6493

Разработка устройства, исключающего образование ползунов на поверхности катания колёс ВСНТ

Научная статья

Производство и промышленные технологии

Разработка устройства, исключающего образование ползунов на поверхности катания колёс ВСНТ Вся история развития железнодорожного транспорта связана со стремлением обеспечить максимальные скорости движения, минимальное время нахождения пассажиров и г...

Русский

2013-01-04

141.5 KB

7 чел.

Разработка устройства, исключающего образование ползунов на поверхности катания колёс ВСНТ

Вся история развития железнодорожного транспорта связана со стремлением обеспечить максимальные скорости движения, минимальное время нахождения пассажиров и грузов в пути, увеличить использование пропускной способности магистралей и повысить комфортабельность перевозки пассажиров. В настоящее время перечисленные критерии, в качестве базовых, широко применяются при проектировании и конструировании высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ). Такой транспорт (рис.1), обеспечивающий движение со скоростями более 200км/ч, использует либо колёсный подвижной состав, перемещающийся по рельсовому пути, либо левитирующий, когда для тяги и торможения применяется линейный электрический привод и магнитный подвес поезда. В этих случаях для колёсного подвижного состава используется традиционный рельсовый путь с усиленной путевой решёткой, а для левитирующего ВСНТ создаётся специальная путевая структура. ВСНТ с магнитным подвесом является наиболее перспективным и экологически чистым, самым бесшумным и безопасным, обеспечивающим высокие скорости движения (400-500км/ч), а так же имеющим возможность реализации максимальной автоматизации режимов движения. Однако, несмотря на высокую эффективность использования последнего, колёсный подвижной состав, как в

                                                     Рис.1

ближайшем, так и в далёком будущем не потеряет своей значимости, хотя скорости его движения ограничены возможностью устойчивой работоспособности кинематической пары «колесо-рельс» порядка до 350км/ч [1] .

       Одной из важных эксплуатационных проблем колёсного ВСНТ является обеспечение эффективной и надёжной работы его тормозного оборудования, связанного как с сокращением тормозного пути, так и с повышением безопасности движения в целом. Для этого, обычно, для служебного торможения применяют колодочные и дисковые тормозные устройства, системы электрического динамического и рекуперативного торможения, а при экстренном торможении, совместно с последними используют магниторельсовые тормоза.

 В настоящее время в конструкциях локомотивов и вагонов нашли широкое применение пневматические тормозные устройства. Такие устройства носят название не прямодействующие пневматические тормоза, так как при разрыве поезда или тормозной магистрали, а так же при открытии крана экстренного торможения, автоматически приходят в действие. Благодаря более быстрому и эффективному действию, автотормоза увеличивают безопасность движения и позволяют значительно повысить скорость движения поездов /1,2/.

       Анализ конструкций существующих тормозных устройств показывает, что они в целом просты по конструкции, достаточно надежны в эксплуатации и эффективны в режимах торможения, однако они имеют весьма и существенный недостаток, заключающийся в том, что создавая тормозную силу, в ряде случаев заклинивают колесную пару и тогда колеса прекращают вращение и переходят в стадию скольжения по рельсам. Такое явление называют юзом и последствия от него достаточно серьезные связанные с образованием ползунов по кругам их катания, что в дальнейшем требует дорогостоящих ремонтов колесных пар, как правило, с обточкой бандажей или круга катания колес. Для исключения такого явления в практике применяют различные по конструкции противоюзные устройства, которые уменьшают число случаев образования ползунов, при определенных условиях сокращают длину тормозного пути поезда и рекомендуются для установки на локомотивах и вагонах  эксплуатирующихся при скоростях 140км/ч и более.

        По принципу действия осевых датчиков, используемых в них, все известные противоюзные устройства делят на две группы – действующие в зависимости от величины углового замедления колеса или в зависимости от величины скольжения колеса. Большинство противоюзных устройств основано на выявлении величины замедления вращения колеса во время перехода от нормального торможения к заклиниванию. При оборудовании подвижного состава противоюзными устройствами его тормозное оборудование подвергается существенным изменениям. Прежде всего, на каждом локомотиве или вагоне  необходимо иметь большой запас сжатого воздуха, который обеспечил бы достаточно эффективное торможение при многократном действии противоюзных устройств на загрязненных рельсах. В этом случае питание тормозных цилиндров производят не из запасных резервуаров  через воздухораспределитель как в типовых тормозах, а из питательных через реле давления. При этом общий объем питательных резервуаров должен составлять порядка 156л. Такие резервуары на электропоездах, дизель-поездах и вагонах скоростных пассажирских поездов подключают через обратные клапаны к напорной магистрали. Следует отметить, что противоюзные устройства широко применяются на подвижном составе  и в странах Европейского содружества /1/.  

          Анализируя известные конструкции как отечественных, так и зарубежных противоюзных устройств, видно, что все они является довольно сложными, требуют периодического технического обслуживания в  части установления параметров замедления, трудоемки в ремонте и недостаточно надежны в практике.

          Учитывая актуальность проблемы, в ЕГУ им. И.А. Бунина на кафедре ПМиИГ и совместно со службой технической политики Управления ЮВЖД ОАО «РЖД» на договорной основе проводятся НИР направленные на совершенствование тормозного оборудования подвижного состава и в частности создания перспективных противоюзных устройств, для высокоскоростного подвижного состава.

          Анализ библиографических источников посвященных конструкции противоюзных устройств используемых на локомотивах и вагонах, а также отечественных и зарубежных патентов позволил разработать на уровне изобретений (RU2260531, RU2267419) перспективную конструкцию  более простую по устройству и, следовательно, более надежную в условиях эксплуатации. Суть её заключается в том (рис.2), что в бандажах колёс колёсных пар выполнены кольцевые пустотелые полости, имеющие круглое сечение и в них подвижно размещены металлические тела качения (шарики). Каждый из бандажей также снабжен поперечно расположенным  каналом, в котором подвижно установлен толкатель, подпружиненный пружиной сжатия. Толкатели снабжены

           Рис.2

нормально открытыми контактами, которые с помощью кабеля  соединены с кольцами токосъемников и  щётки последних связаны с электрическим вентилем управления сбрасывающего клапана. Внутренние полости клапана при помощи трубопроводов соединены с тормозными цилиндрами и через реле давления с запасным резервуаром пневматической тормозной системы  локомотива или вагона.

В случае возникновения юза колеса, под действием инерционных сил,  тела качения получают возможность относительного движения  в кольцевой пустотелой полости бандажа и взаимодействуют с наклонными поверхностями толкателя, выполненными на его торцевой поверхности, который, перемещаясь в своём поперечном отверстии, замыкает контакты электрической цепи управления сбрасывающего клапана, что в итоге усилие нажатия тормозных колодок снижается и колесо колёсной пары получает возможность вращения.

                                                Рис.3

Для расчета основных параметров предложенного устройства использована расчетная схема (рис.3), в которой рассматривается  тело качения массой mШ подвижно расположенное в криволинейной направляющей колеса колесной пары вагона. В криволинейной направляющей, в ее поперечной плоскости, также подвижно размещён толкатель подпружиненный пружиной сжатия жесткостью СПР. Работа противоюзного регулятора может быть рассмотрена в двух режимах, когда переносное движение среды есть вращение неподвижной оси, то есть само колесо  колесной пары представляет собой неизменяемую среду, вращающуюся относительно ее продольной оси, а тело качения  mШ может вращаться совместно с колесом, но и является неподвижным относительно криволинейной направляющей или же наоборот в случае юза колеса когда среда, то есть колесо является неподвижным, а подвижность приобретает тело качения массой  mШ. Следовательно, если рассматривать случай, когда колесо  колесной пары вращается, то тело качения массой mШ может находиться в любом сечении криволинейной направляющей, например, рядом с толкателем, упершись в него либо совершенно в другом положении  обусловленном сбалансированностью колеса  при его вращении при движении вагона. Такое явление широко известно науке и практике /3/. Тогда при вращении колеса  колесной пары к телу качения массой mШ будет приложена только центробежная сила РЦБ = , в случае же появления юза колеса, когда возникнет режим торможения и тормозные колодки заклинят колесо, на тело качения массой mШ будет действовать сила инерции РИ = – mШ а. Проведенные экспериментальные исследования известных конструкций противоюзных устройств с инерционно-механическими датчиками, у которых основным элементом является цилиндрический груз весом 5-7кг /1/, показывают, что датчик должен сработать и замкнуть электрическую цепь пневматического клапана при замедлении вращения колесной пары более 4,0 м/с2. Учитывая это, произведём расчет геометрических характеристик пружины сжатия толкателя, которая и обеспечивает при указанном замедлении перемещение толкателя  в осевом его направлении и замыкание тем самым электрической цепи пневматического клапана  снижающего давление воздуха в тормозном цилиндре. Для этого считаем, что в бандаже колесной пары сечение криволинейной направляющей  имеет диаметр dН = 29,5мм и в ней расположены тела качения шаровой формы от подшипника качения №172, у которого диаметр шаров dШ = 28мм и таких тел качения в криволинейной направляющей  расположено общим весом 5,0кг.

Предположим, что одна из колесных пар при скорости поезда 100км/ч в силу ряда причин, связанных с нарушением силы сцепления колес с рельсами, пошла юзом причем ускорение замедления превысило 4,0м/с2 и стало, например, 4,5м/с2 . В этом случае инерционная сила РН  на тела качения dШ определится из выражения  РИ =  –  mШ а = == 2,29 кг. При этом нормальное усилие РN  приложенное к поверхности толкателя составит:

                   РN = = = =6,7 кг,

а осевая сила РО, направленная вдоль продольной оси симметрии толкателя будет равна:

                  РО  =  РИ × sin j = 6,7 ×0,93 = 6,24 кг,

где: значение j = 70° выбрано исходя из конструктивных соображений и этот угол образован вертикальной плоскостью лежащей в продольной оси толкателя и наклонной плоскостью контактирующей с телом качения.

Так как время срабатывания быстродействующих клапанов известных противоюзных устройств составляет порядка 0,3 – 0,5с  /1/, то отпуск тормоза произойдет мгновенно и колесная пара вновь начнет вращаться, что не повлияет на возникновение ползуна. После этого тела качения займут первоначальное положение, и далее процесс роспуска тормозных колодок в случае возникновения юза колесной пары может повторяться неоднократно.

Согласно полученного значения РО определены геометрические характеристики пружины  толкателя с рабочей  нагрузкой 6,24кг, наружным диаметром DН = 18мм, диаметром прутка d = 2,0мм, с шагом t = 4,0мм,  с высотой свободной пружины НСВ = 17,0мм, высотой деформированной пружины НСЖ = 10,0мм и с [tСЖ] = 44,7кг/см2. Материал пружины Сталь 60С2 проволока Н по ГОСТ 50-47-75.

Результаты исследования переданы руководству Управления ЮВЖД филиал ОАО «РЖД» с целью изучения работоспособности предложенного технического решения, разработки эскизного проекта, изготовления макетного образца колесной пары снабженной предложенным датчиком противоюзного устройства и испытания его в стендовых условиях. В тоже время они рекомендуются отечественным и зарубежным, научным и конструкторским подразделениям проектирующим, и изготавливающим высокоэффективные тормозные устройства для современного подвижного состава.

Библиография:

Фокин М. Х. и др. Противоюзные устройства подвижного состава. Изд-во, М., Транспорт, 1970 – 104с.

Крылов В. И. Тормоза локомотивов–М. Трансжелдориздат, 1963. – 209с.

3.   Основы прикладной теории колебаний и удара/ Я.Г.Пановко.- 4-е изд.,    перераб. и доп. – Л.: Политехника. 1990. – 272с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20025. Битва под Москвой 11.08 KB
  7 ноября 1941 года на Красной Площади состоялся традиционный военный парад участвовавшие в нём войска сразу отправлялись на фронт. 56 декабря 1941 года советские войска перешли в контрнаступление под Москвой. Советские войска перешли в наступление с целью уничтожить РжевскоВяземскую группировку противников. Советские войска потерпели серьезное поражение под Харьковым и Керчью чем было предрешено падение Севастополя.
20027. Коренной перелом в ходе второй мировой войны 15.6 KB
  Сталинградская битва 17 июля 19422 февраля 1943 По советскому плану уран окружение противника в районе сталинграда 19 ноября 1942 красная армия перешла в наступление и окр немецкую группировку под командованием Паулюса. 5 июля 1943 делится на два этапа оборонительные сражения и контрнаступление 12 июля 43 танковое сражение под Прохоровкой.
20028. Полный разгром фашистской германии и завершение 2 мировой войны 11.93 KB
  Январь 1944 снятие блокады Ленинграда 1944 корсуньшевченковская операция. Июньавгуст 1944 Белорусская операция Багратион была освобождена Белоруссия Латвия часть Литвы Август 1944 ЛьвовскоСандомирская операция освобождены: Львов Западная Украина Позже ЯсскоКишеневская операция освобождена: Молдавия и часть Румынии Апрель 1945 года Восточно Прусская операция советские войска ступили в Кенинсберг Май 1945 заключительная Берлинская операция битва началась у Зееловских высот 2 мая Берлинский гарнизон сдался В ночь с 89 мая ...
20029. СССР в 1945-1953. Восстановление экономики после ВОВ. Послевоенный сталинизм 14.66 KB
  В конце 1940 возникло ленинградское дело обвинение видных деятелей партии в намерении превратить ленинград в опору борьбы со сталиным были расстреляны Вознесенский Радионов Кузнецов. 1953 дело врачей было арестовано группа врачей кремлевской больницы по обвинению в том что она якобы повинны смерти жданова и пытались умертвить других государственных деятелей но со смертью сталина дело было прекращено.
20030. Послевоенный мир, его разделение на две системы. Переход в холодной войне 15.91 KB
  ОВД Организация Варшавского ДоговораСССР. Гонка вооружений наращивание СССР и США количества вооружений с целью достижения качественного превосходства. В СССР эта политика проявлялась в создании железного занавеса системы международной самоизоляции. Причины холодной войны: Победа во II мировой войне привела к резкому усилению СССР и США.
20031. Попытки реформирования советской системы в 1950-60. Н.С Хрущев 17.59 KB
  С Хрущев. Борьба за личное лидерство длилась вплоть до весны 1958 но в итоге к власти пришел Хрущев.Начатая Хрущевым критика сталинизма привела к некоторой либерализации общественной жизни общества оттепель. Хрущева В 1954 г.
20032. СССР в период застоя(1964-1985) 14.54 KB
  к и в политической экономической и культурной жизни страны все было стабильно не было ничего нового. В культурной жизни зарождалось дессидентское движениенелегальные кружки интеллигенции выступающие за свержение коммунизма правительство полностью контролировало культурную жизнь странывыссылка из страны неугодных большевикам людейсолженицын плесецаявишневская 18 лет руководство брежнева перевели государство в состояние развала 1982Брежнев умирает с 18821884 правил Андропов а 18841885 Черненко общество жило от похорон до похорон...
20033. Перестройка-от частных преобразований к смене модели общественного развития(1985-1991) 14.85 KB
  В апреле 1985 было объявлено о проведении масштабных реформ с целью изменения общества например в экономике курс на ускорениеэто повышение темпов экономического роста на базе научнотехнического прогресса Первыми перестроечными законами стала антиалкогольная компания и закон о госприемке но все эти меры не дали никаких результатов да и к тому же всю обстановку осложнила авария на чернобыльской АЭС 1986. Основная задача перестройки заключалась в придании экономике рыночных основ. Первым шагом к рыночной экономике стал закон о гос.