Г. Тепловые расчеты при проектировании и эксплуатации тормозов [Текст] / В.Г. Иноземцев. — М.: Транспорт, 1966. — 39 с.

58. Галай, Э.И. Исследование износа фрикционных накладок дискового тормоза дизель-поезда ДР-1. Совершенствование конструкции и технологии изготовления вагонов [Текст] / Э.И Галай, П.К. Рудов // Межвуз. Сб. науч. Тр. БелГУТ. - 1994. - С.49-54.

59. Романенко, В.Н. Книга для начинающего исследователя-химика [Текст] / В.Н. Романен-ко, А.Г. Орлов, Г.В. Никитина. -JI.: Химия, 1987. - 280 с.

60. Шенк, X. Теория инженерного эксперимента [Текст] / X. Шенк; перевод с английского Е.Г. Коваленко, под редакцией чл.-корр. АН СССР Н.П. Бусленко. — М.: Мир, 1972. — 284 с.

61. Водянников, Ю.Я. Сравнительный анализ процессов торможения пассажирских вагонов с колодочными и дисковыми тормозами [Текст] / Ю.Я. Водянников, Т.В. Шелейко, A.M. Сафронов // Вестник СНУ. - 2010. - №5 (147). - С.135-141.

62. Мошков, A.A. Разработка дискового тормоза для отечественного скоростного железнодорожного транспорта [Текст] / A.A. Мошков, Е.С. Сипягин // Труды VIII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты». - Санкт-Петербург: ПГУПС, 2013. - С.176-179.

63. Мошков, A.A. Разработка дискового тормоза для отечественного скоростного железнодорожного транспорта [Текст] / A.A. Мошков, Е.С. Сипягин // Вестник ВЭлНИИ. — 2013.- 1(65).-С.55-68.