где V – расчетная скорость движения поезда, исключающая появление юза, м/с. Для композиционных колодок принимаем V=28 м/с.
Коэффициент сцепления зависит от состояния поверхности рельсов и колес, от нагрузки колеса на рельс и скорости движения. Для его определения можно воспользоваться расчетной формулой
ψк = [0,17 – 0,00015 (q – 50)]·ψ(V),(6.3)
где q - статическая осевая нагрузка, кН;
ψ(V) - функция скорости, значение которой в зависимости от типа подвижного состава находят по графику [1].
Статическая осевая нагрузка определяется
q = (T + Q)/m,(6.4)
где T,Q - тара и грузоподъемность вагона, кН;
m - число осей вагона.
Статическая нагрузка на колесо
Рк = (T + Q)/mв ,(6.5)
где mв – число тормозных колодок на вагоне
Рк = (32 + 50)/16 = 51,25 кН,
q = (32 + 50)/4 = 205 кН,
ψ(V) = 0,54
ψк = [0,17 – 0,00015 (205 – 50)]·0,54 = 0,08
Из (6.14) находим
φк = 0,9·51,25·0,08/К = 3,64/К
Решая полученное выражение совместно с (6.5) получим
К = 5 кН.
Полученную допускаемую силу нажатия тормозной колодки проверяем исходя из требований теплового режима трущихся пар
К/Fk <= [ΔРу],(6.6)
где Fk - номинальная площадь трения тормозной колодки, м2;
[ΔРу] - допустимое удельное давление на тормозную колодку, кН/м2;
5/0,029 = 172 кН/м2 < 900 кН/м2
Кдоп = [ΔРу]·Fк(6.20)
Кдоп = 900·0,029 = 26,1 кН.
7. Расчет передаточного числа рычажной передачи вагона
Передаточным числом рычажной передачи называется отношение теоретической величины суммы сил нажатия тормозных колодок вагона к силе давления сжатого воздуха на поршень тормозного цилиндра
n = (Kдоп·mв)/(Ршт·ηрп),(7.1)
где Ршт - усилие по штоку тормозного цилиндра, кН;
ηрп -КПД рычажной передачи, принимаем 0,80.
Величина усилий по штоку тормозного цилиндра определяется
Ршт = πd2тцPтц·ηтц /4 – (F1 + F2 + Lшт·Ж),(7.2)
где ηтц - коэффициент, учитывающий потери на трение поршня о стенки тормозного цилиндра, который равен 0,98;
F1 - усилие оттормаживающей пружины в отпущенном состоянии, 1500-1590 Н, принимаем 1580 Н;
F2 - усилие пружины бескулисного автоматического регулятора рычажной передачи, приведенное к штоку тормозного цилиндра, которое принимается равным 300 - 1500 Н при рычажном приводе и 2000 – 2500 Н при стержневом;
Ж - жесткость отпускаемой пружины тормозного цилиндра, 6540 Н/м.
Ршт = 3,14·0,3562·0,43·106·0,98 /4 – (1545 + 1000 + 0,175·6540) = 20 кН
n = (26,1·16)/(0,95·20) = 23,5
8. Определение размеров плеч рычагов рычажной передачи
Для принятой схемы рычажной передачи передаточное число определяется из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов
n = m·(а·б/в·г)cosα, (8.1)
где α - угол действия силы нажатия тормозной колодки на колесо, принимается равным 10о.
а, б, в, г - размеры плеч рычагов, в = г = 230 мм, а + б = 650 мм.
23,5 = 8а/(650 –а)·(230/230)·0,985
а = 487 мм б = 163 мм
Рисунок 8.1 – Схема рычажного привода авторегулятора
Расстояние между упором привода и корпусом регулятора
А = n·к·(б-с/d-c) – mг(8.2)
где к – величина зазора между колесом и колодкой, к = 0,01м;
mг – величина конструктивных зазоров между деталями рычажной передачи,
mг = 0,009 м.
Размер с определяется из соотношения
F2 = (Fp + Жр·Lp)·(б/а – с/а·(l + d)/а)(8.3)
где F2 - усилие предварительного натяга пружины авторегулятора, Н
(Fp = 2000 Н);
Жр - жесткость пружины регулятора, Н/м (Жр = 1500 Н/м);
Lр - величина сжатия пружины регулятора при торможении, м
(для 8ми-осных вагонов при чугунных колодках Lр = 0,015 м);
а, б, с, d, l – размеры плеч горизонтального рычага и рычажного привода регулятора, м.
1000 = (2000 + 1500·0,015)·(0,163/0,487 – (с/0,487)·(0,65/0,487)),
с = 0,055 м = 55 мм ,
d = 542 мм ,
l = 108 мм.
А = 23,5·0,01·(0,163 – 0,055)/(0,542 + 0,055) – 0,009 = 34 мм
9. Определение размеров поперечных сечений элементов рычажной передачи
Усилие на штоке поршня тормозного цилиндра определяется
Ршт = πd2тцPтц·ηтц /4 – (F1 + Lшт·Ж),(9.1)
Ршт = 19,7 кН
Определяем силы действующие на рычажную передачу
Ршт = Р1 ,
Р2 = Р1(а +б) /б = 19,7·(487 + 163)/163 = 78,6 кН(2.27)
Р3 = Р1 (а / б) = 19,7 (487 / 163) = 58,9 кН, (9.2)
Р4 = Р3 (m / 2m) = 29,45 кН(9.3)
Р5 = Р4(в + г / г) = 58,9 кН(9.4)
Р6 = Р4 = 29,45 кН(9.5)
Определив значения сил, действующих на шарнирные соединения, рассчитываем валики на изгиб.
Валики шарнирных соединений рычажной передачи рассчитываем на изгиб по формуле
σ = P1/(0,4·d3·103)·(b – a/2) < [σ] ,(9.6)
где Р – расчетная нагрузка на валик, кН;
d – диаметр валика, м. Принимаем d = 0,04 м;
b – расстояние между серединами опор, м;
а – длина поверхности передающей нагрузку, м;
[σ] – допускаемые напряжения при изгибе, МПа. Все детали тормозной рычажной передачи изготовлены из стали 5, принимаем по [1] (табл. 9.1)
[σ] = 160 МПа.
Рисунок 9.1 – Расчетная схема шарнирного соединения
b = а + 15 = 25 + 15 = 40 мм.(9.7)
σ = 57/(0,4·0,043·103)·(0,04 – 0,025/2) = 61 МПа < [σ]
Условие выполняется, прочность валика на изгиб обеспечена.
Тяги рычажной передачи рассчитываются на растяжение.
[σ] = P2·4/(π·d2т·103) < [σ], (9.8)
где Р – усилие передаваемое на тягу, кН;
dт – диаметр тяги, м. Принимаем dт = 0,022 м.
[σ] = 57·4/(3,14·0,0222·103) = 150 МПа< [σ]
Условие выполнено, прочность тяги обеспечена.
Проушины тяги рассчитываются на смятие и срез. Напряжение смятия и среза определяется по формуле
σ см = 4·Р3/(π·t·d1·103) < [σ см],(9.9)
τср = Р3/(2·t·h·103) < [τср](9.10)
где Р – усилие смятия (среза) действующее на проушину, кН;
t – толщина проушины, м;
d1 – диаметр отверстия проушины, м;
h – высота сечения проушины по линии среза, м; принимаем
h = R – d1/2(9.11)
где R – радиус наружного очертания пружины, м.
Принимаем t = 0,015 м; d1 = 0,04 м; R = 0,0375 м; [σ см] = 170МПа; [τср] = 95 МПа.
h = 0,0375 – 0,04/2 = 0,0175 м
σ см = 4·28,5/(3,14·0,015·0,04·103) = 62 МПа < [σ см],
τср = 28,5/(2·0,015·0,0175·103) = 55 МПа < [τср].
Условия выполнены, прочность проушины обеспечена.
Рычаги также рассчитываем на изгиб. Напряжения при изгибе определяются по формуле
σ изг = Ми/Wx < [σ изг],(9.12)
где Ми – изгибающий момент в сечении среднего шарнира рычага, Н·м;
Wx – момент сопротивления сечения, м3.
Рисунок 9.2 – Горизонтальный рычаг
Wx = 2·h/6·H·(H3 – d3) ,(9.13)
где Н – ширина рычага, Н = 0,18 м;
d – диаметр валика, d = 0,04 м;
h – толщина рычага, h = 0,015 м.
Wx = 2·0,015/6·0,18·(0,183 – 0,043) = 1,6·10-4 м 3.
Изгибающий момент в сечении среднего шарнира рычага определяется по формуле
Ми = Ршт·а = 57·0,251 = 14,3 кН·м, (9.14)
σ изг = 14,3/1,6·10-4 = 89 МПа < [σ изг] = 160 МПа.
Прочность рычага обеспечена.
Рассчитываем вертикальный рычаг на изгиб
Рисунок 9.3 – Вертикальный рычаг
По формуле (9.32) определяем момент сопротивления сечения
Wx = 2·0,015/6·0,16·(0,163 – 0,043) = 1,26·10-4 м3.
Находим изгибающий момент
Ми = Ршт·b = 57·0,249 = 14 кН·м ,(9.15)
σ изг = 14/1,26·10-4 = 111 МПа < [σ изг] = 160 МПа.
Прочность вертикального рычага на изгиб обеспечена.
Затяжка горизонтальных рычагов проектируется из условия ее вписывания в габаритные размеры тормозного цилиндра.
Рисунок 9.4 – Схема вписывания затяжки горизонтальных рычагов в габариты тормозного цилиндра
Зазор х, обозначенный на рисунке 9.7, находится
х = 251 – (200 + 50) = 1 мм.
Свободное вписывание затяжки обеспечено.
Так как данная затяжка выполнена без изгиба, то расчет производится только на сжатие. Напряжение при сжатии
σсж = Р1/(Н·h) ,(9.16)
где Н – ширина затяжки, м;
h – толщина затяжки, м;
Р – сила, действующая на затяжку, Н;
σсж = 57/(0,1·0,025) = 23 МПа < [σсж] = 160 МПа.
Прочность затяжки горизонтальных рычагов обеспечена.
10. Расчет обеспеченности поезда тормозными средствами
Все поезда, отправляемые со станции, должны быть обеспеченны тормозами с гарантированным нажатием тормозных колодок в соответствии с нормативами по тормозам, утвержденным МПС.
Потребное нажатие тормозных колодок для заданного поезда определяется по формуле
ΣКр = ΣQ/100·N(10.1)
где ΣQ – вес состава поезда, тс;
N – единое наименьшее тормозное нажатие, тс; N = 33 тс.
ΣКр = 3440/100·33 = 1135,2 тс.
Расчетное фактическое тормозное нажатие колодок заданного поезда определяется
ΣКрф = Σnj·mj·Kpj ,(10.2)
где nj – число единиц подвижного состава;
mj – осность единицы подвижного состава;
Kpj – расчетное нажатие тормозных колодок на ось вагонов или локомотивов данного типа, тс; для локомотива Kpj = 12 тс, для грузового вагона с чугунными колодками на груженном режиме Kpj = 7,0 тс, на порожнем Kpj = 3,5 тс, для вагонов рефрижераторного подвижного состава с чугунными колодками на груженом режиме Kpj = 9,0 тс.