Главная | Обратная связь

Расчет передаточного числа рычажной передачи

Передаточное число рычажной передачи показывает, во сколько раз с помощью рычагов тормозной передачи увеличивается сила нажатия колодки на колесо по отношению к силе, развиваемой поршнем тормоз­ного цилиндра.

3.3.2. Вывод формулы и определение передаточного
числа заданной тормозной передачи

На листе формата А4 привести схему рычажной передачи. На схеме обозначить действующие силы ( – сила, развиваемая штоком тор­мозного цилиндра); усилия, возникающие в тягах, затяжках рычажной передачи ( и т. д.), размеры рычагов (а, б, в, и т. д.). При выво­де формулы передаточного числа принимают расчетную схему рычаж­ной передачи, находящуюся в состоянии равновесия, когда после тор­можения все рычаги занимают перпендикулярное, относительно тяг, по­ложение. Пользуясь равенством моментов сил относительно неподвиж­ных шарниров, необходимо получить зависимость вида:

, (3.7)

где n – передаточное отношение рычажной передачи.

Порядок вывода формулы передаточного числа показан на примере рычажной передачи тепловоза ТЭЗ (рис. 21).

 

 

Рис. 21. Схема рычажной передачи тепловоза ТЭЗ

 

В рассматриваемой передаче, колодки прижимаются к колесу не одно­временно, а последовательно (передача последовательного действия).
В начальный момент торможения шток тормозного цилиндра вращает рычаг а – б вокруг шарнира А. При этом справедливы следующие равенства:

 

(3.8)

 

 

Решаем полученную систему уравнений относительно :

(3.9)

так как (3.10)

 

то в соответствии с формулой (3.7) имеем:

(3.11)

где – угол наклона колодки к горизонтальной оси колеса.

После прижатия первой колодки к колесу, рычаги , станут не­подвижными, и дальнейшее вращение рычага будет происходить от­носительно точки .

При этом

 

(3.12)

 

.

 

Из системы уравнений (3.12) определяем

. (3.13)

После прижатия второй колодки:

 

(3.14)

 

Из системы уравнений (3.14) определяем:

. (3 15)

Тогда передаточное число рычажной передачи следующее:

. (3.16)

Зная размеры рычагов [5] и принимая угол наклона колодки в реко­мендованных для локомотивов значениях = 10–30°, определяем численное значение передаточного числа, обеспечиваемого заданной конструкцией рычажной передачи.

 

3.3.3. Определение необходимого передаточного числа

Согласно определению передаточного числа имеем:

, (3.17)

где – действительное значение суммарного нажатия тормозных ко­лодок от одного тормозного цилиндра, кгс; – кпд передачи можно принять: для двухосных тележек = 0,9; для трехосных = 0,85.

Действительное значение суммарного нажатия тормозных колодок от одного тормозного цилиндра определяется

, (3.18)

где – число колодок от одного цилиндра.

Усилие, передаваемое штоком тормозного цилиндра, определяется по формуле

, (3.19)

где – давление воздуха в тормозном цилиндре, кгс/см² (при расчете принять = 4,0 кгс/см²); – диаметр тормозного цилиндра, предвари­тельно принять согласно прототипу, см (указать № тормозного цилиндра); – кпд тормозного цилиндра, = 0,975; – усилие предвари­тельно сжатой отпускной пружины [5, табл. 120 и 126]; – макси­мально допустимый выход штока тормозного цилиндра локомотива в эксплуатации, см [7, таблица] или [6, табл. 3.1]; – жесткость пружины, кгс/см [5, табл. 126].

Подставляя найденные значения и в выражение (3.17)
оп­ределяем потребное значение передаточного числа рычажной передачи

. (3 .20)

При значительных расхождениях (более 10 %) значений n, полученных в пп. 3.3.2 и 3.3.3, необходимо изменить соотношение плеч главного
рычага (для рассматриваемого примера рычаг ). При этом необходимо учиты­вать, что сравнительно большое передаточное число предоставляет воз­можность применить тормозной цилиндр малого диаметра и, следователь­но, облегчить механическую часть тормозного оборудования. Однако в таких передачах ухудшаются условия отвода колодок от колес при отпуске тормо­зов, а в эксплуатации создается затруднение регулировки рычажной пере­дачи. Учитывая это, можно рекомендовать значения потребного передаточ­ного числа в пределах от 5 до 15. Если значение n, подсчитанное в п. 3.3.2, не входит в эти пределы, то необходимо изменить диаметр тормозного ци­линдра (пользоваться стандартным рядом диаметров [5, табл. 1]).

К расчету приложить окончательную схему рычажной передачи тележки, описать её действие при работе от автоматического тормоза и от ручного привода.

 

3.4. Определение действительных и расчетных
тормозных коэффициентов

3.4.1. Действительный тормозной коэффициент

, (3.21)

 

где – суммарное действительное нажатие всех колодок локомотива, тс; – вес локомотива в рабочем состоянии (определять в зависимости от нагрузки на ось ко­лесной пары согласно заданию), тс.

, (3.22)

где i – число колодок от одного тормозного цилиндра (при применении на локомотиве композиционных или фосфористых колодок их количество увеличивать в два раза); N – число тормозных цилиндров на локомотиве.

 

3.4.2. Расчетный тормозной коэффициент

, (3.23)

 

где – суммарное расчетное нажатие колодок локомотива, тс.

 

, (3.24)

 

где Z – число колодок на локомотиве (при применении на локомотиве композиционных или фосфористых колодок их количество увеличивать в два раза); – расчетное нажатие одной ко­лодки, тс.

Для стандартных чугунных колодок

; (3.25)

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

; (3.26)

для композиционных колодок

. (3.27)

Обеспеченность локомотива тормозными средствами оценивается из сравнения полученной величины с нормативными данными.

1. При чугунных колодках для пассажирских локомотивов без скоро­стных регуляторов силы нажатия и электропоездов = 0,7–0,75; для пассажирских локомотивов со скоростными регуляторами силы нажатия = 0,7 в зоне скоростей 0–80 км/ч, при более высоких скоростях = 1,3–1,5 с применением секционных колодок.

2. Для грузовых локомотивов при чугунных тормозных колодках = 0,6. При композиционных и с повышенным содержанием фосфора тормозных колодках = 0,3 для всех серий локомотивов при расчет­ном весе. Если полученное значение меньше стандартного, то необ­ходимо для дальнейших расчетов применять стандартные значения. По результатам расчетов сделать соответствующий вывод.

4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЗНОЙ
СИСТЕМЫ ЛОКОМОТИВА

Оценка эффективности проектируемой тормозной системы локомо­тива производится по длине тормозного пути одиночно следующего локомотива, величинам средних значений замедлений, времени торможе­ния и температуре нагрева трущихся пар.

4.1. Определение тормозного пути одиночно
следующего локомотива

Длина тормозного пути может быть определена аналитическим методом расчета численного интегрирования уравнения движения поезда по интервалам скоростей движения:

(4.1)

где – путь подготовки тормозов к действию, м; – действительный тормозной путь, м; – скорость локомотива в начальный момент тормо­жения, км/ч; = ; , – начальная и конечная скорости локо­мотива в принятом интервале скоростей движения, км/ч; – замедление поезда в км/ч² под действием замедляющей силы в 1 кгс/тс (для электро­возов – 1 07 км/ч², тепловозов – 11 4 км/ч², электропоездов – 11 9 км/ч²); – удельная тормозная сила при средней скорости в каждом интервале, кг/тс; – основное удельное сопротивление движению локомотива на холо­стом ходу при средней скорости в каждом интервале, кгс/тс; – приведен­ное значение уклона, ‰; – время подготовки тормозов к действию, с.

Для одиночно следующего грузового локомотива

; (4.2)

для пассажирского локомотива с пневматическими тормозами

; (4.3)

для пассажирского и грузового локомотива с электропневматически­ми тормозами

. (4.4)

В формулах (4.1), (4.2), (4.3) и (4.4) значения принимаются для спус­ков со знаком «–», значение удельной тор­мозной силы в формулах (4.2), (4.3) и (4.4) определяется при скорости, равной .

Средняя удельная тормозная сила

, (4.5)

где – расчетный тормозной коэффициент; – расчетный коэффи­циент трения тормозной колодки.

Для стандартных чугунных колодок

; (4.6)

для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора

; (4.7)

для композиционных колодок

, (4.8)

где – средняя скорость в расчетном интервале, км/ч.

При определении , в формулах (4.6), (4.7), (4.8) = .

Основное удельное сопротивление движению локомотива на холос­том ходу по звеньевому пути

. (4.9)

Расчеты для первого интервала скорости произвести подробно, а остальной расчет свести в табл. 4.1. Указать свои значения для = ..., , .

Таблица 4.1

Расчет тормозного пути одиночно следующего
локомотива при экстренном торможении

, км/ч	, км/ч		, кгс/тс	, кгс/тс		500
200–190
…	…
10–0

 

После определения полного тормозного пути построить на милли­метровой бумаге формата А4 номограмму допустимого тормозного пути для заданных условий эксплуатации по [5, с. 466–469] и, определив по ней тормозной путь согласно нормативному , сравнить с рассчитанным тормозным путем в подразд. 4.1. Сделать вывод.

 

4.2. Определение величин значений замедления
и времени торможения поезда

Для определения эффективности действия спроектированной тормоз­ной системы используется величина среднего замедления , реали­зо­ванная при торможении. Величина замедления представляет собой удельную кинетическую энергию, приходящуюся на единицу массы под­вижного состава, которая гасится его тормозной системой на единице длины тормозного пути. Из уравнения сохранения энергии в тормозном режиме имеем:

. (4.10)

 

Время торможения представляет собой сумму времени на подготовку тормозов к действию и действительного времени торможения т. е.

. (4.11)

Расчет первых значений и сделать подробно, остальные зна­чения свести в табл. 4.2 и построить график зависимостей и .

Таблица 4.2

Определение времени торможения

, км/ч	, м2/с2	, м	, м/с	, с
…

4.3. Определение объемной температуры
нагрева элементов трущихся пар

Под объемной температурой понимают усредненную температуру нагретого элемента трущейся пары. При расчете объемной температу­ры предполагают, что в колесе тепло воспринимается только одним бандажом колеса. Температура нагрева элемента трущейся пары в пер­вом интервале скоростей при температуре окружающей среды, равной 0 °С, определяется при чугунных и фосфористых колодках для колодки и колеса, а при композиционных – только для колеса из выражения:

, (4.12)

 

где – работа трения в единицу времени в рассматриваемом интервале скоростей, кгс/с/м; А – механический эквивалент работы, А = 427 кгс/м/ккал;
F – площадь поверхности охлаждения трущихся пар, (расчет произво­дить отдельно для колеса и колодки), м; G – масса элементов трущихся пар, кг (прил. 1 табл. 1); С – теплоемкость (для обода колеса С = 0,11, для чугунных и фосфористых колодок С = 0,12 ккал/кг×°С); – коэффициент теплоотда­чи с нагретой поверхности трущихся пар в окружающую среду, ккал/м×с×°С; – основание натурального логарифма.

Работа трения определяется по формуле

(4.13)

где m – число колодок, приходящихся на одно колесо (при применении композиционных или фосфористых колодок их число увеличивается в два раза); – коэффициент разделения тепловых потоков. Принимает­ся
при чугунных и фосфористых колодках для колеса = 0,9; для колодки
= 0,1. При композиционных колодках все тепло воспринимается только ободом ко­леса: для колеса = 1,0; – масса локомотива, тс.

Коэффициент теплоотдачи:

. (4.14)

Расчет для первого значения при средней скорости произвести под­робно, а остальной расчет свести в табл. 4.3. По данным таблицы по­строить зависимости , .

Таблица 4.3

Определение времени торможения

, км/ч	, кгс	, м	, с	, кгс×м/с				, °С
…

 

Температуру нагрева трущихся пар сравнить с допустимой по [1, гл. 4] и сделать вывод об эффективности тормозной системы ло­комотива.