Тормозные системы электроподвижного состава. 978-985-468-606-6

Citation preview

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Кафедра вагонов и вагонного хозяйства

Кафедра вагонов и вагонного хозяйства

Э. А. ЛИСИЧКИН П. К. РУДОВ

Э. А. ЛИСИЧКИН П. К. РУДОВ

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Учебно0методическое пособие для студентов специальности «Городской электрический транспорт»

Учебно2методическое пособие для студентов специальности «Городской электрический транспорт»

Одобрено методической комиссией механического факультета

Гомель 2009

Гомель 2009

0

1

УДК 656.132.6(075.8) ББК 39.83 Л63

ОГЛАВЛЕНИЕ

Р е ц е н з е н т – канд. техн. наук, заведующий кафедрой «Электрический подвижной состав» В. С. Могила (УО «БелГУТ»)

3.4.1 Распределение давлений по площади фрикционного контакта при равномер2 ном износе накладок ………………………………………………………... 3.4.2 Выбор точки приложения силы нажатия для обеспечения равномерного изно2 са накладок ……………………………………………………………….... 3.4.3 Эффективный радиус трения ………………………………………………. 3.4.4 Условие безъюзового торможения и выбор силы нажатия …………………..

Лисичкин, Э. А. Л63

Введение ……………………………………………………………………………... 1 Общие сведения о тормозах подвижного состава ……………………………. 1.1 Классификация тормозов ……………………………………………………... 1.2 Режимы торможения ………………………………………………………….. 1.3 Требования к тормозным системам подвижного состава …………………... 1.4 Воздушная и тормозная волны ……………………………………………….. 2 Тормозная сила …………………………………………………………….……... 2.1 Образование тормозной силы ………………………………………………… 2.2 Безъюзовое торможение ……………………………………………………..... 3 Тормозные механизмы …………………………………………………………... 3.1 Колесно2колодочные тормозные механизмы ………………………………... 3.2 Дисковые тормозные механизмы …………………………………………….. 3.3 Образование тормозной силы дискового тормоза …………………………... 3.4 Расчет дискового тормозного механизма ………………………………….....

Тормозные системы электроподвижного состава : учеб.2метод. пособие для студентов специальности «Городской электрический транспорт» / Э. А. Лисичкин, П. К. Рудов. – Гомель : БелГУТ, 2009. – 112 с. ISBN 97829852468260626 Изложены принцип действия, конструкция, особенности и характеристи2 ки тормозных систем подвижного состава городского электрического транс2 порта. Рассмотрены основы торможения и методы расчета тормозов. Приве2 дены особенности эксплуатации, технического обслуживания и ремонта тор2 мозного оборудования. Предназначено для студентов специальности «Городской электрический транспорт». УДК 656.132.6(075.8) ББК 39.83

ISBN 97809850468060606

© Лисичкин Э. А., Рудов П. К., 2009 © Оформление. УО «БелГУТ», 2009

2

3.5 Барабанные тормозные механизмы ………………………………………….. 3.6 Образование тормозной силы барабанного тормоза ……………………….. 3.7 Расчет барабанного тормозного механизма ……………………………….... 3.8 Рельсовые тормозные механизмы ……………………………………………. 4 Приводы механических тормозов ……………………………………………… 4.1 Общие сведения ……………………………………………………………….. 4.2 Пневматический тормозной привод …………………………………………. 4.3 Гидравлический тормозной привод ………………………………………….. 4.4 Пневмогидравлический тормозной привод …………………………………. 4.5 Электромагнитный тормозной привод ………………………………………. 4.6 Пружинный тормозной привод ………………………………………………. 4.7 Тормозной привод с пружинным энергоаккумулятором …………………… 4.8 Мускульный тормозной привод ……………………………………………… 5 Тормозные передачи …………………………………………………………….. 5.1 Общие сведения ……………………………………………………………..... 5.2 Характеристики тормозных передач ………………………………………… 6 Приборы управления пневматическими тормозами ……………………….. 6.1 Тормозные краны троллейбусов …………………………………………….. 6.2 Тормозные краны трамваев ………………………………………………….. 6.3 Краны машиниста поездов метрополитена …………………………………. 7 Подготовка сжатого воздуха в пневматических системах …………………..

3

5 6 6 11 12 12 14 14 15 17 18 22 24 25 25 26 29 31 32 34 35 38 39 39 41 44 44 45 45 46 48 49 49 49 50 50 53 53 54

7.1 Состояние и качество сжатого воздуха ……………………………………… 54 7.2 Способы осушки и очистки воздуха ……………………………………….... 56 7.3 Замкнутые пневматические системы ………………………………………... 58 7.4 Маслоотделители и противозамерзатели ………………………………….... 59 8 Компрессорные установки в тормозных системах подвижного состава ...... 60 8.1 Классификация компрессоров ……………………………………………....... 60 8.2 Конструкции компрессоров …………………………………………………... 62 8.3 Диаграмма работы и производительность компрессора ………………......... 63 8.4 Оценка технического состояния и особенности технического обслужива2 ния компрессора ……………………………………………………………….. 66 9 Общие сведения о тормозных системах подвижного состава городского электрического транспорта ……………………………………………………... 69 10 Тормозные системы троллейбусов ……………………………………………. 71 10.1 Общие сведения …………………………………………………………….. 71 10.2 Пневматическая тормозная система троллейбусов ЗИУ ………………… 72 10.3 Пневматические тормозные системы троллейбусов производства ПО «Белкоммунмаш» …………………………………………………………… 73 11 Тормозные системы трамвайных вагонов …………………………………... 78 11.1 Общие сведения …………………………………………………………….. 78 11.2 Пневматическая тормозная система трамвая ……………………………... 79 12 Устройства и приборы обеспечения безопасности движения поездов мет0 рополитена ……………………………………………………………………….. 82 12.1 Тормозные системы поездов метрополитена ……………………………... 82 12.2 Автостопы …………………………………………………………………… 83 12.3 Автоблокировка …………………………………………………………….. 85 12.4 Автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регули2 рованием скорости …………………………………………………………. 86 13 Тормозные расчеты …………………………………………………………….. 90 13.1 Уравнение движения тормозящегося подвижного состава ……………... 90 13.2 Расчет тормозного пути, замедления и времени торможения ………….. 93 13.3 Распределение тормозных сил по колесам транспортного средства …... 97 13.4 Расчет стояночного тормоза ……………………………………………… 99 14 Техническое обслуживание тормозного оборудования подвижного соста0 ва городского электрического транспорта ………………………………….. 101 14.1 Техническое обслуживание тормозного оборудования троллейбусов …. 101 14.2 Методы контроля эффективности тормозных систем …………………… 103 14.3 Средства стендового контроля ……………………………………………. 105 14.4 Особенности контроля тормозных систем троллейбусных поездов …… 108 14.5 Техническое обслуживание тормозного оборудования трамваев …….... 109 14.6 Техническое обслуживание тормозного оборудования вагонов метро2 политена ……………………………………………………………………. 110 Список литературы ………………………………………………………………… 112

4

ВВЕДЕНИЕ Городской электрический транспорт является частью производст2 венной и социальной инфраструктуры города и служит главным средст2 вом доставки населения к местам работы и отдыха. Выполняя жизненно важные функции в современном городе, он должен обладать высокой надежностью и безопасностью. Активная безопасность транспортных средств обеспечивается их хорошими тормозными свойствами. Тормозные свойства – это способность транспортного средства быстро снижать скорость вплоть до полной остановки при минимальном тормоз2 ном пути, сохранять заданную скорость при движении на спуске, а также оставаться неподвижным при действии случайных сил. Торможение явля2 ется важной составляющей частью процесса движения транспортного средства, обеспечивающей безопасность его эксплуатации. Уменьшение скорости движения транспортного средства происходит за счет искусственного создания сопротивления его перемещению. При этом уменьшается (или полностью рассеивается) энергия транспортного средства, накопленная в процессе предыдущего движения. Преобразо2 вание этой энергии в работу трения осуществляется в механизмах тор2 мозных систем, расположенных непосредственно в колесах, на валах трансмиссий, или в электрическую энергию при электродинамическом торможении тяговым двигателем. Надежная и экономичная работа тормозных систем зависит от тех2 нического состояния тормозного оборудования, его безотказности и долговечности. Поэтому наряду с улучшением конструкций требуется хорошо организованное техническое обслуживание оборудования, своевременное обнаружение и устранение неисправностей, а также про2 ведение высококачественного ремонта тормозов в депо. Для этого спе2 циалисты, связанные с эксплуатацией тормозного оборудования под2 вижного состава, должны иметь высокую техническую грамотность в вопросах конструкции и особенностей работы тормозов. Пособие предназначено для оказания помощи студентам специально2 сти «Городской электрический транспорт» в изучении курса «Тормозные системы электроподвижного состава». 5

На подвижном составе городского электрического транспорта при2 меняются ручные, пневматические, электропневматические, гидравли2 ческие и электрические тормоза с использованием для создания тормоз2 ной силы мускульной энергии человека, потенциальной энергии сжато2 го воздуха или пружин, давления жидкости и электрической энергии. Тормоза классифицируются по различным признакам. По свойствам управляющей части они подразделяются на а в т о м а т и ч е с к и е и неавтоматические. Автоматическими называются тормоза, которые при разрыве тор2 мозной магистрали или при искусственном выпуске воздуха из нее ав2 томатически (независимо от воли водителя или машиниста) приходят в действие вследствие снижения давления воздуха в магистрали.

Неавтоматические тормоза при разрыве тормозной магистрали не срабатывают. В отличие от автоматических тормозов приходят в дейст2 вие при повышении давления в тормозной магистрали. В настоящее время автоматические тормоза применяются в поездах метрополитена, что позволяет обеспечивать безопасность и высокие скорости движения поездов. Неавтоматические тормоза обычно приме2 няются в пределах одной единицы подвижного состава. Упрощенная принципиальная схема неавтоматического пневматиче2 ского тормоза приведена на рисунке 1.1, а. Тормоз включает в себя ис2 точник 1 питания сжатым воздухом (компрессор), который через обрат2 ный клапан 2 нагнетает сжатый воздух в главный резервуар 3. Обратный клапан разобщает главный резервуар от компрессора, ко2 гда последний прекращает работу. Тормозной кран 4 предназначен для управления тормозами из кабины транспортного средства. Тормозные цилиндры 5 являются приводами тормозных механизмов. В зависимости от положения тормозного крана происходит один из следующих процессов: торможение, перекрыша, отпуск. По способности автоматически восполнять утечки воздуха из тормозных цилиндров в процессе торможения и перекрыши различают п р я м о д е й с т в у ю щ и е и н е п р я м о д е й с т в у ю щ и е тормоза. На подвижном составе используются три принципиальные схемы пневматических тормозов, которые приведены на рисунке 1.1. Неавтоматический прямодействующий тормоз (см. рисунок 1.1, а). При торможении происходит непосредственное (прямое) сообщение тормозных цилиндров 5 с магистралью, питающей их сжатым воздухом через тормозной кран 4 из главного резервуара 3. Давление в тормозных цилиндрах при этом повышается, и тормозные механизмы приводятся в действие. При достижении необходимого дав2 ления воздуха в тормозных цилиндрах кран 4 устанавливается в поло2 жение, при котором прекращается сообщение магистрали с тормозными цилиндрами и в них фиксируется установленное давление. Такое поло2 жение называется перекрышей. При отпуске тормозные цилиндры через тормозной кран сообщаются с атмосферой. В схемах а в т о м а т и ч е с к и х п р я м о д е й с т в у ю щ и х и н е п р я м о д е й с т в у ю щ и х т о р м о з о в (рисунок 1.1, б, в) на каж2 дой тормозной единице устанавливается дополнительно воздухораспре2 делитель 7 и запасный резервуар 8. Прежде чем привести такой тормоз в действие, сначала необходимо произвести его зарядку, то есть повысить давление воздуха в тормозной магистрали 6 и запасном резервуаре 8.

6

7

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Движущееся транспортное средство обладает большой кинетической энергией, величина которой пропорциональна массе транспортного средства и квадрату его скорости движения. При торможении эта энер2 гия должна быть погашена тормозными устройствами путем преобразо2 вания ее либо в тепловую, либо в электрическую. Тормозом называется комплекс устройств, предназначенных для создания искусственного сопротивления движению транспортного средства при регулировании его скорости или остановке, а также для удержания транспортного сред2 ства на месте. На городском электрическом транспорте, экипажи которого движут2 ся в общем транспортном потоке с частыми маршрутными остановками и изменениями скорости, вызванными дорожно2транспортной ситуаци2 ей, тормозные системы играют весьма важную роль. Отказы тормозов, как правило, ведут к серьезным материальным потерям, а иногда и к человеческим жертвам. Практика показывает, что некоторые дорожно2 транспортные происшествия можно было бы предотвратить при более эффективном действии тормозных систем (меньший тормозной путь, отсутствие бокового скольжения и т. п.). Эффективность тормозов са2 мым непосредственным образом влияет на все показатели качества пас2 сажирского транспорта: безопасность, скорость движения, комфорта2 бельность, экономичность. 1.1 Классификация тормозов

Рисунок 1.1 – Упрощенные принципиальные схемы тормозов: а – неавтоматический прямодействующий; б – автоматический непрямодействующий; в – автоматический прямодействующий; I – зарядка и отпуск; II – торможение; 1 – компрессор; 2 – обратный клапан; 3 – главный резервуар; 4 – тормозной кран; 5 – тормозной цилиндр; 6 – тормозная магистраль; 7 – воздухораспределитель; 8 – запасный резервуар

8

При зарядке воздухораспределитель сообщает тормозную магист2 раль с запасным резервуаром, заряжая его до зарядного давления, а тормозные цилиндры 5 – с атмосферой. При торможении снижается давление воздуха в магистрали 6, что вызывает срабатывание воздухо2 распределителя. Последний наполняет тормозные цилиндры из запасно2 го резервуара воздухом до давления, соответствующего величине его снижения в тормозной магистрали. Промежуточное положение воздухораспределителя, когда тормоз2 ные цилиндры при определенном давлении разобщены с запасным ре2 зервуаром, соответствует перекрыше. При отпуске тормоза повышается давление в тормозной магистрали и камерах воздухораспределителя, как при зарядке. Тормозные цилиндры сообщаются с атмосферой, а запасный резервуар – с магистралью. В автоматическом непрямодействующем тор2 м о з е (рисунок 1.1, б) в процессе торможения тормозные цилиндры 5 и запасный резервуар 8 полностью разобщены от источника питания сжа2 тым воздухом. Предельный тормозной эффект достигается при вырав2 нивании давления в тормозных цилиндрах и запасном резервуаре. Дав2 ление воздуха в них при утечках не восстанавливается. Такой тип тор2 моза является истощимым. В автоматическом прямодействующем тормозе (рисунок 1.1, в) в процессе торможения и перекрыши тормозные цилин2 дры 5 сообщены с основным источником питания сжатым воздухом. Сжатый воздух из главного резервуара 3 через магистраль и обратный клапан 2 поступает в запасные резервуары 8, а затем через воздухорас2 пределитель 7 – в тормозные цилиндры. При утечках воздуха такой тормоз осуществляет «подпитку», то есть является неистощимым. Пря2 модействующие и непрямодействующие автоматические тормоза раз2 личаются конструкцией воздухораспределителей. По характеристике действия автоматические пневматические тормо2 за подразделяются на м я г к и е , п о л у ж е с т к и е и ж е с т к и е . Мягкими называются тормоза, которые не приходят в действие при медленном понижении давления воздуха в тормозной магистрали, сра2 батывают на торможение с различных зарядных давлений, имеют высо2 кую чувствительность к отпуску: при повышении давления в магистра2 ли на 0,015–0,030 МПа после торможения происходит полный отпуск. Полужесткими являются тормоза, обладающие теми же свойствами, что и мягкие, но в отличие от них имеющие ступенчатый отпуск. Для полного отпуска после торможения требуется восстановление почти 9

полного предтормозного давления воздуха в тормозной магистрали. Каждой величине повышения давления в магистрали соответствует ступень отпуска. Жесткими называются тормоза, работающие на определенном за2 рядном давлении. При снижении давления в магистрали ниже заряд2 ного любым темпом сразу приходят в действие. Каждой величине давления в магистрали ниже зарядного соответствует определенная величина давления в тормозных цилиндрах. Имеют ступенчатый от2 пуск. После зарядки магистрали повышенным давлением не срабаты2 вают на торможение до тех пор, пока давление не снизится ниже за2 рядного. По способу создания тормозной силы тормоза подразделяются на электрические и механические (фрикционные). Действие электрических (электродинамических) тормозов основа2 но на переводе тяговых электродвигателей в режим генераторов. Они разделяются на рекуперативные, реостатные и рекуперативно2 реостатные. В рекуперативных тормозах вырабатываемая при тормо2 жении электроэнергия возвращается в сеть, а в реостатных – погаша2 ется в реостатах. В рекуперативно2реостатных на большой скорости энергия возвращается в сеть, на малой скорости – погашается в рео2 статах. Механическим называется тормоз, у которого кинетическая энергия движущегося транспортного средства преобразуется в тепловую за счет сил трения. Механические тормоза классифицируются по различным признакам: по принципу реализации тормозной силы, конструкции при2 вода, конструкции тормозного механизма. По принципу реализации тормозной силы различают две группы тормозов: 1) реализующие тормозную силу посредством сцепления колес с до2 рожным покрытием или рельсами; 2) реализующие тормозную силу независимо от взаимодействия ко2 лес и пути. Тормозная сила у тормозов первой группы ограничивается сцепле2 нием колеса с рельсом или дорогой. Тормоза этой группы бывают ко2 лесными и центральными. Колесными называют тормоза, у которых тормозное усилие переда2 ется непосредственно на колесную пару или колесо. У центрального тор2 моза тормозное усилие передается на силовую передачу и через нее – на колесную пару или колесо.

В тормозах второй группы тормозные усилия передаются непосред2 ственно на рельсы, минуя колесные пары. Эти тормоза позволяют реа2 лизовать более высокие тормозные силы. По конструкции тормозного механизма механические тормоза под2 разделяются на колесно2колодочные, дисковые, барабанные, рельсо2 вые. Первые три относятся к тормозам, реализующим сцепление колес с рельсами или дорогой, а рельсовые – к тормозам, действие которых не зависит от сцепления колес с рельсами. Колесно)колодочные и дисковые тормоза бывают одностороннего и двухстороннего действия. Барабанные тормоза по месту расположения колодок относительно барабана подразделяются на тормоза с наружным и внутренним распо2 ложением тормозных колодок. Барабанные и дисковые тормоза бывают осевыми, колесными и центральными. Рельсовые тормоза могут быть пневматическими и электромагнит2 ными. Электромагнитный рельсовый тормоз широко применяется на трамваях. По типу привода различают тормоза с мускульным приводом (руч2 ным или ножным), пневматическим, пружинным, гидравлическим, электрическим, пневмогидравлическим, пневмопружинным и др. при2 водами. Мускульные приводы обычно используются для стояночного тормоза.

10

11

1.2 Режимы торможения Различают три режима торможения подвижного состава: экстренное (аварийное), служебное и торможение стоящего подвижного состава. Экстренное торможение применяют в аварийных ситуациях, когда необходимо обеспечить минимальный тормозной путь. При этом не должно быть потери устойчивости (заноса) или возникновения юза транспортного средства. Экстренное торможение производится доволь2 но редко, главным образом в случаях, угрожающих безопасности дви2 жения или жизни людей. Служебное торможение используется для уменьшения скорости и остановки подвижного состава или для подтормаживания при требуе2 мых ограничениях скорости движения. Торможение стоящего подвижного состава должно обеспечить удержание его на месте неограниченно длительное время на наиболь2 шем подъеме, который может быть преодолен по условиям тяги.

1.3 Требования к тормозным системам подвижного состава К тормозным системам подвижного состава предъявляются следую2 щие требования: – минимальный тормозной путь (максимальное замедление) при экс2 тренном торможении без нарушения сцепления колес с дорогой или рельсами и устойчивости транспортного средства. Для выполнения это2 го требования необходимо обеспечить минимальное время срабатыва2 ния привода тормозной системы и правильное распределение тормоз2 ных сил между колесами и их одновременное затормаживание; – минимальные затраты мускульной энергии водителя для торможе2 ния при ограниченном перемещении органа управления привода; – плавное нарастание тормозной силы и возможность его простого регулирования. Это требование обеспечивает комфортабельность пас2 сажирского подвижного состава; – хороший отвод тепла от тормозных механизмов, что обеспечивает работу тормозов без перегрева и нарушения тормозных качеств при частых торможениях; – стабильность характеристик тормозной системы в процессе экс2 плуатации. Это обеспечивается высокой износостойкостью фрикцион2 ных пар, их равномерным износом. На фрикционные качества материа2 лов не должны влиять колебания наружной температуры, атмосферные осадки и т. д.; – безотказное торможение подвижного состава при всех условиях. Достигается применением нескольких независимых тормозных систем или многоконтурной системы.

После прохождения волны при открытом кране продолжается местное падение давления определенным темпом. С к о р о с т ь в о з д у ш н о й в о л н ы определяется как частное от деления длины магистрали на время от момента приведения в дейст2 вие тормозного крана до момента начала падения давления в конце ма2 гистрали. Она зависит от температуры окружающей среды и аэродина2 мического сопротивления магистрали. При наличии отростков, поворо2 тов и разветвлений в тормозной магистрали, а также при подключении к ней дополнительных объемов скорость воздушной волны снижается. Скорость воздушной волны vв, м/с, примерно равна скорости звука и приближенно может быть определена по эмпирической формуле v â = 37

p

ρ

,

(1.1)

Для транспортных средств, состоящих из нескольких единиц под2 вижного состава (вагоны метрополитена) и имеющих большую длину, огромное значение имеет понимание процессов, протекающих в воз2 душных магистралях. Наиболее важными в теории воздушной магист2 рали являются понятия воздушной и тормозной волны. Воздушной волной называется распространение в магистрали нача2 ла изменения давления. Падение давления начинается с нарушения рав2 новесия воздуха, находящегося у отверстия крана, а затем волна с опре2 деленной скоростью распространяется вдоль тормозной магистрали.

где p – давление воздуха в магистрали, кПа; ρ – плотность воздуха при данном давлении, кг/м3. Темпом падения давления (темпом разрядки) называется величина падения давления воздуха в единицу времени и измеряется в МПа/с или МПа/мин. Для автоматических пневматических тормозов различают темпы: медленной разрядки, при котором воздухораспределители в действие не приходят; служебной разрядки, при котором воздухорас2 пределители срабатывают на служебное торможение; экстренной раз2 рядки, при котором воздухораспределители срабатывают на экстренное торможение. С удалением от начала магистрали (от места выпуска воз2 духа) темп падения давления уменьшается. С воздушной волной неразрывно связана тормозная волна. Тормоз0 ная волна характеризует последовательность срабатывания тормозов от головы до хвоста поезда при торможении краном машиниста. Тор2 мозная волна всегда идет вслед за воздушной волной, и ее скорость будет ниже скорости воздушной волны. С к о р о с т ь т о р м о з н о й в о л н ы определяется как частное от деления длины тормозной маги2 страли на время от момента постановки ручки тормозного крана в тор2 мозное положение до момента начала действия тормоза хвостового вагона. Чем выше скорость тормозной волны, тем быстрее срабатывают тормоза и короче тормозной путь. Кроме того, при увеличении скорости тормозной волны улучшается плавность торможения за счет меньшего разрыва в срабатывании тормозов по длине поезда.

12

13

1.4 Воздушная и тормозная волны

2 ТОРМОЗНАЯ СИЛА Тормозной силой называют регулируемую силу, создаваемую тор2 мозными средствами и направленную противоположно скорости дви2 жения. Для создания искусственного сопротивления движению транспорт2 ного средства во фрикционных (механических) тормозах используется явление внешнего сухого трения твердых тел.

положно направленная горизонтальная реакция рельса Bт = Bо и является тормозной силой, препятствующей поступательному движению. Она действует на колесо со стороны рельса и является внешней по отноше2 нию к транспортному средству. Для одной тормозной колодки Bт = Bо =

M тр Rк

= Kϕк .

(2.3)

Для оси колесной пары 2.1 Образование тормозной силы

Bт = nKφ к ,

На рисунке 2.1 приведена схема образования тормозной силы меха0 нического тормоза, действие которого основано на использовании сцепления колес с рельсами. В результате прижатия тормоз2 Fтр ной колодки с силой К к поверхно2 сти колеса, катящегося по рельсу с М тр R к K угловой скоростью ω и нагружен2 ного силой Pк, возникает касатель2 ная сила трения, равная произведе2 Pк нию силы нажатия колодки на ко2 0 эффициент трения φк: Bт Bо Fтр = Kφ к . (2.1) Рисунок 2.1 – Схема образования тормозной силы колесно2колодоч2 ного тормоза

Сила Fтр препятствует вращению колеса. Однако она не может быть тормозной силой, так как по отно2 шению к движущемуся транспортному средству является внутренней. Тормозная сила должна быть приложена извне и может возникнуть только при наличии силы сцепления колеса с рельсом. Сила сцепления возникает вследствие действия вертикальной статической и динамиче2 ской нагрузок Рк от колеса на рельс. В результате действия силы Fтр создается момент, направленный против вращения колеса, M тр = Fтр Rк ,

(2.2)

где Rк – радиус колеса. Под действием этого момента в зоне контакта колеса и рельса (в точка О) возникает сила Bо, действующая от колеса на рельс. Противо2 14

(2.4)

где n – количество колодок, действующих на ось. Схема образования тормозной силы рассмотрена для случая движе2 ния без изменения скорости (при подтормаживании на спуске). При торможении с замедлением транспортного средства тормозная сила, возникающая в точке контакта колеса с рельсом, уменьшается за счет инерции вращающейся колесной пары Bи. В электрическом (электродинамическом) тормозе характерно об2 разование тормозного момента на якоре электродвигателя, переключен2 ного в режим генератора. Через редуктор этот момент передается на приводные колеса. Принцип образования тормозной силы в этом случае такой же, как и при действии колесно2колодочного тормоза. Величина тормозного момента зависит от электротехнических характеристик дви2 гателей. 2.2 Безъюзовое торможение В случае если тормозная сила превышает предельную силу сцепле2 ния, происходит заклинивание колес. Это характерно только для тормо2 зов, действие которых основано на сцеплении. Явление скольжения колес по рельсу или дорожному покрытию называется юзом. При юзе, как правило, возрастает тормозной путь и время торможе2 ния. Это объясняется тем, что сила трения при скольжении колеса ока2 зывается меньше, чем реализуемая тормозная сила при полном исполь2 зовании сцепления. Тормозная сила при юзе Bтю = Pк φ с < B т , 15

(2.5)

где Pк – нагрузка на колесо (для рельсового подвижного состава – на ось), кН; φс – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу или дорож2 ному покрытию. Юз приводит к повреждению колесных пар у рельсового подвижно2 го состава, вызывает их повышенный износ, образование ползунов на поверхности катания колес, в результате чего ухудшаются условия ра2 боты ходовых частей. В троллейбусах при наступлении юза возможна потеря устойчивости и их занос. С целью предупреждения явления юза водитель должен выбирать необходимый режим торможения, регулируя силу нажатия тормозных колодок или накладок с учетом состояния дорожного покрытия или рельсов. На трамвайных вагонах для увеличения коэффициента сцепле2 ния и предотвращения юза при торможении применяют песочницы для подсыпки песка на рельсы. Условие безъюзового торможения имеет вид Bт ≤ Pсц = Pк ψ ,

(2.6)

где Pсц – сила сцепления колес с рельсом или дорожным покрытием; ψ – коэффициент сцепления колеса с рельсом или дорожным по2 крытием. Коэффициент сцепления колеса с дорожным покрытием больше ко2 эффициента трения скольжения между ними. Коэффициент сцепления определяется как отношение максимальной возможной горизонтальной реакции рельсов или дорожного покрытия (силы сцепления) к вертикальной нагрузке от колес на рельсы или дорогу. Величина коэффициента сцепления носит случайный характер. Его зна2 чение изменяется в значительных пределах в зависимости от состояния и загрязненности пути, типа дорожного покрытия, типа подвижного соста2 ва, материала колес, условий погоды, типа тормозной системы, скорости движения, нагрузки на колесо, геометрии поверхности катания, давления воздуха в шине и т. д. В таблицах 2.1 и 2.2 приведены значения коэффици2 ентов сцепления шин с дорогой для различных типов дорожного покры2 тия и колес с рельсами при различных состояниях поверхности рельсов. Величина коэффициента сцепления в эксплуатации определяется до2 вольно просто. Постепенно увеличивают тормозную силу до тех пор, пока колеса или колесные пары не начинают переходить в юз. Эту пре2 дельную тормозную силу приравнивают к силе сцепления и далее рас2 16

считывают коэффициент сцепления. Коэффициент сцепления играет важную роль не только при торможении, но и при тяге. Следует отме2 тить, что его величины при тяге и при торможении различны. Т а б л и ц а 2.1 – Величина коэффициента сцепления шин с дорогой Тип дорожного покрытия и его состояние

Коэффициент сцепления

Асфальтовое и асфальтобетонное, в состоянии: чистом сухом мокром Булыжно2брусчатое в состоянии: сухом мокром Кирпичное в состоянии: сухом мокром Снежная укатанная дорога Обледенелая дорога

0,65–0,85 0,35–0,45 0,50–0,60 0,30–0,40 0,70–0,80 0,40–0,50 0,15–0,25 0,10–0,20

Т а б л и ц а 2.2 – Величина коэффициента сцепления для вагонов трамваев и метрополитена Коэффициент сцепления без песка с песком

Условия

Наиболее благоприятные Чистые сухие рельсы Очень мокрые рельсы Влажные замасленные рельсы Рельсы, покрытые инеем Рельсы, покрытые сухим снегом

0,35 0,30 0,20 0,13 0,15 0,10

0,45 0,40 0,30 0,20 0,22 0,15

3 ТОРМОЗНЫЕ МЕХАНИЗМЫ Тормозные системы механического тормоза состоят из тормозных механизмов, тормозных приводов и тормозных передач. Тормозной механизм – это система устройств, которые при тормо2 жении непосредственно преобразуют кинетическую энергию движуще2 гося транспортного средства в тепловую. Тормозной механизм пред2 ставляет собой фрикционную пару, состоящую: из тормозной колодки и поверхности катания колеса – у колесно2колодочного тормоза; тормоз2 17

ной колодки (накладки) и вращающегося барабана – у барабанного тор2 моза; тормозной накладки и вращающегося диска – у дискового тормо2 за; тормозной колодки (башмака) и рельса – у рельсового тормоза. К тормозным механизмам предъявляются следующие о с н о в н ы е требования: – высокая эффективность действия, т. е. создание большого тормоз2 ного момента; – стабильность эффективности при изменении внешних условий и режима торможения (скорости, количества торможений, температуры окружающей среды трущихся элементов, наличия в механизмах воды, пыли); – высокая надежность и долговечность трущейся пары; – плавность действия, отсутствие при торможении вибраций, “визга”; – хороший отвод тепла из зоны трения; – малая трудоемкость технического обслуживания и ремонта. 3.1 Колесно0колодочные тормозные механизмы Колесно2колодочные тормозные механизмы применяются только на трамвайных вагонах и вагонах метрополитена. Схема образования тор2 мозной силы в механизме приведена выше (см. рисунок 2.1), а схема механизма показана на рисунке 3.1. Тормозные колодки крепятся к под2 вескам АБ с помощью шарнира Б, а сама подвеска посредством шарнира А – к раме тележки. Шарниры Б расположены от цен2 тра колеса на расстояние ОБ, которое называется главным ра2 диусом. Подвеску располагают таким образом, чтобы она обра2 зовывала с главным радиусом угол β, близкий к 90°. В эксплуа2 тации этот угол не может быть выдержан строго, так как он из2 меняется по мере износа колодок Рисунок 3.1 – Схема колесно2колодоч2 и бандажей. ного тормозного механизма Главный радиус расположен по отношению к горизонтали под некоторым углом α, приблизительно равным 15°. Такое расположение позволяет улучшить отвод колодок от 18

колеса при отпуске тормоза и удерживать их в состоянии, при котором они не касались бы колеса за счет собственных сил тяжести. Тормозной привод через шарнир Б передает на колодку горизон2 тальные силы Хк. Колодка прижимается к вращающемуся колесу и в результате этого в тормозном механизме возникают следующие сило2 вые факторы: ) К – сила нажатия колодки на бандаж колеса; ) R – реакция от колеса на колодку, равная силе К; ) Fтр = φкК – равнодействующая сил трения, направленная против вращения колеса, и равная ей сила F1, действующая на колодку (φк – коэффициент трения тормозных колодок); ) S – реакция подвески АБ, направленная вдоль ее оси; ) М = Fтрd – момент, выворачивающий колодку и вызывающий пере2 распределение давлений колодки на бандаж колеса (d – расстояние от поверхности катания колеса до шарнира Б башмака). При расчете сил, действующих в механизме, моментом М = Fтрd пренебрегают. Силы, действующие на переднюю по ходу движения колодку, K = X к cos α + S cos β ,

(3.1)

Fтр = φ к K = − X к sin α + S sin β .

(3.2)

В результате совместного решения уравнений (3.1) и (3.2) K = Xк

sin(α + β ) , sin β − φ к cos β

(3.3)

S = Xк

sin α + φ к cos α . sin β − φ к cos β

(3.4)

Аналогично для задней по ходу движения колодки K ' = X к'

sin (α + β) , sin β + φ к cos β

(3.5)

S ' = X к'

sin α − φ к cos α . sin β − φ к cos β

(3.6)

В случае β = 90° 19

K = K ' = X к cos α ,

(3.7)

S = X к (sin α + φ к cos α ) ,

(3.8)

S ' = X к' (sin α − φ к cos α ) .

(3.9)

Таким образом, из формул (3.3), (3.5) и (3.7) видно, что при угле β = 90° сила нажатия колодки, а значит и тормозная сила, не зависят от направления вращения колеса. На рельсовом подвижном составе применяется одностороннее или двухстороннее нажатие колодок на колесо. Одностороннее нажатие позволяет упростить конструкцию рычажной передачи, ее размещение на ходовых частях и регулировку в процессе эксплуатации. Однако при одностороннем нажатии сила К оказывает выворачивающее воздейст2 вие на колесо. При этом в оси возникают напряжения от изгиба в гори2 зонтальной плоскости. Двухстороннее нажатие позволяет снизить давление колодок на ко2 лесо, уменьшить их износ и увеличить пробег вагонов между регули2 ровками тормозной системы. С уменьшением давления коэффициент трения колодок увеличивается. Выворачивающее действие на колесо при двухстороннем нажатии отсутствует в результате уравновешивания сил, действующих от колодок на колесо. Применяемые в колесно2колодочном тормозном механизме колодки различаются по конструкции и материалу, из которого они изготовлены. На трамвайных вагонах обычно применяют безгребневые чугунные тормозные колодки, а на вагонах метрополитена – гребневые из компо2 зиционного материала. Тормозная колодки закрепляется на тормозном башмаке, который в свою очередь соединяется ск тормозной подвеской. Применяются также бесбашмачные тормозные колодки, непосредственно закрепленные на подвеске. Коэффициент трения тормозных колодок зависит от их материала, давления в месте контакта (силы нажатия колодки на колесо) и скорости скольжения, наличия влаги или смазки между колодкой и колесом и других факторов. Количественно оценить влияние всех факторов на коэффициент трения сложно, поэтому при расчетах используют эмпи2 рические формулы, полученные по результатам экспериментальных данных. Например, коэффициент трения чугунных тормозных колодок вагонов трамвая определяют по формуле 20

φк = φо

2,09 + 0,06 K 1 + 0,072v ⋅ , 1 + 0,1K 1 + 0,288v

(3.10)

где K – действительная сила нажатия на колодку, кН; v – окружная скорость на ободе колес, м/с; φ о – коэффициент трения тормозных колодок при K = 27,2 кН и v = 0 (составляет в среднем 0,250). Как видно из формулы (3.10), с увеличением скорости движения ко2 эффициент трения чугунных колодок резко снижается. Коэффициент трения композиционных тормозных колодок в меньшей степени зависит от скорости и имеет более высокие значения. Применение безгребневых тормозных колодок на вагонах трамвая связано с тем, что при прохождении кривых, стрелок и крестовин у бан2 дажей трамвайных колес преимущественно изнашиваются гребни. На вагонах метрополитена обычно применяют гребневые колодки, которые обеспечивают равномерный износ поверхности катания колеса и его гребня. Давление на гребневую колодку при одной и той же силе нажатия K меньше, а значит выше коэффициент трения. Первые вагоны оборудовались чугунными тормозными колодками, однако они оказа2 лись непригодными в условиях метрополитена. Продукты износа (ме2 таллическая пыль), выделявшаяся в большом количестве при торможе2 ниях и оседавшая в замкнутом пространстве (тоннелях) и на вагонах, приводила к порче тягового оборудования, нарушению работы уст2 ройств СЦБ (сигнализации, централизации, блокировки). Срок службы колодок из2за низкой износостойкости не превышал 7–10 дней. Поэтому в настоящее время на вагонах метрополитена используют композици2 онные тормозные колодки. Их изготавливают методом горячего напрес2 совывания полимерной композиции на металлический каркас. По срав2 нению с чугунными имеют в 3–4 раза меньшую массу. Срок службы композиционных колодок достигает 3 месяцев. Вместе с тем, они обла2 дают рядом недостатков. Имеют непостоянный коэффициент трения, изменяющийся в 1,5 раза при работе в условиях тоннеля, а на открытых участках пути в сырую погоду он снижается в несколько раз, что приво2 дит к увеличению тормозных путей. Кроме того, композиционные ко2 лодки негативно воздействуют на поверхность катания колес, что вы2 ражается в образовании на ней сетки термических трещин из2за низкой теплопроводности композиции. Практически все тепло, выделяющееся при торможении, расходуется на нагрев колес. 21

В связи с тем, что колесно2колодочный тормоз дополнительно на2 гружает и изнашивает поверхность катания колеса, на выпускаемых в настоящее время трамвайных вагонах он не используется. На вагонах метрополитена колесно2колодочный тормоз обычно применяют в каче2 стве экстренного и замещающего электродинамический при его исто2 щении. Также может использоваться и в качестве служебного. 3.2 Дисковые тормозные механизмы Дисковый тормозной механизм состоит из вращающегося тормозно2 го диска и тормозной накладки, а также устройств для их крепления и регулировки положения накладок относительно диска. По месту раз0 мещения дисковые тормозные механизмы разделяются на осевые, ко2 лесные и центральные. У о с е в ы х тормозов (рисунок 3.2, а) тормозной диск размещается на оси колесной пары, у к о л е с н ы х – внутри колеса, у ц е н 2 т р а л ь н ы х (рисунок 3.2, б) – на валу тяговой передачи или тягового электродвигателя.

Рисунок 3.3 – Схемы дисковых тормозных механизмов с односторонним (а) и двухсторонним (б) нажатием

По характеру воздействия тормозного диска на вал различают дисковые тормоза с о д н о с т о р о н н и м и д в у х с т о р о н н и м н а ж а т и е м н а к л а д о к , схемы которых показаны на рисунке 3.3. Тормозные механизмы с установкой тормозного диска на оси колес2 ной пары или на валах тяговой передачи применяют на рельсовом под2 вижном составе. В дисковом тормозе используют композиционные накладки, которые крепят на башмаке. Тормозные диски бывают разъемные (разрезные) и неразъемные. Разъемные диски насаживают на ось на шпонке и стяги2 вают болтами. Неразъемные диски напрессовывают на ось.

По сравнению с колесно2колодочными тормозами дисковые имеют ряд преимуществ: – использование тормозных накладок из композиционного материа2 ла с малозависящим от скорости коэффициентом трения, что создает хорошую тормозную характеристику; – уменьшение эксплуатационных расходом вследствие большого срока службы накладок (в 4–5 раз больше срока службы чугунных ко2 лодок); – более высокий коэффициент трения композиционных тормозных накладок по сравнению с чугунными, что позволяет облегчить передачу и использовать привод меньшей мощности для создания одинаковой тормозной силы; – неизменность зазора между накладками и диском при изменении просадки кузова на подвеске, что исключает ее влияние на работу дис2 кового тормоза; – отсутствие влияния на работу дискового тормоза состояния рель2 сового пути. К недостаткам существующих конструкций дискового тормоза от2 носятся: – изменение тормозного эффекта по мере износа накладок. При из2 носе накладок изменяется положение рычагов и соответственно сила нажатия;

22

23

Рисунок 3.2 – Схемы осевого (а) и центрального (б) тормозных механизмов

– появление неприятного звука высокой частоты при торможении дисковым тормозом с композиционными накладками; – необходимость в большом монтажном пространстве, что в мотор2 ных вагонах и троллейбусах обеспечить практически невозможно; – дополнительное нагружение элементов тяговой передачи и сокра2 щение их срока службы при использовании центральных дисковых тор2 мозных механизмов. 3.3 Образование тормозной силы дискового тормоза Схема образования тормозной силы дискового тормоза показана на рисунке 3.4. При прижатии тормозной накладки к вращающемуся диску с силой К в зоне их контакта возникает касательная сила трения. Сум2 марная сила трения Fтр = Kφкн приложена на некотором расстоянии rэ от оси колес2 ной пары, называемом эффективным радиусом трения, и создает тормозной момент M тр = Fтр rэ .

(3.11)

Тормозная сила, возникающая от это2 го момента, M тр r Bт = = Kϕкн э . (3.12) Rк Rк Рисунок 3.4 – Схема обра2 зования тормозной силы дискового тормоза

Для одного колеса транспортного сред2 ства r (3.13) Bт = nн Kϕкн э , Rк

3.4 Расчет дискового тормозного механизма 3.4.1 Распределение давлений по площади фрикционного контакта при равномерном износе накладок

Особенностью образования тормозной силы дискового тормоза в от2 личие от барабанного и колесно2колодочного является то, что различ2 ные элементы накладки трутся о диск в различной скоростью. Величина скорости трения прямо пропорциональна расстоянию от рассматривае2 мого элемента до оси вращения диска, т. е. радиусу трения. Поэтому при равномерном распределении давлений по накладке в большей сте2 пени изнашиваются элементы, наиболее удаленные от оси вращения. Износ накладок в этом случае неравномерный. Он приводит к более ранней смене тормозных накладок по минимальной толщине. Равномерный износ обеспечивается при равенстве удельных работ трения, выполняемых всеми элементами накладки. Условие равномер0 ного износа pi ϕi vi = k = const ,

(3.14)

где pi – давление тормозной накладки на диск в i2й точке; φi – коэффициент трения в i2й точке накладки; vi – скорость трения в i2й точке; k – удельная тормозная мощность, реализуемая на фрикционной по2 верхности. Величина k должна быть постоянной для фиксированной скорости движения и силы нажатия. Коэффициент трения является функцией давления и скорости: ϕ = α ϕ( p ) ϕ(v ) = α

β p + γ fv + g ⋅ , δp + γ cv + g

(3.15)

где nн – количество накладок, действующих на колесо; φкн – коэффициент трения тормозной накладки. Как видно из формул (3.12) и (3.13), тормозная сила, создаваемая дисковым тормозом, меньше силы трения Fтр между его фрикционными элементами в отличие от колесно2колодочного. Однако эффективность дискового тормоза от этого не меньше, так как фрикционные материалы подбирают с более высоким коэффициентом трения, а также тормозной момент увеличивают за счет увеличения силы нажатия.

где φ(p), φ(v) – функции зависимостей коэффициента трения соответ2 ственно от давления и скорости скольжения; α, β, δ, γ, f, c, g – эмпирические коэффициенты, зависящие от материала. Условие (3.14) равномерного износа с учетом зависимости (3.15) принимает вид

24

25

pi

α(β pi + γ )( fvi + g ) v =k. (δpi + γ )(cvi + g ) i

(3.16)

pi =

k (δpi + γ )(cvi + g ) . vi α(β pi + γ )( fvi + g )

(3.17)

Линейную скорость скольжения i2го элемента накладки по диску оп2 ределяют по формуле vi = ωρ i , (3.18)

Рассмотрим накладку в виде кольцевого сектора, показанную на ри2 сунке 3.5. Если пренебречь выворачивающими моментами, возникающими от сил трения в зоне фрикционного контакта, то можно считать, что дав2 ление по радиальным линиям распределяется равномерно, т. е. p = f (ρ ) . β

y 2 Fj

1

(3.19)

ρ

н

ρ j21

Api2 + Bpi + C = 0 ,

ρj

где ω – угловая скорость диска; ρi – радиус трения. После преобразований уравнения (3.17) с учетом выражения (3.18) получаем квадратное уравнение вида αс

ρср.j

Отсюда закон распределения давлений при равномерном износе –

ρв

где A = αβfω 2 ρ i2 + αβgωρ i ; B = αγfω 2 ρ i2 + αγgωρ i − δckωρ i − δgk ; C = − γckωρ i − γgk .

x 0 Рисунок 3.5 – Схема деления фрикционной поверхности накладки на элементы:

3.4.2 Выбор точки приложения силы нажатия для обеспечения равномерного износа накладок

Чтобы обеспечить распределение давлений по площади фрикцион2 ного контакта в соответствии с зависимостью (3.17), необходимо пра2 вильно выбрать точку приложения силы нажатия. Давление по новой накладке распределяется по гиперболическому закону с неявно выраженным максимумом в местах передачи сосредо2 точенных сил нажатия. Это вызвано тем, что фрикционные элементы дискового тормоза, в том числе и башмак, имеют ограниченную толщи2 ну, твердость и жесткость. По мере приработки фрикционных элемен2 тов происходит перераспределение давлений с приближением к закону, соответствующему либо равномерному износу, либо одному из типов клиновидного износа. Вид износа зависит от координат точки приложе2 ния равнодействующей сил нажатия на накладку. Координаты точки приложения равнодействующей сил нажатия оп2 ределяют из условия равновесия башмака с накладками. Для этого сна2 чала находят требуемое распределение давлений из условия равномер2 ного износа. 26

1 – элемент i; 2 – элемент j

Ввиду симметричности накладки точка приложения равнодейст2 вующей должна находиться на оси симметрии y, поэтому достаточно определить только ординату этой точки. Момент относительно оси x от распределенной по накладке нагрузке p(ρ) и силу нажатия на накладку определяют по формулам Mx =

ρн α с 2

∫ ∫ p(ρ) ρ

2

cos α dρ dα ,

(3.20)

ρв − α с 2

ρн

K = α с ∫ p (ρ )ρ dρ, ρв

где ρв – радиус внутренней периферии накладки; ρн – радиус наружной периферии накладки; αс – центральный угол накладки; α – текущий угол накладки. 27

(3.21)

жести j2го элемента, который при бесконечно малом угле β расположен от начала координат на расстоянии

Тогда ордината равнодействующей распределенной нагрузки ρн α с 2

yc =

Mx = K

∫ ∫ p(ρ) ρ

ρв − α с 2

αс

2

cos α dρ dα

.

ρн

(3.22)

∫ p(ρ) ρ dρ

ρв

Функция распределения давлений p(ρ) определяется из квадратного уравнения, так как коэффициент трения зависит от давления [см. фор2 мулу (3.15)], и поэтому в явном виде выражается громоздкой форму2 лой. Интегралы, входящие в уравнения (3.20)–(3.22), непосредственно через элементарные функции не выражаются. Для решения использу2 ют методы приближенного вычисления определенных интегралов. Разделим поверхность фрикционного контакта на множество эле2 ментарных площадок (см. рисунок 3.5) и распределение давлений представим как систему действующих на накладку параллельных сил. Элемент 1 (i2й) ограничен наружной и внутренней перифериями на2 кладки и двумя радиальными линиями, образующими угол β. Прини2 маем β → 0. Элемент i разбит на m элементов дугами различных ра2 диусов. Считаем, что на j2й элемент действует среднее давление p ср. j = p j + p j −1 2 . Тогда расстояние от начала координат до равно2

(

)

действующей распределенной нагрузки p(ρ) i)го элемента

∑ (ρ 2j − ρ 2j−1 )pср. j ρ ср. j

m

m

∑ pср. j F j ρ ср. j ρр =

j =1

m

=

j =1

∑( m

∑ pср. j F j

j =1

j =1

ρ 2j

− ρ 2j −1

)p

,

(3.23)

ср. j

где F j – площадь j2го элемента; ρср. j – средний радиус j2го элемента.

3 3 2 ρ j − ρ j −1 ⋅ 2 . 3 ρ j − ρ 2j −1

(

)

на расстоянии среднего радиуса ρ ср. j = ρ j + ρ j −1 2 , а не в центре тя2

(3.24)

Такая замена не вызывает существенной погрешности в вычислени2 ях. К тому же происходит сглаживание погрешности от усреднения давления по j2му элементу. Расстояние ρ р для каждого i2го элемента будет одинаковым. Дуга радиусом ρ р разделит накладку на две части. Центр тяжести этой дуги совпадает с центром параллельных сил. Его ордината yc =

1 αc

αс 2

∫ ρр cos α dα =

2ρр sin (α с 2)

−α с 2

αc

.

(3.25)

Из условия равновесия башмака вытекает, что равнодействующая приложенной со стороны тормозной передачи сил должна иметь те же координаты, что и равнодействующая распределенной нагрузки p(ρ). 3.4.3 Эффективный радиус трения

Тормозной момент в дисковом тормозе создается силами трения, ко2 торые возникают на всех элементарных площадках тормозной наклад2 ки, расположенными на различных расстояниях от оси вращения диска. Тормозные расчеты удобнее выполнять, используя единое расстояние до этих сил. Эффективный радиус трения rэ – это условный радиус, на котором приложена суммарная сила трения. Тормозной момент, развиваемый на оси одной накладкой дискового тормоза, M тр = Kϕкн rэ = Fтр rэ ,

При расчете принимаем, что элементарная сила p ср. j F j приложена

28

ρ с. j =

где φкн – коэффициент трения накладки; Fтр – сила трения. 29

(3.26)

При расчете полной силы трения Fтр суммирование элементарных сил, действующих на накладке, должно производиться арифметически. Это связано с тем, что сила трения, действующая на каждой элементар2 ной площадке, направлена по нормали к радиальной линии, идущей от центра вращения диска. Тормозной момент на каждой элементарной площадке создается полной силой трения, а не отдельной ее состав2 ляющей. При геометрическом суммировании получают равнодейст2 вующую сил трения. Из условия равномерного износа (3.14) функцию распределения дав2 лений p(ρ) можно выразить в виде p(ρ ) =

k , v(ρ) ϕ(ρ )

(3.27)

где v(ρ), φ(ρ) – функции зависимостей скорости трения и коэффициента трения от радиуса накладки ρ. Рассмотрим накладку, выполненную в виде кольцевого сектора. Суммарную силу трения Fтр накладки и тормозной момент Mтр на диске определяют по формулам Fтр = α c

ρн

∫ p(ρ) φ(ρ)ρ dρ ,

(3.28)

ρв

M тр = α c

ρн

∫ p(ρ) φ(ρ)ρ

2

dρ .

(3.29)

ρв

Подставляя в формулы (3.28) и (3.29) выражение (3.27) и учитывая, что v(ρ) = ρω , после интегрирования получим Fтр = kα c

ρн − ρв , ω

(3.30)

M тр = kα c

ρ 2н − ρ 2в . 2ω

(3.31)

В соответствии с формулой (3.26) эффективный радиус трения rэ =

M тр Fтр

ρ + ρв = н = ρ ср . 2 30

(3.32)

Как видно из формул, эффективный радиус трения является функци2 ей геометрических характеристик площади фрикционного контакта трущихся пар. Для накладок любой геометрической формы в общем виде можно написать: Fтр =

k dF , ω F∫ ρ

(3.33)

k Fн , ω

(3.34)

н

M тр = rэ =

M тр Fтр

=

Fн , dF ∫ ρ F

(3.35)

н

где Fн – площадь фрикционной поверхности накладки. Для накладок сложной геометрической формы определенные инте2 гралы в уравнениях (3.33) и (3.35) вычисляют методами приближенного интегрирования. 3.4.4 Условие безъюзового торможения и выбор силы нажатия

Условие безъюзового торможения, выраженное через тормозные мо2 менты, имеет вид M то ≤ [M то ] ,

(3.36)

где Mто – тормозной момент, развиваемый дисковым тормозом; [Mто] – тормозной момент, допускаемый по сцеплению. Для оси колесной пары

[M то ] = qо ψ к k c Rк ,

(3.37)

где qо – осевая нагрузка; ψк – коэффициент сцепления; kс – коэффициент использования запаса по сцеплению. Фактический тормозной момент M то = n н

ρн

∫ p(ρ)ρ φ(ρ) dF .

ρв

31

(3.38)

Условие равномерного износа может быть выражено зависимостью kRк , vρφ(ρ)

p (ρ ) =

(3.39)

а)

где v – скорость движения транспортного средства. Проверку на юз производят при расчетной скорости движения, т. е. v = const, которая зависит от материала накладок. Уравнение (3.38) с учетом выражения (3.39) после интегрирования будет иметь вид M то = n н kRк Fн v −1 .

лодок – с н а р у ж н ы м и в н у т р е н н и м р а с п о л о ж е н и е м . Схемы основных типов барабанных тормозных механизмов приведены на рисунке 3.6.

K1

(3.40)

[k ] = vqо ψ к k c . n н Fн

Rx 2 Ry1 P1

в)

K2

F1 R x1

R y2

R x2 Ry1

Ry 2

г)

P2

P

(3.42)

3.5 Барабанные тормозные механизмы

P

K1

F1

(3.41)

Исходя из допускаемой удельной тормозной мощности, в соответст2 вии с п. 3.3.1 определяют распределение давлений по накладке при ее равномерном износе, а по формуле (3.21) – допускаемую силу нажатия на накладку.

P

F2

K2

Rx1

Отсюда допускаемая по условию безъюзового торможения удельная тормозная мощность

б)

P2 F2

Тогда согласно уравнению (3.36) n н kFн v −1 ≤ q о ψ к k c .

P1

P

F2 F2 K1

K1

K2

F1

K2

F1 Rx1

Rx 2 R y1

Ry2

Элементами фрикционной пары барабанного тормозного механизма являются вращающийся барабан и тормозные колодки. По месту рас0 положения барабана тормозные механизмы классифицируются на осевые, колесные и центральные. У о с е в о г о тормозного механизма барабан насаживают непосредственно на ось колесной пары, у к о 2 л е с н о г о – отливают заодно с колесным центром или устанавливают на ступицах колес, у ц е н т р а л ь н о г о – размещают на валу тяговой передачи или тягового электродвигателя. По характеру воздействия барабана на вал барабанные тормозные механизмы бывают с о д н о с т о р о н н и м и д в у х с т о р о н н и м н а ж а т и е м к о л о д о к , а по месту расположения тормозных ко0

У тормозных механизмов, выполненных по схемам а и в, разжимное устройство имеет фиксированную опору и обеспечивает равное пере2 мещение тормозных колодок. Силы Р1 и Р2 не равны между собой, при2 чем Р1 < P2. Реактивная нагрузка, определяемая разностью сил Р2 и Р1, воспринимается фиксированной опорой. Эти тормозные механизмы после приработки тормозных колодок обеспечивают равенство сил К1 = К2 и F1 = F2, а значит, и одинаковый износ колодок.

32

33

Рисунок 3.6 – Схемы барабанных тормозных механизмов: а, б – с внутренним расположением колодок; в, г – с наружным расположением колодок

Тормозные механизмы, приведенные на схемах б и г, имеют раз2 жимные устройства плавающего типа, которые не имеют опор, воспри2 нимающих реакции приводных сил. Такие разжимные устройства обес2 печивают равные приводные силы Р. Приводным устройством являются гидравлические (схема б) или пневматические (схема г) цилиндры. Тормозные механизмы, выполненные по схемам а и б, имеют внут2 реннее расположение колодок, а по схемам в и г – наружное. Механиз2 мы с внутренним расположением колодок обладают следующими пре2 имуществами: – возможностью защиты от попадания на поверхность трения тор2 мозных колодок влаги и грязи, благодаря чему обеспечивается постоян2 ство коэффициента трения колодок, а значит, и более надежная работа тормозов; – сравнительно малым весом, простотой и технологичностью конст2 рукции; – более благоприятными условиями отвода тепла от поверхности тормозного барабана. Тормозные механизмы с внутренним расположением колодок имеют большее расстояние от поверхности трения до оси барабана, чем у тор2 мозных механизмов с внешним расположением колодок при тех же габаритах. Это позволяет уменьшить нажатие на колодку при том же тормозном эффекте. Барабанные тормоза нашли широкое применение в тормозных сис2 темах трамваев и троллейбусов. Они обладают практически постоянным коэффициентом трения, позволяют получить значительные тормозные силы при незначительных габаритах, имеют меньший износ тормозных колодок по сравнению с дисковым и колесно2колодочными тормозами, а также равномерный износ колодок, в результате чего тормозной эф2 фект не зависит от величины их износа. 3.6 Образование тормозной силы барабанного тормоза В барабанном тормозе касательная сила трения Fтр = Kφ кн (рису2 нок 3.7) приложена от оси вращения колеса на расстоянии, равном ра2 диусу барабана rб . Тогда M тр = Fтр rб . 34

(3.43)

Тормозная сила, создаваемая одной тормозной колодкой (накладкой), Bт =

M тр Rк

= Kφ кн

rб . Rк

(3.44)

Fтр Мтр

Рисунок 3.7 – Схема образования тормозной силы барабанного тормоза

K rб

Rк

Bт

Pк 0

Bо

Как видно из рисунков 3.4 и 3.7 и формул (3.11), (3.12), (3.43) и (3.44), образование тормозной силы в барабанном тормозе аналогично процессу ее образования в дисковом тормозе. 3.7 Расчет барабанного тормозного механизма Расчет барабанного тормозного механизма заключается в определе2 нии зависимости между силами на разжимном устройстве и тормозным моментом. Расчетная схема тормозного механизма показана на рисунке 3.8. При предварительном расчете барабанного тормоза принимается, что давле2 ние равномерно распределено по длине тормозных колодок. Под действием разжимных сил P1 и P2 колодки прижимаются к вра2 щающемуся с угловой скоростью ω тормозному барабану. При этом возникают силы трения F1 и F2, создающие на барабане тормозной мо2 мент Mтр. Для активной (противошерстной) колодки (рисунок 3.8, а) можно за2 писать: P1h1 + F1 r − K1а = 0 ,

где F1 – сила трения, создаваемая тормозной колодкой, F1 = φK1; φ – коэффициент трения колодки по барабану.

35

(3.45)

б)

P1

P2

P = M тр

F2

h2  h1 , = P2 a + ϕr  a − ϕr  P1 h2 a − ϕr  = .  P2 h1 a + ϕr

P1

а

F1 R x1

(3.49)

При фиксированных разжимных устройствах Р1 ≠ Р2, но К1 = К2. То2 гда из уравнений (3.46) и (3.47)

K2

h2

h1

K1

a 2 − φ2r 2 . 2ahφr

Rx2 Ry2

R y1

Решая совместно уравнения (3.50) и (3.48), получим

Рисунок 3.8 – Схема действия сил на тормозные колодки барабанного тормоза:

a − ϕr  , 2ϕrh1   a + ϕr  P2 = M òð . 2ϕrh2 

а – активную (противошерстную); б – пассивную (пошерстную)

P1 = M òð

Из уравнения (3.45) h1  , a − ϕr   h1  F1 = P1 . a − ϕr 

K1 = P1

(3.46)

Для пассивной (пошерстной) колодки h2  , a + ϕr   h2  F2 = P2 . a + ϕr 

(3.47)

Тормозной момент на барабане (3.48)

Из уравнения (3.48) при заданном тормозном моменте определяют силы Р1 и Р2 на разжимном устройстве. При разжимных устройствах плавающего типа Р1 = Р2 = Р и h1 = h2 = h. Тогда 36

(3.51)

При использовании в качестве разжимного устройства кулака про2 филь его рабочих поверхностей подбирают таким образом, чтобы рас2 стояние d (рисунок 3.9) между точками приложения сил P1 и P2 при его повороте не изменялось. Чтобы получить силы Md P1 и P2, к валу разжимного кулака требуется приложить момент

K 2 = P2

 h1 h2  + P2 M тр = (F1 + F2 ) r =  P1  φr . a + φr   a − φr

(3.50)

M d = (P1 + P2 )

d . 2

(3.52)

d

а)

P2

P1

Полученные зависимости позволяют оце2 нить вероятность заклинивания активных тор2 Рисунок 3.9 – Схема мозных колодок. Из формул (3.46) видно, что разжимного кулака при а → φr сила трения на активной колодке стремится к бесконечности, что приводит к заклиниванию колодки и соответственно к юзу и заносу колес. Исключить вероятность заклини2 вания активной колодки можно, правильно выбрав для используемого материала колодок, имеющего коэффициент трения φ, геометрические размеры а и r тормозного механизма.

37

3.8 Рельсовые тормозные механизмы Элементами фрикционной пары рельсового тормозного механизма являются тормозной башмак (колодка) и рельс. Рельсовые тормозные механизмы бывают с электромагнитным и пневматическим приводами. У электромагнитного рельсового тормоза в каркасе башмака распо2 ложена электрическая катушка, в которую при торможении подается электрический ток. Башмак намагничивается и в результате магнитного взаимодействия прижимается к рельсу. При использовании пневматиче2 ских рельсовых тормозов башмак прижимается к рельсу за счет энергии сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры. Схемы действия сил в рель2 совых тормозах приведены на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Схемы действия сил в рельсовых тормозах:

4 ПРИВОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ

а – электромагнитном; б – пневматическом

В пневматических рельсовых тормозах реакции приводных сил Р’ передаются на раму тележки и происходит частичная разгрузка колес2 ных пар. В результате этого ухудшается устойчивость колес против схода с рельсов и эффективность действующих совместно дисковых или колодочных тормозов. В электромагнитном рельсовом тормозе вертикальные силы от при2 вода на тележку не передаются, так как прижатие осуществляется за счет магнитного взаимодействия. Разгрузка колесных пар в этом случае отсутствует. Тормозная сила образуется непосредственно в месте контакта баш2 мака и рельса и равна силе трения между ними. Его действие не зависит от сцепления колеса с рельсом. Тормозная сила, создаваемая одним башмаком, равна силе трения между башмаком и рельсом: Bт = Fт = Kφ б , 38

где φб – коэффициент трения башмака по рельсу. Основными преимуществами рельсового тормоза является незави2 симость тормозной силы от сцепления колеса с рельсом. Кроме того, башмаки рельсового тормоза при торможении очищают рельсы, что повышает коэффициент сцепления, а значит, и эффективность других видов фрикционных тормозов, использующих сцепление колеса с рель2 сом. Вместе с тем тормозной механизм имеет и недостатки: дороговиз2 на, большие габариты и быстрый износ башмаков. Из2за малой износостойкости башмаков этот тормоз используют только для экстренного торможения совместно с другими видами меха2 нических тормозов, что позволяет значительно уменьшить тормозные пути и тем самым повысить безопасность движения вагонов. В электромагнитном рельсовом тормозе колодки, роль которых вы2 полняют полюсные башмаки электромагнита, изготавливают из магни2 топроводного материала – стали или чугуна. Коэффициент трения этих материалов по рельсам невелик, что требует для создания эффективного тормоза больших сил нажатия. В пневматических рельсовых тормозах возможно применение композиционных материалов с более высоким коэффициентом трения.

(3.53)

4.1 Общие сведения Тормозным приводом называется устройство для создания управ2 ляемой силы, необходимой для приведения в действие тормозных меха2 низмов. Тормозные механизмы приводятся в действие следующими при2 водами: – пневматическими с использованием энергии сжатого воздуха; – гидравлическими с использованием давления жидкости; – пневмогидравлическими; – электромагнитными; – пружинными с использованием потенциальной энергии пружин; – с пружинными энергоаккумуляторами; – мускульными с использованием мускульной силы водителя. В первых шести приводах энергия водителя используется только на регулирование процесса торможения, а необходимая величина силы на выходе создается за счет источника энергии большой мощности. В мус2 39

− Fmin F σ = max , Fmax

(4.1)

где Fmax, Fmin – значения максимальных и минимальных усилий, прило2 женных к органу управления привода, при которых ве2 личина силы на рабочем органе его преобразователя со2 храняется неизменной. Б ы с т р о д е й с т в и е ( в р е м я с р а б а т ы в а н и я ) привода оценивается временем подготовки и отпуска. Время подготовки – это время от начала движения органа управле2 ния на включение привода до момента достижения расчетной величины тормозной силы. Время отпуска – это время от начала движения органа управления на выключение привода до уменьшения тормозной силы до нуля. Время подготовки для разных приводов изменяется в пределах от 0,01 с для электрических приводов до 0,2 с для пневматических. За время подготовки тормозов происходит нарастание тормозной си2 лы и подвижной состав успевает пройти некоторый путь. Чем меньше время подготовки, тем короче тормозной путь, и наоборот. Время отпуска также должно быть меньше, так как при юзе для вос2 становления сцепления необходимо быстро сбросить тормозную силу. Время подготовки пневматического привода состоит из времени: на включение привода (перемещение педали или поворот ручки крана ма2 шиниста); наполнение тормозных цилиндров (камер) сжатым воздухом; перемещение элементов тормозной рычажной передачи. В сумме со2 ставляет 0,50–0,75 с. Путь, проходимый за это время при скорости нача2 ла торможения 8,33 м/с, составляет от нормируемого тормозного пути 32–48 % для безрельсового и 21 % – для рельсового (трамвайного) под2 вижного состава. 40

Н а д е ж н о с т ь привода оценивается вероятностью отказов в его работе при неисправности или отказе органа управления, неисправности или отказе исполнительного органа (преобразователя) либо элементов передаточного механизма, связывающих рабочий орган преобразовате2 ля с тормозными механизмами. 4.2 Пневматический тормозной привод Пневматический тормозной привод получил наибольшее распро2 странение на подвижном составе городского электрического транспор2 та. Он отличается эффективностью действия, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Источником энергии пневматического привода является сжатый воздух, вырабатываемый компрессором. Энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую в тормозных цилиндрах или тормозных камерах. Схемы преобразователей пневмати2 ческих тормозных приводов приведены на рисунке 4.1.

D d

кульном приводе вся энергия для создания необходимой силы на выхо2 де создается водителем. В преобразователях, являющихся исполнительными органами тор2 мозного привода, энергия соответствующего приводу вида преобразует2 ся в механическую. Тормозные приводы оцениваются следующими характеристиками: точностью следящего действия, быстродействием и надежностью. Т о ч н о с т ь с л е д я щ е г о д е й с т в и я определяется величи2 ной коэффициента нечувствительности

Рисунок 4.1 – Преобразователи пневматического привода: а – тормозной цилиндр; б – тормозная камера; 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – отпускная пружина; 5 – манжета; 6 – гибкая диафрагма; 7 – металлическая шайба

Пневматический привод бывает индивидуальным и групповым. При индивидуальном приводе каждый тормозной механизм приходит в дей2 ствие от собственного тормозного цилиндра (камеры), а при группо2 вом – один тормозной цилиндр воздействует через рычажную передачу на несколько тормозных механизмов. В тормозном цилиндре органом, воспринимающим давление сжато2 го воздуха, является поршень, уплотненный в цилиндре резиновой ман2 жетой, а в тормозной камере – резиновая диафрагма, зажатая жестко по 41

внешнему контуру между корпусом и крышкой и по внутреннему кон2 туру между металлическими шайбами. Усилие, развиваемое на штоке поршня тормозного цилиндра, Pш = p ц

πDц2 4

η тц ,

(4.2)

где pц – давление воздуха в тормозном цилиндре; Dц – диаметр тормозного цилиндра; ηтц – коэффициент полезного действия тормозного цилиндра с уче2 том трения поршня и потерь на преодоление сил сжатия отпу2 скной пружины. Усилие на штоке практически не зависит от величины хода поршня. Это позволяет регулировать работу тормозного цилиндра изменением величины хода поршня. У тормозной камеры с гибкой диафрагмой при постоянном давлении воздуха усилие на штоке с изменением прогиба диафрагмы изменяется по более сложному закону. Это объясняется тем, что при увеличении перемещения диафрагмы часть усилия, развиваемого на ней, восприни2 мается элементами крепления (заделки) по наружному контуру. Усилие на штоке тормозной камеры зависит от соотношения внешнего и внут2 реннего диаметров диафрагмы, хода штока и давления сжатого воздуха. Радиус металлической шайбы не должен превышать 0,9 наружного диаметра диафрагмы, а рабочий ход диафрагмы по условиям прочности не должен превышать половины ее максимального прогиба. Усилие, развиваемое на штоке тормозной камеры, Pш = p ц Fэ − Pпр ,

(4.3)

где Fэ – эффективная (активная) площадь диафрагмы; Pпр – сила сжатия отпускной пружины. Эффективной площадью называют условную площадь, равную част2 ному от деления усилия, развиваемого диафрагмой, на величину давле2 ния (без учета отпускных пружин). Ликтаном (Франция) предложена следующая формула для расчета гибких диафрагм: Fэ =

 πD 2  x (1 − α ) 4 + 7α + 4α 2 1+ α + α2 − 2 12  − x2 5 x max 

(

42

)

 ,  

(4.4)

где D – диаметр внешнего зажима диафрагмы; α – соотношение диаметров внутреннего и внешнего зажимов диа2 фрагмы, α = d D; d – диаметр внутреннего зажима диафрагмы (металлической шайбы); x – перемещение диафрагмы (жесткого центра) от плоскости заделки; xmax – максимальный прогиб диафрагмы. Формулу (4.4) используют при расчетах, когда перемещение диа2 фрагмы x достаточно большое. Однако формула не учитывает физиче2 ских свойств материала диафрагмы, и для практического применения необходимо знать максимальный прогиб xmax. Если перемещение x близко к нулю, то можно воспользоваться фор2 мулой π 2 Fэ = D + dD + d 2 . (4.5) 12

(

)

Тормозные камеры по виду соединения корпуса и крышки бывают фланцевыми (фланцы корпуса и крышки соединены с помощью болтов) и бесфланцевыми (фланцы корпуса и крышки, выполненные в виде небольшого конуса, соединены кольцевым конусным хомутом). Камеры бесфланцевой конструкции имеют меньший наружный диаметр, требу2 ют меньшего расхода материалов (металла и резины), более техноло2 гичны при сборке.. По сравнению с тормозными цилиндрами тормозные камеры имеют меньший расход воздуха благодаря специфической форме корпуса, ма2 лую начальную нечувствительность и более надежную герметизацию соединения. У них отсутствуют трущиеся детали, благодаря чему они имеют более высокий коэффициент полезного действия. К недостаткам камер относятся нестабильность рабочих характеристик (зависимость усилия на штоке от прогиба диафрагмы и изменения модуля упругости резиновой диафрагмы из2за старения) и меньшая работоспособность из2 за частого выхода из строя резиновой диафрагмы. Основное преимущество пневматического привода заключается в использовании в качестве рабочего тела сжатого воздуха. Воздух берет2 ся из окружающей среды и практически всегда имеется в распоряжении. Утечки из тормозной системы не приводят к ухудшению экологии, не требуется заботиться о рециркуляции – отработавший воздух выпуска2 ется в атмосферу. 43

4.3 Гидравлический тормозной привод В гидравлическом приводе в качестве рабочего тела используется жидкость, которая под давлением подается в тормозные цилиндры, приводящие в действие тормозные механизмы. Привод обладает высо2 ким КПД, малым временем срабатывания и небольшой массой. Однако он имеет небольшое передаточное число и сложен в эксплуатации. На подвижном составе городского электрического транспорта в странах СНГ не применяется. 4.4 Пневмогидравлический тормозной привод Комбинированный пневмогидравлический привод нашел примене2 ние на подвижном составе повышенной вместимости (сочлененные троллейбусы). Наряду с малыми затратами энергии водителя на управ2 ление тормозами, что характерно для пневматического привода, он об2 ладает всеми преимуществами гидравлического привода. Применение пневматического привода для троллейбусов, имеющих большую длину, приводит к запаздыванию торможения задними колесами. Пневмогид2 равлический привод обеспечивает быстрое срабатывание наиболее уда2 ленных колес благодаря несжимаемости жидкости. Схема действия пневмогидравлического тормозного привода приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Схема действия тормозного привода сочленен2 ного троллейбуса: 1 – тормозная педаль; 2 – резерву2 ар; 3 – тормозной кран; 4 – пнев2 могидравлический усилитель; 5 – поршень пневматического ци2 линдра; 6 – поршень гидравличе2 ского цилиндра; 7 – гидравличе2 ский цилиндр; 8 – трубопровод; 9 – тормозной цилиндр

проводу поступает в цилиндр 4 пневмогидравлического усилителя. В нем энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию давления жидко2 сти. Давление жидкости при этом увеличивается прямо пропорциональ2 но давлению воздуха за счет разности площадей поршней 5 и 6. Из гид2 роцилиндра 7 жидкость по трубопроводу 8 попадает в тормозные ци2 линдры 9. В результате колодки прижимаются к барабану, и происходит торможение. Тормозной момент, возникающий на барабане, прямо про2 порционален силе нажатия на тормозную педаль. К недостаткам пневмогидравлического привода следует отнести по2 нижение КПД при низких температурах и усложнение технического обслуживания, связанное с проверкой количества тормозной жидкости и удалением воздуха из гидравлической части привода. 4.5 Электромагнитный тормозной привод Этот привод применяется как на рельсовом, так и безрельсовом под2 вижном составе. В нем механическое усилие для приведения в действие тормозного механизма создается энергией магнитного поля. Принцип работы электромагнитного тормозного привода заключает2 ся в следующем. Нажатием тормозной педали осуществляется воздейст2 вие на тормозной контроллер, соединенный с регулировочными рези2 сторами. Таким образом, водитель управляет величиной тока в цепи обмотки электромагнита. В результате якорь притягивается с опреде2 ленной силой к ярму, которое воздействует на рычаги, разжимающие тормозные колодки барабанного тормоза. При отпуске колодки возвра2 щаются в исходное положение пружинами при прекращении подачи тока в обмотку электромагнита. Электромагнитные приводы обеспечивают высокую эффективность и быстродействие тормозов, надежны в эксплуатации и требуют мень2 ших эксплуатационных расходов. Однако их конструкция сложнее кон2 струкции пневматических тормозов и требуют высокой точности изго2 товления. 4.6 Пружинный тормозной привод

При торможении водитель нажимает на тормозную педаль 1. При этом сжатый воздух из резервуара 2 через тормозной кран 3 по воздухо2

На некоторых трамвайных вагонах используются пружинные тор2 мозные приводы с электромагнитным или пневматическим оттормажи2 ванием (рисунок 4.3).

44

45

Пружинный привод с электромагнитным оттормаживанием (рисунок 4.3, а) состоит из рабочей пружины 1, электромагнитной катушки 3, трехплечего рычага 2. При торможении катушка 3 обесточена. Пружина 1 действует на плечо рычага 2 и поворачивает его вокруг шарнира О. Да2 лее усилие через систему тяг передается на рычаг разжимного кулака тормозного механизма. При отпуске тормоза в электромагнитную ка2 тушку 3 подается ток. Катушка создает усилие на другом плече рычага 2, заставляя повернуться его в обратном направлении. Происходит оттор2 маживание.

один шток, связанный с разжимным устройством тормозного механиз2 ма. Схема пневматического привода с пружинным энергоаккумулято2 ром приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Схема привода с пружинным энергоаккумулятором:

Рисунок 4.3 – Схемы пружинных тормозных приводов: а – с электромагнитным оттормаживанием; б – с пневматическим оттормаживанием

1 – пружина тормозной камеры; 2 – диафрагма тормозной камеры; 3 – диск; 4, 13 – штоки; 5 – диафрагма энергоаккумулятора; 6 – корпус энергоаккуму2 лятора; 7 – пружина стопора; 8 – шарики; 9 – втулка фиксирующая; 10 – пружина энергоаккумулятора; 11 – гайка специальная; 12 – толкатель

Этот привод представляет собой комбинированный прибор, состоя2 щий из пневматической тормозной камеры и пружинного энергоакку2 мулятора. Обе части располагаются последовательно и действуют на

При выключенном стояночном тормозе сжатый воздух постоянно подведен к полости А пружинного энергоаккумулятора. Диафрагма 5 находится в крайнем левом положении. Силовая пружина 10 полностью сжата. При торможении рабочей тормозной системой сжатый воздух от тормозного крана подается в полость перед диафрагмой 2, которая, про2 гибаясь, через опорный диск 3 сжимает пружину 1 и перемещает шток 13, воздействующий на тормозной механизм. При включении стояночной или тормозной системы сжатый воздух выпускается из полости А в атмосферу с помощью ручного крана. Диа2 фрагма 5 под действием пружины 10 возвращается в правое положение. Шток 4 через диафрагму 2 перемещает шток 13. Происходит заторма2 живание троллейбуса. При необходимости аварийного растормаживания толкателем 12 пе2 ремещают фиксирующую втулку 9, которая освобождает шток 4 от сто2

46

47

Привод с пневматическим оттормаживанием (рисунок 4.3, б) состоит из тормозного цилиндра 4 с рабочей пружиной 5. При торможении пру2 жина 5 через шток 6 воздействует на разжимное устройство тормозного механизма. При отпуске тормоза в тормозной цилиндр 4 подается сжа2 тый воздух, который перемещает поршень 7 в обратном направлении, через шток 6 возвращая разжимное устройство в состояние отпуска. 4.7 Тормозной привод с пружинным энергоаккумулятором

пора. Под действием пружины 1 штоки 13 и 4 перемещаются влево. Происходит растормаживание системы.

разжимные кулачки тормозных механизмов. Приводной механизм снабжен храповым и оттормаживающим устройствами. Последнее при отпуске приводится в действие с помощью педали.

4.8 Мускульный тормозной привод Мускульные приводы бывают ручными и ножными. Привод непри2 годен для быстрого затормаживания движущегося транспортного сред2 ства, так как в этом случае усилия водителя недостаточно. Поэтому мускульные приводы используются только для стояночного тормоза. Приводной механизм ручного тормозного привода бывает редуктор2 ного типа (колонка ручного тормоза) и рычажного. На рисунке 4.5 при2 ведена схема редукторного приводного механизма.

5 ТОРМОЗНЫЕ ПЕРЕДАЧИ 5.1 Общие сведения Тормозные передачи предназначены для передачи усилия от тормоз2 ного привода тормозным механизмам. Они представляют собой меха2 ническую (рычажную), гидравлическую, электрическую или другую систему. На подвижном составе городского электрического транспорта применяются механические рычажные передачи. Они представляют собой систему тяг и рычагов, передающих на фрикционные узлы тор2 мозное усилие от преобразователя энергии (тормозного цилиндра, тор2 мозной камеры и др.). С помощью рычажной передачи усилие равно2 мерно распределяется на колодки (накладки) тормозных механизмов. 5.2 Характеристики тормозных передач

Рисунок 4.5 – Схема редукторного привода стояночного тормоза: 1 – маховик; 2 – редуктор; 3 – звездочка; 4 – зубчатая цепь; 5 – рычаги тор2 мозной передачи; 6 – затяжка рычагов; 7 – тормозной цилиндр; 8 – отторма2 живающая пружина

Тормозные передачи характеризуются силовым передаточным от2 ношением, кинематическим передаточным числом и коэффициентом полезного действия. Силовым передаточным отношением называется отношение сум2 мы ∑ K i сил нажатия тормозных колодок (накладок), действующих от одного преобразователя энергии, к усилию Pш, развиваемому на его штоке: ∑ Ki . iñï = (5.1) Pø

Колонка ручного тормоза состоит из маховика 1, двухступенчатого редуктора 2 с цилиндрическими зубчатыми колесами и звездочкой 3. При вращении маховика зубчатая цепь 4 наматывается на звездочку 3, перемещая рычаги 5 служебного тормоза с пневматическим приводом от тормозного цилиндра 7. Усилие передается тормозным механизмам. Отпуск тормоза происходит с помощью возвратной пружины 8 при вращении маховика 1 в обратном направлении. В рычажном приводном механизме при затормаживании совершают возвратно2поступательные качания приводного рычага. При этом натя2 гивается трос и далее усилие через систему рычагов и тяг передается на

Кинематическим передаточным числом называется отношение хода h рабочего органа преобразователя (например, штока тормозного цилиндра.) к перемещению выходного звена рычажной передачи lп при выборке зазора между тормозными колодками (накладками) и вращаю2 щимися элементами тормозных механизмов:

48

49

iкп =

h . lп

(5.2)

Если рабочий орган преобразователя тормозного привода имеет уг2 ловое перемещение α, то r (5.3) iкп = α , lп

лия, его фиксацию и такой же отпуск. Схема тормозного крана следя2 щего действия приведена на рисунке 6.1.

где r – расстояние от точки приложения силы до оси вращения рукоятки ручного или передачи ножного привода тормоза. Коэффициентом полезного действия тормозной рычажной пере2 дачи называется отношение суммы фактических сил на выходе пере2 дачи к расчетной сумме таких сил (без учета потерь на трение в шар2 нирах рычагов). 6 ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ТОРМОЗАМИ Для управления пневматическими тормозами подвижного состава городского электрического транспорта используются тормозные краны (водителя, машиниста). Тормозные краны классифицируются следую2 щим образом: – п о п р и н ц и п у д е й с т в и я – на прямодействующие и не2 прямодействующие; – к о н с т р у к ц и и – клапанно2диафрагменного и золотникового типов; – с п о с о б у у п р а в л е н и я – с ручным управлением и с ножным педальным приводом.

Рисунок 6.1 – Схема тормозного крана троллейбуса

На троллейбусах применяются тормозные краны клапанно0диа0 фрагменного типа. Они обладают следующими о с о б е н н о с т я м и : – величина тормозного усилия прямо пропорциональна силе нажатия на тормозную педаль (углу поворота тормозной педали); – при неизменном положении тормозной педали тормозное усилие не изменяется. Краны, у которых каждому положению тормозной педали соответст2 вует определенное давление сжатого воздуха в тормозном цилиндре, называются кранами следящего действия. В силу своих особенностей кран обеспечивает плавное бесступенчатое нарастание тормозного уси2

При отпущенной педали 1 выпускной клапан 11 находится в откры2 том состоянии, а впускной клапан 14 – в закрытом. Тормозные цилинд2 ры сообщены с атмосферой. Выпускной клапан размещен в правой ко2 робке 10, а впускной – в левой коробке 16. Обе коробки прикреплены к корпусу 18 крана. При нажатии на тормозную педаль 1 нажимной рычаг 2, шарнирно соединенный с опорой 4, поворачивается. Правый конец рычага воздей2 ствует на шток 3, который сжимает пружину 5 и через нее передает уси2 лие на диафрагму 7. Диафрагма прогибается вниз, и ее выступающая часть 12 нажимает на пластину 13. Пружина 8 сжимается и закрывает выпускной клапан 11, разобщая полость тормозного крана с атмосфе2 рой. Затем пластина 13 сжимает пружину 15 и открывает впускной кла2 пан 14. Полость тормозного крана сообщается с магистральными резер2 вуарами. Сжатый воздух поступает в полость тормозного крана и через отверстия 9 и 17 в тормозные цилиндры передних и задних колес. Диафрагма 7 под действием на нее давления воздуха снизу прогиба2 ется вверх, сжимая пружину 5. Диафрагма перемещается вверх до тех пор, пока не закроется впускной клапан 14, после чего давление воздуха в полости крана и в тормозных цилиндрах перестает расти. Выпускной клапан при этом открыться не может. Для увеличения тормозной силы

50

51

6.1 Тормозные краны троллейбусов

необходимо с большей силой нажать на педаль. Это вызовет дополни2 тельный поворот рычага 2 и повысит нажатие на пружину 5. Диафрагма опять прогнется и откроет впускной клапан. Таким образом, давление воздуха в тормозных цилиндрах зависит от силы нажатия на педаль, то есть от положения педали. Для ослабления тормозного усилия уменьшают нажатие на тормоз2 ную педаль. Усилие, передаваемое на диафрагму 7, ослабевает, и под действием на нее снизу давления воздуха диафрагма прогибается вверх. При этом открывается выпускной клапан 11, и часть сжатого воздуха из тормозных цилиндров выходит в атмосферу. В результате уменьшения давления воздуха диафрагма опускается вниз и выпускной клапан за2 крывается. Для полного отпуска тормозную педаль возвращают в исходное по2 ложение. Воздух из тормозных цилиндров при этом полностью выходит в атмосферу. Кран является прямодействующим. Если при неизменном положе2 нии тормозной педали давление воздуха в тормозных цилиндрах из2за утечек будет понижаться, это вызовет перемещение диафрагмы 7 вниз, открытие впускного клапана 14 и восполнение всех утечек. Благодаря этому обеспечивается неистощимость тормоза. На троллейбусах устанавливаются сдвоенные или двухсекционные тормозные краны. Они обеспечивают раздельное питание сжатым воз2 духом тормозных цилиндров передних и задних колес. Краны регули2 руют таким образом, чтобы при торможении вначале воздух поступал в задние тормозные цилиндры, а затем в передние, а при отпуске выход воздуха в атмосферу сначала происходил из передних, а затем из задних цилиндров. Такой порядок впуска и выпуска воздуха предотвращает явление заноса при торможении и отпуске. В тормозных системах троллейбусов, оснащенных тормозными ка2 мерами с пружинными энергоаккумуляторами, для приведения в дейст2 вие стояночного и запасного тормозов применяют тормозной кран об2 ратного действия с ручным управлением. Для затормаживания стояноч2 ным тормозом необходимо повернуть ручку крана по часовой стрелке до отказа. В крайнем положении ручка фиксируется стопорной защел2 кой, встроенной в ручку. При использовании этого тормоза в качестве запасного величина тормозной силы, приходящейся на колеса, зависит от угла поворота ручки крана. Для оттормаживания стояночного тормо2 за необходимо оттянуть ручку и повернуть ее против часовой стрелке до отказа. При этом сжатый воздух будет поступать из воздушного резер2 52

вуара в полости энергоаккумуляторов. Пружины сжимаются, тормоз отпускается. 6.2 Тормозные краны трамваев Тормозной кран водителя трамвайных вагонов является прямодей0 ствующим краном золотникового типа с ручным управлением. Он состоит из корпуса, крышки, шпинделя, золотника. Корпус имеет зерка2 ло золотника. Шпиндель вставляется в шлиц золотника, а на четырех2 гранник шпинделя надевается ручка управления краном. При повороте ручки поворачивается соответственно и шпиндель с золотником, имеющим внутренние каналы и выточки. Таким образом, в зависимости от расположения золотника относительно зеркала золотни2 ка получают различные положения, которые фиксируются при помощи кулачка, размещенного в ручке и градационного сектора на крышке. На вагоне РВЗ07 кран имеет т р и п о л о ж е н и я : – перекрыша – все каналы на зеркале перекрыты; напорная магист2 раль, тормозные цилиндры и атмосфера разобщены между собой; – торможение – тормозной цилиндр сообщен с атмосферой; вагон за2 торможен пневмопружинным тормозом; – отпуск тормоза – напорная магистраль сообщена с тормозным ци2 линдром. На вагоне РВЗ06 кран имеет с е м ь п о л о ж е н и й : – перекрыша; – торможение служебное; – полное торможение; – экстренное торможение; – экстренное торможение с опусканием подвагонной сетки; – отпуск служебный; – отпуск полный. На трамвайных вагонах в зависимости от серии могут использовать2 ся тормозные краны с другим количеством положений. 6.3 Краны машиниста поездов метрополитена Для управления пневматическими автоматическими тормозами по2 езда применяется непрямодействующий кран № 334 золотниково0 поршневого типа. Он имеет п я т ь ф и к с и р о в а н н ы х п о л о 2 53

ж е н и й : I – отпуск и зарядка, II – поездное, III – перекрыша, IV – слу2 жебное торможение, V – экстренное торможение. В настоящее время для электропоездов метрополитена выпускается кран машиниста № 013. По п р и н ц и п у д е й с т в и я он является прямодействующим, а по к о н с т р у к ц и и – клапанно)диафрагмен) ным. Этот кран имеет 7 ф и к с и р о в а н н ы х п о л о ж е н и й со сле2 дующими давлениями в тормозной магистрали (ТМ): – I – сверхзарядка (давление в ТМ не менее 0,60 МПа); – II – поездное (зарядное давление в ТМ 0,51 МПа); – III – тормозное (давление в ТМ 0,43 МПа); – IV – тормозное (давление в ТМ 0,40 МПа); – V – тормозное (давление в ТМ 0,37 МПа); – VI – полное служебное торможение (давление в ТМ 0,30 МПа); – VII – экстренное торможение (давление в ТМ снижается до нуля темпом 0,8–1,0 МПа/с). Перекрыши у крана машиниста № 013 являются автоматическими, т. е. устанавливаются самостоятельно при достижении указанных давлений. 7 ПОДГОТОВКА СЖАТОГО ВОЗДУХА В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 7.1 Состояние и качество сжатого воздуха В пневматических системах подвижного состава городского элек2 трического транспорта в качестве рабочего тела (энергоносителя) ис2 пользуется сжатый атмосферный воздух, имеющий водяные пары. По2 падание влаги в тормозную систему приводит к коррозии стальных труб и деталей, вымыванию смазки в приборах. Продукты коррозии засоря2 ют каналы и дроссельные отверстия в тормозных приборах, нарушают плотность клапанов. Особенно опасно попадание влаги в систему в зимнее время при низких температурах. В трубопроводах и каналах образуются ледяные пробки, резиновые манжеты и диафрагмы тормоз2 ных приборов теряют эластичность. Ухудшаются условия работы пнев2 матических аппаратов и приборов вплоть до полной потери работоспо2 собности тормоза. Состояние влажного воздуха характеризуется следующими основ2 ными г и г р о м е т р и ч е с к и м и п а р а м е т р а м и : абсолютной, максимальной и относительной влажностью; влагосодержанием; дефи2 цитом влажности; точкой росы и давлением. 54

Абсолютная влажность воздуха определяется количеством водя2 ных паров, находящихся в 1 м3 воздуха при данной температуре. Из2 меряется в г/м3. Максимальная влажность воздуха показывает, какое количество во2 дяных паров, приходящихся на 1 м3 воздуха, способно насытить его при данной температуре. Измеряется в г/м3. Относительная влажность воздуха определяется отношением ко2 личества водяных паров, находящихся в воздухе, к количеству паров, насыщающих воздух при данной температуре, т. е. отношением абсо2 лютной влажности к максимальной. Измеряется в процентах. Влагосодержание – отношение массы водяных паров во влажном воздухе к массе сухого воздуха в нем. Измеряется в г/кг. Дефицитом влажности называется разность между максимальной и абсолютной влажностью. От него зависит интенсивность испарения и высушивающее действие воздуха. Точкой росы называется температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары достигают состояния насыщения. При охлажде2 нии воздуха и неизменном количестве водяных паров в нем воздух ста2 новится более насыщенным, т. е. повышается его относительная влаж2 ность. В точке росы воздух становится максимально насыщенным и его относительная влажность равна 100 %. При дальнейшем охлаждении происходит конденсация водяных паров. Давление различают абсолютное, избыточное и атмосферное. Состояние воздуха определяется уравнением термодинамики pV = GRT ,

(7.1)

где p – давление (абсолютное); V – объем воздуха; G – масса воздуха; R – газовая постоянная; T – температура. При изменении давления воздуха в пневматической системе под2 вижного состава изменяется не только объем, но и температура воздуха. При одном и том же влагосодержании относительная влажность воздуха будет повышаться с уменьшением температуры при постоянном давле2 нии или при повышении давления и постоянной температуре. При сжатии воздуха в компрессоре его влагосодержание не изменя2 ется. Температура воздуха растет, и поэтому, несмотря на повышение 55

давления, относительная влажность воздуха уменьшается. Далее при охлаждении сжатого воздуха в резервуарах и трубопроводах его отно2 сительная влажность возрастает и при достижении значения 100 % из2 быточная влага конденсируется и выпадает в виде капель. При этом влагосодержание уменьшается. Выпавшая в резервуарах влага периоди2 чески удаляется продувкой. Частично она поступает в тормозную сис2 тему. Охлаждение воздуха и конденсация влаги продолжаются в маги2 страли и тормозных приборах. Чтобы меньшее количество водяных паров попадало в тормозную систему, необходимо создать условия, при которых влаги больше выпадало бы в главных резервуарах, и произво2 дить очистку воздуха в специальных устройствах. Считается, что если тормозной воздух содержит водяных паров бо2 лее 85 % того количества, которое значится в таблицах насыщенных паров для данной наружной температуры, то такой воздух является не2 доброкачественным и опасным для нормальной эксплуатации тормозов. В пневматической системе транспортного средства можно различить три состояния воздуха: – атмосферный, засасываемый компрессором; – охлажденный – в напорной магистрали и главном резервуаре после нагрева при сжатии; – редуцированный – в тормозной системе.

Для уменьшения влажности (относительной или влагосодержания) воздуха, используемого в тормозной системе, применяются различные способы. Осаждение конденсата в главных резервуарах (ресиверах). Для выпадения как можно большего количества влаги в главном резервуаре необходимо, чтобы перепад температур между главным резервуаром и окружающим воздухом был как можно меньше. С этой целью главный резервуар размещают в хорошо обдуваемых местах, подальше от источ2 ников тепла, удлиняют трубопровод от компрессора к главному резер2 вуару за счет выполнения его в виде змеевика, увеличивают охлаждаю2 щую поверхность за счет ребер, используют не один, а несколько резер2 вуаров, соединенных последовательно. Этот способ позволяет умень2 шить влагосодержание воздуха. На выходе из резервуаров относитель2 ная влажность обычно достигает 100 %.

Редуцирование с понижением давления является лучшим спосо2 бом снижения относительной влажности воздуха. В напорной магистра2 ли давление воздуха поддерживается более высокое, чем в тормозной. Степень влажности воздуха в тормозной магистрали зависит от разно2 сти давлений по обе стороны редуктора. Со стороны высокого давления воздух будет предельно насыщенным. При редуцировании его удельный объем увеличивается. Насыщенный пар при этом переходит в перегре2 тый. Чем больше перепад давлений, тем суше воздух в магистрали. При равной температуре в напорной и тормозной магистралях отно2 сительная влажность воздуха после редуцирования прямо пропорцио2 нальна отношению абсолютного значения давления в тормозной маги2 страли к давлению в напорной. Разность температур воздуха в напорной и тормозной магистралях также влияет на степень влажности. Чем больше перепад температуры, тем больше остается в воздухе водяного пара. Поэтому при длительной работе компрессора, вызванной утечками воздуха из магистрали, он нагревается и в главный резервуар подается горячий воздух, который не успевает охладиться и отдать конденсат. Большое количество паров при этом попадает в тормозную систему. В тормозной магистрали поездов давление воздуха в магистрали уменьшается от головы поезда к хвосту. Исходя из вышеизложенного, следует, что чем дальше от крана машиниста, тем воздух суше. Абсорбция – свойство некоторых жидких веществ (абсорбентов) химически взаимодействовать с водой. Адсорбция – свойство некоторых пористых веществ (адсорбентов) поглощать своей поверхностью водяной пар. Использованный адсор2 бент регенерируется. После сушки нагревом или продувкой сухим газом способность адсорбента поглощать влагу восстанавливается. Кроме водяных паров во всасываемом воздухе могут находиться также твердые частицы в виде пыли. Воздух, поступающий в тормоз2 ную систему, должен быть очищен от этих примесей. Известны сле2 дующие способы очистки сжатого воздуха от загрязнений: гравитаци2 онный, инерционный и фильтрацией. Принцип гравитационной очистки основан на осаживании частиц загрязнений под действием сил тяжести при накоплении воздуха в ре2 зервуарах. При инерционной очистке осаживание частиц загрязнений осуще2 ствляется за счет сил инерции в специальных центробежных, аэродина2

56

57

7.2 Способы осушки и очистки воздуха

мических устройствах и с ударом воздуха о перегородку при изменении направления его движения. Фильтрация получила наибольшее распространение для очистки воздуха. Она осуществляется путем движения воздуха через пористый материал, задерживающий частицы пыли.

7.4 Маслоотделители и противозамерзатели

Отработанный в приводах 8 воздух поступает в резервуар 9 низкого давления, из которых по трубопроводу 10 забирается компрессором. Через фильтр 1 из атмосферы засасывается лишь часть воздуха, необхо2 димая для возмещения утечек в системе и расхода воздуха приводами 6, работающими на выброс в атмосферу. Выделение конденсата в таких системах намного меньше, чем в разомкнутых. Однако эти системы имеют более сложную конструкцию.

При работе компрессора в сжатый воздух попадает масло, которое оказывает отрицательное воздействие на состояние уплотняющих мате2 риалов. В зимнее время с целью предупреждения замерзания влаги в трубопроводах в сжатый воздух вводят антифриз (спиртоглицериновую смесь, состоящую из равных количеств этилового спирта и глицерина). При его смешивании с конденсатом получается незамерзающая смесь, препятствующая обледенению клапанов, воздухопроводов и т. п. Для этих целей применяют специальные приборы – влагомаслоотде2 лители и противозамерзатели. Влагомаслоотделители бывают термо2 динамическими и центробежными. В т е р м о д и н а м и ч е с к о м влагомаслоотделителе влага и пары масла отделяются путем охлажде2 ния горячего после компрессора сжатого воздуха в специальном радиа2 торе, а в ц е н т р о б е ж н о м – в винтовых дефлекторах. В троллейбу2 сах применяются влагомаслоотделители смешанного типа с автомати2 ческим клапаном слива кон2 денсата. Схема противозамерза0 теля приведена на рисунке 7.2. Основными элементами его конструкции являются корпус 1, обратный клапан 2, стакан 3 и дросселирующее устройство 4. Спиртоглицериновую смесь заправляют в стакан 3 через заливное отверстие с проб2 кой, оснащенной указателем уровня. Сжатый воздух про2 ходит по каналу в корпусе 1. В этот канал через дроссели2 рующее устройство 4 и об2 ратный клапан 2 засасывает2 Рисунок 7.2 – Схема противозамерзателя ся антифриз. Интенсивность парообразования спиртоглицериновой смеси регулируется дросселем в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха. Антифриз вводится в тормозную систему только при работающем компрессоре.

58

59

7.3 Замкнутые пневматические системы С целью обеспечения хорошего качества воздуха получают распро2 странение пневматические системы с замкнутой циркуляцией воздуха. Схема такой системы приведена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Схема замкнутой пневматической системы: 1 – воздушный фильтр; 2 – компрессор; 3 – обратный клапан; 4 – главный резервуар; 5 – предохранительный клапан; 6 – пнев2 моприводы, работающие на выброс отработанного воздуха в атмосферу; 7 – спускной кран; 8 – пневмоприводы, работаю2 щие на выброс отработанного воздуха в резервуар низкого давления; 9 – резервуар низкого давления; 10 – всасывающий трубопровод

Применяемые на подвижном составе компрессоры классифицируют2 ся по следующим признакам: – п о ч и с л у с т у п е н е й с ж а т и я – одно2, двух2 и многосту2 пенчатые; – п о к о л и ч е с т в у ц и л и н д р о в – одно2, двух2 и трехцилин2 дровые; –по конструкции соединения с электродвига2 т е л е м – соединенные при помощи муфты, зубчатой передачей, ре2 менной передачей, общим валом в одном блоке (мотор2компрессоры); – п о р а с п о л о ж е н и ю ц и л и н д р о в – вертикальные, гори2 зонтальные, V2образные, W2образные, L2образные; –по конструкции рабочего органа и способу с ж а т и я в о з д у х а – поршневые, винтовые. На подвижном составе городского электрического транспорта глав2 ным образом применяют мотор2компрессоры поршневого типа низкого давления, малой производительности, простого действия. К компрессорам низкого давления относятся те, у которых конечное давление при сжатии не превышает 0,1 МПа. Компрессоры малой производительности имеют производитель2 ность до 10 м3/мин. В компрессорах простого действия сжатие воздуха происходит од2 ной стороной поршня, а в компрессорах двойного действия – двумя сторонами, т. е. за один ход поршня (в одном направлении) происходит одновременно и всасывание, и нагнетание. В одноступенчатых компрессорах сжатие воздуха до конечного давления происходит за один рабочий цикл (двойной ход поршня). В двухступенчатых процесс сжатия до конечного давления разделен со2

ответственно на две ступени. В цилиндрах первой ступени (низкого давления) происходит сжатие воздуха до промежуточного давления, затем воздух поступает в змеевик (холодильник), где происходит его охлаждение, а далее – на вторую ступень сжатия в цилиндре второй ступени (высокого давления). Принцип действия одноступенчатого порш2 невого компрессора можно рассмотреть по схе2 ме, показанной на рисунке 8.1. При вращении коленчатого вала 8 поршень 1, соединенный с коленчатым валом шатуном 9, совершает возвратно2поступательное движение в цилиндре 7. При движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение и в результате перепада давлений воздуха открывается всасы2 вающий клапан 5. Пружина 6 при этом сжима2 ется. Происходит всасывание атмосферного воздуха в цилиндр. При обратном ходе поршня всасывающий клапан закрывается, происходит Рисунок 8.1 – Схема сжатие воздуха. Когда давление воздуха в ци2 одноступенчатого линдре превысит давление воздуха в нагнета2 поршневого ком2 тельном трубопроводе 4, клапан 2, преодолевая прессора усилие пружины 3, откроется и произойдет на2 гнетание воздуха в резервуар. При повторных движениях поршня вниз из верхней мертвой точки в начальный момент закрыты и нагнетатель2 ный, и всасывающий клапаны. Происходит расширение воздуха, остав2 шегося в пространстве между поршнем и крышкой цилиндра. После снижения давления воздуха в цилиндре немного ниже атмосферного опять открывается всасывающий клапан, и процесс повторяется. В последнее время широкое распространение в различных отраслях производства, в том числе и на транспорте, получают винтовые ком2 прессоры. Их основными рабочими элементами являются два винтовых ротора. При вращении роторов с минимальными зазорами между ними происходит сжатие воздуха. Для уменьшения возможных внутренних перетеканий воздух содержит масло, которое отделяется после сжатия. Винтовые компрессоры по сравнению с поршневыми имеют боль2 ший срок службы из2за отсутствия значительных сил трения и инерции, меньшие размеры при одинаковой производительности, обладают про2 цессом сжатия, близким к изотермическому (температура на выходе

60

61

8 КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ В ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Для обеспечения тормозных систем и вспомогательных пневматиче2 ских механизмов сжатым воздухом используется компрессорная уста2 новка. В состав компрессорной установки входят: компрессор, главные резервуары, устройства для охлаждения, сушки и очистки сжатого воз2 духа, противозамерзатель, предохранительные и регулирующие прибо2 ры, трубопроводы, крановая арматура и манометры. 8.1 Классификация компрессоров

компрессора не превышает 100 °С), являются малошумными и практи2 чески исключают вибрации. 8.2 Конструкции компрессоров На подвижном составе городского электрического транспорта наи2 большее распространение получили мотор2компрессоры типа ЭК24 раз2 личных модификаций. Компрессор ЭК24 двухцилиндровый, одноступенчатый, горизон2 тальный состоит из корпуса (картера), блока цилиндров, клапанной коробки (головки цилиндров), шатунно2кривошипного механизма и двухступенчатого редуктора. В корпусе имеются окна, закрытые крыш2 ками и предназначенные для доступа к деталям и узлам компрессора. Картер сообщается с атмосферой, благодаря чему исключается возмож2 ность повышения давления в картере при утечках воздуха через ком2 прессионные кольца. Блок цилиндров имеет два цилиндра и выполняет2 ся оребренным для лучшего охлаждения. К блоку цилиндров крепится клапанная коробка, в которой располо2 жены два всасывающих и два нагнетательных клапана пластинчатого типа. Всасывающая полость клапанной коробки сообщается через воз2 душный фильтр с атмосферой, а нагнетательная через обратный клапан – с главным резервуаром. Корпус воздушного фильтра наполнен воло2 сяной набивкой, смоченной маслом. В шатунно2кривошипный механизм входят коленчатый вал, два ша2 туна и два поршня. Коленчатый вал вращается в двух радиальных одно2 рядных шариковых подшипниках. Соединение шатуна с коленчатым валом осуществляется залитой баббитом разъемной головкой, а с порш2 нем – неразъемной головкой с запрессованной в ней бронзовой втулкой с помощью поршневого пальца. На каждом поршне расположены по два компрессорных и два маслосъемных кольца. Вращающий момент от электродвигателя на коленчатый вал ком2 прессора передается через двухступенчатый редуктор с передаточным числом 3,9. Смазка компрессора осуществляется разбрызгиванием. Для этого используются разбрызгиватели, которые крепятся к одному из болтов нижней разъемной головки. При вращении коленчатого вала они соз2 дают масляный туман, который оседает на рабочей поверхности тру2 щихся деталей и смазывает их. Смазка редуктора осуществляется путем 62

окунания одного из зубчатых колес в масляную ванну. Для заливки и слива масла имеются маслоналивное и маслосливное отверстия. Уро2 вень масла контролируется жезловым щупом. Производительность компрессора регулируется регулятором давле2 ния воздуха, который при достижении максимального давления в глав2 ном резервуаре выключает электродвигатель, а при минимальном дав2 лении – включает. 8.3 Диаграмма работы и производительность компрессора В одноступенчатом компрессоре сжатие воздуха до конечного дав2 ления происходит за один оборот коленчатого вала. Теоретическая ин2 дикаторная диаграмма его работы в координатах p)v (давление – объем) приведена на рисунке 8.2. Линия 1–2 соответствует процессу всасывания воздуха. Всасывание происходит при давлении рвс в цилиндре не2 много ниже атмосферного ро. Перепад давлений возникает вследствие преодоления со2 противления фильтров и вса2 сывающего клапана. В точке 2 поршень изменя2 ет направление движения на обратное и по линии 2–3 про2 исходит сжатие воздуха. Объ2 ем уменьшается, давление Рисунок 8.2 – Теоретическая диаграм2 возрастает. При этом всасы2 ма работы поршневого компрессора вающий и нагнетательный клапаны закрыты. В точке 3, когда давление в цилиндре станет равным давлению нагнетания pн, от2 крывается нагнетательный клапан и по линии 3–4 происходит процесс нагнетания воздуха. При постоянном давлении объем воздуха уменьша2 ется. При нахождении поршня в верхней мертвой точке 4 между порш2 нем и крышкой цилиндра остается пространство, которое называется вредным. На диаграмме его объем обозначен как Vо. При движении поршня вниз по линии 4–1 происходит расширение воздуха, оставшего2 63

ся в этом пространстве. Объем увеличивается, давление падает. Всасы2 вающий клапан открывается в точке 1, когда давление воздуха в цилин2 дре станет ниже атмосферного, и цикл повторяется. Наличие вредного пространства уменьшает производительность компрессора. Чем больше давление нагнетания, тем больше влияние вредного пространства на производительность, так как всасывающий клапан открывается позже (цикл 1′–2–3′–4′–1′). Производительность компрессора (подача) определяется объемом воздуха, поданного в резервуар за единицу времени и приведенного к условиям всасывания, то есть атмосферному давлению и температуре. Измеряется в м3/мин. Различают теоретическую и действительную про2 изводительность. Т е о р е т и ч е с к а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь Qт определяет2 ся без учета потерь и равна объему, описанному поршнями низкого давления в единицу времени: Q т = FSnm ,

(8.1)

где F – площадь поршня цилиндра низкого давления, м2; S – ход поршня, м; n – число двойных ходов поршня в 1 мин (частота вращения вала), об/мин; m – число цилиндров низкого давления. Д е й с т в и т е л ь н а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь Qо меньше теоретической и определяется по формуле Q д = Q т λ = FSnmλ ,

(8.2)

где λ – коэффициент подачи компрессора. Коэффициентом подачи компрессора называется отношение по2 данного в резервуар объема воздуха, приведенного к условиям всасыва2 ния, к объему, описанному поршнями низкого давления. Этот коэффи2 циент может быть представлен в виде произведения отдельных коэф2 фициентов, учитывающих причины снижения производительности: λ = λ об λ у λ др λ т ,

(8.3)

λдр – коэффициент дросселирования во всасывающих клапанах и фильтрах в начале сжатия воздуха; λт – коэффициент подогрева всасываемого воздуха стенками ци2 линдра. О б ъ е м н ы й к о э ф ф и ц и е н т н а п о л н е н и я является од2 ним из важных параметров компрессора, характеризующим снижение производительности за один ход поршня под влиянием вредного про2 странства. Определяется по формуле λ îá =

V1 , V2

(8.4)

где V1 – объем засасываемого в цилиндр воздуха за один ход поршня; V2 – теоретический объем цилиндра (описанный поршнем за один ход). Величину этого коэффициента можно определить из уравнения по2 литропного расширения по линии 1–2 диаграммы (см. рисунок 8.2), вы2 разив объем V1 из уравнение (8.4), p нVоn2 = p вс (V2 + Vо − λ обV2 )n2 ,

(8.5)

где pн – конечное давление при сжатии; pвс – давление всасывания; n2 – средний показатель политропы для линии расширения. К о э ф ф и ц и е н т у т е ч е к в о з д у х а зависит от состояния компрессора. Для новых исправных компрессоров λу = 0,97 … 0,98. К о э ф ф и ц и е н т д р о с с е л и р о в а н и я зависит от отношения давления p1 в начале сжатия к атмосферному (барометрическому) дав2 лению pо. Ориентировочно λ др = p1 p о = 0,92 − 0,95 .

(8.6)

Коэффициент подогрева λт =

Tо , Tо + †T

(8.7)

где λоб – объемный коэффициент наполнения; λу – коэффициент утечек (через неплотности поршневых колец и клапанов);

где Tо – температура всасываемого в компрессор воздуха, К; †T – величина подогрева всасываемого воздуха до момента начала сжатия.

64

65

Наибольшее влияние на надежность работы компрессора оказывают детали цилиндро2поршневой, кривошипно2шатунной групп и клапанно2 го узла. Детали цилиндро2поршневой группы (цилиндры, кольца, поршни) одновременно подвергаются трем видам изнашивания: молекулярно2 механическому, коррозионно2механическому и абразивному. Молекулярно0механическое изнашивание преобладает в верхней части цилиндра, где относительно невелика скорость движения поршня, меньший слой смазки, высокие температуры и давление сжимаемого воздуха. В этих условиях интенсивность молекулярно2механического изнашивания в большой степени предопределяется качеством смазки, в частности наличием в ней присадок, предотвращающих задиры. Проти2 возадирные присадки, вступая в химическую реакцию с металлом, обра2 зуют пленку, ослабляющую интенсивность схватывания. Коррозионно0механическое изнашивание деталей компрессора подразделяют на две фазы: взаимодействие металла с агрессивным хи2 мически активным веществом с образованием окислительной пленки и удаление этой пленки в процессе трения. Образование окислительной пленки на стенках цилиндров – это электрохимическая коррозия под воздействием слабых кислот, раство2 ренных в конденсате. Конденсат выделяется в цилиндрах в процессе

сжатия, а также выпадает на стенках цилиндров в промежутке между включениями компрессора, когда происходит снижение температуры его блока. Частицы снятой в процессе трения коррозионной пленки представляют собой окислы металла и имеют большую твердость, чем сам металл, и действуют в дальнейшем как абразивы. Абразивное изнашивание деталей цилиндро2поршневой группы вызывается частицами минерального происхождения, находящимися в засасываемом воздухе и не задержанными воздушным фильтром. Эти частицы попадают в цилиндр, оседают на его стенках, ускоряют про2 цесс износа цилиндров, колец и кольцевых канавок поршня. Особо ин2 тенсивному абразивному износу подвергается верхняя часть цилиндра. Поршневые кольца изнашиваются в большей степени в радиальном направлении и в меньшей – по высоте. Более интенсивно изнашивается первое компрессионное кольцо. Интенсивность радиального износа компрессионных колец выше, чем маслосъемных, так как их давление на стенку цилиндра большее. Кроме того, происходит закоксовывание смазки в канавках поршня, что приводит к потере подвижности и упру2 гости колец и соответственно ухудшению герметичности сопряжения. Износы деталей цилиндро2поршневой группы приводят к ухудше2 нию герметичности пары трения «поршень – цилиндр», т. е. к снижению производительности компрессора. Кроме того, увеличивается расход масла из2за перекачки его в пневматическую систему. Это происходит вследствие прогрессирующего насосного действия поршневых колец, принцип которого показан на рисунке 8.3. При движении поршня вниз масло, снимаемое со стенок цилиндра, заполняет пространство между кольцом и поршнем (рисунок 8.3, а). Возле нижней мертвой точки кольцо под действием сил инерции обго2 няет поршень и выдавливает масло вверх (рисунок 8.3, б). При движе2 нии поршня вверх возле верхней мертвой точки кольца вновь обгоняют поршень и выталкивают масло вверх (рисунок 8.3, в). Насосное действие поршневых колец обеспечивает гидродинамиче2 скую смазку стенок цилиндра, т. е. движение поршневых колец по мас2 ляному слою. Однако с увеличением износа колец и канавок поршня количество перекачиваемого масла значительно больше необходимого для процесса смазки. Масло попадает в нагнетательную камеру цилинд2 ров в виде масляного тумана, а затем вместе со сжатым воздухом выду2 вается в пневматическую систему. Расход масла увеличивается также из2за износа маслосъемного коль2 ца и появления задиров на стенках цилиндра и кольцах.

66

67

В условиях эксплуатации подачу компрессора можно определить экспериментально по времени нагнетания в главный резервуар объема воздуха, пересчитанного на условия всасывания, Qк =

( p2 − p1 ) VрTвс pоt рTнаг

,

(8.8)

где р1, р2 – давление воздуха в главном резервуаре в начале и в конце эксперимента, МПа; Vр – объем главного резервуара, м3; Твс, Тнаг – температура соответственно всасываемого и нагнетаемого в резервуар воздуха, К; tр – время, в течение которого давление воздуха в резервуаре повышается от р1 до р2, мин. 8.4 Оценка технического состояния и особенности технического обслуживания компрессора

К деталям шатунной группы относятся коленчатый вал, шатунные и коренные подшипники, шатуны, пальцы. Из них наибольшему и быст2 рому износу подвергаются шейка коленчатого вала и подшипник скольжения шатуна. Трение этой пары происходит в условиях гидроди2 намической смазки, когда поверхности шейки и подшипника разделены тонким слоем масла. Однако попадание в масло абразивных частиц, смываемых им со стенок цилиндра, приводит к появлению на поверхно2 стях рисок и задиров, вызывающих износ.

При разрушении пластины нагнетательного клапана происходит полный отказ компрессора, так как воздух непрерывно перекачивается из одного цилиндра в другой без повышения давления в ресиверах. Ав2 томатический регулятор давления в такой ситуации не отключает элек2 тродвигатель компрессора, он может работать длительное время до выхода из строя шатунно2поршневой группы в результате перегрева. Сильное влияние на темп износа деталей компрессора оказывают со2 стояние и уровень смазочного материала. Свойства масла ухудшаются в результате попадания в картер воды, загрязнений в виде абразивных частиц, засасываемых из атмосферы и смываемых маслом со стенок цилиндра. Интенсивность загрязнения масла растет при неудовлетвори2 тельном обслуживании воздушного фильтра. Уровень масла уменьшается как из2за его перекачки в пневматиче2 скую систему насосным действием поршневых колец, так и вследствие утечек через сальниковые уплотнения. 9 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

Рисунок 8.3 – Схемы насосного действия поршневых колец

Большое влияние на износ подшипников скольжения оказывает тем2 пературный режим. Твердость материала подшипника уменьшается при увеличении температуры, что ускоряет его износ. Характер износа пары трения «поршневой палец – подшипник шату2 на» аналогичен характеру износа в узле трения шейки коленчатого вала и подшипника шатуна. Клапанный узел в значительной степени влияет на производитель2 ность компрессора. Клапан должен открываться на полное проходное сечение, оказывать наименьшее сопротивление воздушному потоку, плотно закрываться при положении поршня в мертвых точках. Износ седла клапана, коробление пластин от высоких температур, остаточная деформация пружин приводят к потере герметичности узла, т. е. к уменьшению производительности компрессора. При разрушении пластин всасывающего клапана производитель2 ность двухцилиндрового компрессора снижается наполовину – в ци2 линдр с поврежденным клапаном воздух после всасывания из атмосфе2 ры в нее же и выбрасывается.

В соответствии со стандартами и Правилами технической эксплуата2 ции (ПТЭ) с целью обеспечения безопасности движения транспортное средство оборудуется не менее чем двумя независимо действующими системами тормозов. На современном подвижном составе городского электрического транспорта применяются электродинамический тормоз (реостатный и рекуперативный) и механический (обычно пневматиче2 ский для экстренного и служебного торможения и ручной в качестве стояночного). Применение электрического торможения позволяет повысить на2 дежность и значительно снизить эксплуатационные расходы на ремонт тормозной системы и замену тормозных колодок. При электрическом торможении колеса подвижного состава менее подвержены юзу. Его применение повышает безопасность движения, так как на подвижном составе всегда имеется механический тормоз, который обеспечивает резервирование процесса торможения. Механическое торможение все2 гда сохраняется как дополнительное и экстренное. На рисунке 9.1 приведена упрощенная структурная схема механиче2 ского тормоза транспортного средства.

68

69

Тормозные системы механических тормозов включают в себя источ2 ник энергии Э, орган управления ОУ, тормозные приводы П и РП (руч2 ные), тормозные передачи ТП и РТП, тормозные механизмы ТМ.

Рисунок 9.1 – Структурная схема механического тормоза

Для получения сжатого воздуха и использования его для приведения в действие тормозных механизмов предназначена пневматическая система транспортного средства. Она д о л ж н а о б е с п е ч и т ь : – отбор воздуха из окружающей атмосферы; – сжатие воздуха; – очистку сжатого воздуха от загрязнений и влаги; – создание запасов сжатого воздуха в резервуарах и регулирование давления в них; – передачу энергии сжатого воздуха от ее источника к тормозным механизмам с помощью пневмоаппаратов; – управление энергией сжатого воздуха в процессе передачи с соот2 ветствующими заданными параметрами привода (усилие на штоке, пе2 дали и др.); – защиту тормозных механизмов от одновременного срабатывания нескольких тормозных систем; – функционирование остальных тормозных контуров при отказе од2 ного из них; – контроль работоспособности тормозного оборудования.

70

10 ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ТРОЛЛЕЙБУСОВ 10.1 Общие сведения Троллейбусы оборудованы электрической и механической система2 ми торможения. По назначению и выполняемым функциям тормоз2 ные системы подразделяются: – на р а б о ч у ю , которая служит для регулирования скорости дви2 жения троллейбуса и полной его остановки. Включает в себя электро2 динамический тормоз, действующий на колеса ведущего моста (заднюю ось), и пневматическую тормозную систему с раздельными контурами тормозов передней и задней осей; – з а п а с н у ю , которая служит для остановки троллейбуса при от2 казе рабочей тормозной системы. Она менее эффективна, чем рабочая тормозная система. Функции запасной тормозной системы могут вы2 полнять исправный контур пневматического тормоза рабочей тормоз2 ной системы или стояночная тормозная система (с пружинным энерго2 аккумулятором); – с т о я н о ч н у ю для удержания троллейбуса на месте. В качестве стояночного используется либо ручной тормоз с рычажным приводом либо тормозные камеры с пружинными энергоаккумуляторами, дейст2 вующие на тормозные механизмы колес ведущего моста с управлением от крана обратного действия, который для заторможивания троллейбуса на стоянке ставится в крайнее фиксированное положение и в любое промежуточное нефиксированное положение при использовании в ка2 честве запасной тормозной системы; – в с п о м о г а т е л ь н у ю , обеспечивающую электрическое тор2 можение для длительного поддержания постоянной скорости (на затяж2 ных спусках) или для ее регулирования в пределах, отличных от нуля. Управление рабочей и вспомогательной тормозными системами осуществляется от одной ножной педали. Педаль посредством тяг свя2 зана с тормозным краном и контроллером управления таким образом, что при воздействии на нее вначале происходит электрическое тормо2 жение, а после прекращения его – механическое торможение. В троллейбусах применяются барабанные и дисковые тормозные ме2 ханизмы. В современных троллейбусах наибольшее распространение получили колесные тормозные механизмы барабанного типа с двумя колодками, имеющими один общий центр поворота (обе колодки имеют один общий палец, на который опираются). 71

Для приведения в действие тормозных механизмов в троллейбусе применяются в основном пневматические приводы. На сочлененных троллейбусах используется пневмогидравлический привод. 10.2 Пневматическая тормозная система троллейбусов ЗИУ На троллейбусах моделей ЗИУ установлены тормоза: – механический барабанного типа, действующий на четыре колеса с пневматическим приводом от тормозной педали; – механический, действующий на два задних колеса с приводом от рычага ручного тормоза; – электродинамический рекуперативный и реостатный. Схема пневматического тормоза троллейбусов типа ЗИУ представ2 лена на рисунке 10.1.

Как видно из схемы, пневматический тормоз имеет две самостоя2 тельные системы. Это достигается благодаря установке сдвоенного тормозного крана 9 и обратных клапанов 17 перед резервуарами. Тормозной кран 9 осуществляет раздельное питание тормозных ци2 линдров передних и задних колес. Такая схема с разделением на два са2 мостоятельных контура повышает безопасность движения, так как при обрыве пневматической системы переднего или заднего тормозов остав2 шийся неповрежденный контур обеспечит торможение троллейбуса. Вспомогательная система обеспечивает работу пневматической под2 вески троллейбуса и включает в себя воздушный резервуар 7 и пневмо2 подвеску 12. Резервуар 7 наполняется через редуктор давления 6 только после достижения давления в резервуарах напорной и тормозной систем 0,40–0,45 МПа. Если давление в напорной системе по каким2либо при2 чинам падает ниже 0,45 МПа, то через редуктор 6 воздух обратным хо2 дом перетекает из резервуара 7 и пневмоподвесок 12 в тормозную сис2 тему. Таким образом, применение редуктора с указанными особенно2 стями позволяет повысить надежность работы тормозов. 10.3 Пневматические тормозные системы троллейбусов производства ПО “Белкоммунмаш”

Пневматическая часть троллейбуса состоит из трех систем: напор2 ной, тормозной и вспомогательной. В напорную систему входят ком2 прессор 1, обратный клапан 2, предохранительный клапан 16, влаго2 маслотделитель 3, противозамерзатель 4, магистральный воздушный резервуар 5, редуктор давления 6, регулятор давления воздуха 13, бук2 сирный клапан 14 и два манометра 11. В тормозную систему входят два резервуара 8, обратные клапаны ре2 зервуаров 17, тормозной кран 9, четыре тормозных цилиндра 10. Давление воздуха в напорной магистрали регулируется регулятором АК211Б в пределах 0,65–0,80 МПа. Предохранительный клапан отрегу2 лирован на давление 1,0 МПа.

С х е м а п н е в м а т и ч е с к о й с и с т е м ы троллейбуса моде0 ли 101 приведена на рисунке 10.2. Питающая часть пневмосистемы содержит воздухоочиститель 1, компрессор 2, влагоотделитель 3, элек2 тромагнитный вентиль 4, обратный клапан 5, клапан предохранительный 6, противозамерзатель 7, ресивер конденсационный 8 (25 литров), реси2 веры заднего 9 и переднего 10 контуров (40 литров), ресиверы воздуш2 ной подвески 11 и стояночного тормоза 12 (25 литров), ресивер привода дверей 13 (25 литров), датчик аварийного давления воздуха 14, двойной защитный клапан 15, одинарный защитный клапан 16, обратные клапаны 17, сливные краны 18, регулятор давления 19. Пневматический привод рабочей тормозной системы – двухконтур2 ный и содержит двухсекционный тормозной кран 20, передние тормоз2 ные камеры 21, ускорительные клапаны 22, 22а, задние тормозные каме2 ры 23 с пружинными энергоаккумуляторами, датчик давления воздуха 24, клапаны контрольного вывода 25, тормозной кран стояночной тор2 мозной системы 26. Пневматический привод управления дверями вклю2 чает блок подготовки воздуха 27, вентиль электромагнитный 28, двер2

72

73

Рисунок 10.1 – Схема пневматического оборудования троллейбуса ЗИУ29Б

74

26

25

24

Схема пневматической части троллейбуса модели 101

28 8 11 18 29 31 30 17 13 29 28 27

18

22a

18

12

22 75

Рисунок 10.2

29

16 19

9 10 14 15 20 21 1 2 3 5 4 7 17 6 23

ные цилиндры 29. Пневматический привод пневмоподвески состоит из шести пневматических упругих элементов подвески 30 и трех регулято2 ров положения кузова 31. При нажатии на тормозную педаль срабатывает тормозной кран 20. Из верхней секции тормозного крана воздух подается в управляющую магистраль ускорительного клапана 22, в результате чего последний пропускает сжатый воздух из ресивера 9 в тормозные камеры 23 задних колес. Через нижнюю секцию тормозного крана сжатый воздух из реси2 вера 10 поступает в тормозные камеры 21, которые приводят в действие тормозные механизмы передних колес. При работе стояночной (запасной) тормозной системы сжатый воз2 дух из ресивера 12 поступает к крану управления стояночным тормозом 26 и далее в управляющую магистраль ускорительного клапана 22а, в результате чего последний пропускает сжатый воздух из ресивера 12 в полости энергоаккумуляторов тормозных камер 23. При торможении стояночным тормозом рукоятка крана 26 устанавливается в заднее фик2 сированное положение и воздух из управляющей магистрали ускори2 тельного клапана 22а и из полостей энергоаккумуляторов 23 через уско2 рительный клапан выходит в атмосферу. Пружины энергоаккумулято2 ров, разжимаясь, приводят в действие тормозные механизмы задних колес. Кран управления стояночным тормозом имеет следящее устрой2 ство, которое позволяет притормаживать троллейбус запасной тормоз2 ной системой с интенсивностью, зависящей от положения рукоятки крана. При аварийном падении давления воздуха в контуре привода стояночного тормоза пружинные энергоаккумуляторы срабатывают автоматически и троллейбус затормаживается. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а п и т а ю щ е й ч а с т и пневма2 тической системы троллейбуса модели 101 приведена на рисунке 10.3. При работе компрессора 2 воздух, засасываемый из атмосферы через воздухоочиститель 1, подается под давлением в конденсационный реси2 вер 8, проходя через влагоотделитель 3, обратный клапан 5 и противо2 замерзатель 7. Как только давление воздуха в ресивере достигнет верх2 него предела регулирования 0,9 МПа, регулятор 10 разомкнет цепь пи2 тания электродвигателя компрессора. Компрессор останавливается, и подача воздуха прекращается. Одновременно электромагнитный вен2 тиль открывается, соединяя нагнетательную магистраль компрессора с атмосферой. Резкое снижение давления в нагнетательной магистрали приводит к срабатыванию клапана влагоотделителя 3, и скопившейся конденсат выбрасывается наружу.

21 15

3

18

16

17

19

2

22

1

20

77

Принципиальная схема питающей части пневмосистемы троллейбуса модели 201

14 76

21

Схема питающей части пневматической системы троллейбуса мо0 дели 201 приведена на рисунке 10.4. Питающая часть содержит ком2 прессор 1, который засасывает воздух из атмосферы через фильтр 2 и подает через влагомаслоотделитель 22 в комбинированный прибор 3, содержащий воздухоосушитель и регулятор давления. В дальнейшем воздух под давлением поступает в регенерационный ресивер 4 и кон2 денсационный ресивер 7. Из этого ресивера очищенный воздух посто2 янного давления поступает на четыре независимых контура, через двой2 ной защитный клапан 11 к ресиверам 5 и 6 заднего и переднего конту2 ров тормозного привода троллейбуса, через одинарный защитный кла2 пан 12 к ресиверу 8 пневматической подвески и через обратный клапан 13 к ресиверу 9 стояночного тормоза. Все ресиверы снабжены сливны2 ми кранами 14 для слива конденсата. Для контроля за давлением в пе2 реднем и заднем контурах тормозного привода служат датчики 9 и 10 аварийного давления воздуха. При работе компрессора под нагрузкой поток сжатого воздуха про2 ходит через осушитель 15, представляющий собой емкость, наполнен2 ную адсорбентом, и далее через обратный клапан 16 поступает к кон2 денсационному ресиверу 7. Часть воздуха через дроссель 17 поступает в

IV

III

II

I Рисунок 10.3 – Схема питающей части пневмосистемы троллейбуса 101

Рисунок 10.4

9

8

7

10 6

4

5

10

12

13

V

11

При снижении давления воздуха в конденсационном ресивере 8 до нижнего предела регулирования 0,8 МПа регулятор 10 замыкает контак2 ты и электродвигатель компрессора включается. Одновременно закры2 вается электромагнитный вентиль 4 и сжатый воздух поступает в реси2 вер 8 и далее к ресиверам тормозной системы и нетормозных потреби2 телей. В случае превышения допустимого предела давления воздуха срабатывает предохранительный клапан 6. Для слива конденсата из конденсационного ресивера 8 служит сливной кран 9.

небольшую дополнительную емкость (регенерационный ресивер) 4. По мере насыщения адсорбент теряет способность поглощать влагу, и по2 этому периодически его необходимо подвергать регенерации, которая осуществляется при разгрузке компрессора регулятором давления. Регулирование давления воздуха в этой системе основано на выпуске воздуха из компрессора 1 под минимальным давлением. При достиже2 нии рабочего давления в конденсационном ресивере 7 верхнего предела регулирования управляющий клапан 18 займет вторую позицию, вслед2 ствие чего разгрузочный клапан 19 соединит выход регулятора с атмо2 сферой. Компрессор 1 в этом случае работает вхолостую с минимальной затратой мощности. В этом режиме работы компрессора осушитель 15 через разгрузочный клапан 19 также соединен с атмосферой. Воздух регенерационного ресивера 4, проходя через адсорбент, производит его регенерацию, а затем поступает в атмосферу. Одновременно сжатый воздух поступает в устройство 21, размыкает контакты и отключает электродвигатель компрессора. При снижении давления воздуха в реси2 вере 7 до нижнего предела устройство регулятора закрывается и ком2 прессор включается. Цикличность регенерации осушителя обеспечива2 ется цикличностью срабатываний регулятора давления. В случае засорения осушителя 15 срабатывает перепускной клапан устройства 21, а при превышении давления воздуха выше допустимого предела срабатывает предохранительный клапан 20. Рабочая и стояночная пневматические тормозные системы троллейбу2 са модели 201 аналогичны таким же системам троллейбуса модели 101. Троллейбус модели 321 имеет пневматическую часть такую же, как и у троллейбуса модели 201.

Электромагнитный рельсовый тормоз применяется только при экс2 тренном торможении и в случае отказа остальных видов тормозов. Включается рельсовый тормоз при нажатии до отказа тормозной педали или нажатием кнопки экстренного торможения. На каждой тележке установлены два электромагнита рельсового тормоза, связанных между собой поперечными тягами. Тормозной башмак подвешен на пружинах, работающих на растяжение. Между башмаком и головкой рельса в от2 пущенном состоянии имеется зазор 10–15 мм. При подаче тока в катуш2 ки электромагнита башмак намагничивается и притягивается к рельсу с силой 48–50 кН, что увеличивает тормозную силу без опасения закли2 нивания колесных пар. Питание катушек может осуществляться по двум схемам: – от сети с автоматическим переключением в случае исчезновения напряжения к напряжению работающих в режиме реостатного тормо2 жения тяговых электродвигателей; – от аккумуляторной батареи. Электромагнитный рельсовый тормоз значительно повышает эффек2 тивность экстренного торможения. Если эксплуатационное замедление трамвайного вагона составляет 1,3 м/с2, то экстренное – 3 м/с2. Ручной тормоз используется на стоянках, в депо и на уклонах. При2 вод ручного тормоза расположен в кабине водителя. На трамвайных вагонах кроме пневматического используются и дру2 гие типы приводов (пружинные, электромагнитные). 11.2 Пневматическая тормозная система трамвая

На трамвае обычно имеется четыре вида тормозов: – рекуперативно2реостатный (электрический); – пневматический; – электромагнитный рельсовый; – ручной стояночный. Служебным является электрическое торможение с дотормаживанием механическим тормозом, который включается сразу после прекращения действия электродинамического тормоза.

Пневматическую систему трамвайного вагона рассмотрим на приме2 ре пневматической схемы трамвая РВЗ6М2, схема которой показана на рисунке 11.1. В состав пневматической части входят: тормозные цилинд2 ры 1, 9; тормозные шланги 2, 8; электромагнитные вентили 3, 26, 27, 28; песочницы 4, 10; фильтр 5; рукав 6; компрессор 7; главный резервуар 11; фильтры 12, 29; вспомогательный резервуар 13; шумопоглощатель (глушитель) 14; вибратор (звонок) 15; педаль звонка 16; краны 17, 19, 30, 38; выключатель управления 18; кран водителя 20; регулятор давле2 ния 21; манометр 22; стеклоочистители 23, 25; кран 24; редукционный клапан 31; переключающий клапан 32; трехходовой кран 33; краны экстренного открытия дверей 34, 40; дверные цилиндры 35, 41; предо2 хранительный клапан 36; маслоотделитель 37; обратный клапан 39.

78

79

11 ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ТРАМВАЙНЫХ ВАГОНОВ 11.1 Общие сведения

36 35

34

В атмосферу

32 33 30

Рисунок 11.1

37 38 39

8 6 7

3 4

5

40

1

2

41

В атмосферу

17 10 9

11 12

13

14

15 16

31

18 19

29

Принципиальная пневматическая схема трамвая РВЗ6М2

28

27

20

22

21

26

25

23

24

80

Для получения сжатого воздуха в системе установлен мотор2ком2 прессор 7 типа ЭК4В. Перед всасыванием в компрессор воздух прохо2 дит через фильтр 5, который сообщен с компрессором рукавом 6. За компрессором на нагнетательном канале расположены обратный кла2 пан 39 и маслоотделитель 37. Необходимый запас сжатого воздуха создается в главном резервуаре 11 емкостью 110 л. На отводе от тру2 бопровода к главному резервуару установлен предохранительный клапан 36. Заданное давление в главном резервуаре поддерживает регулятор давления 21, который включает электродвигатель компрес2 сора при давлении (0,40 ± 0,05) МПа и выключает при достижении давления (0,60 ± 0,05) МПа. В кабине установлен кран водителя 19. Кран золотникового типа имеет семь фиксированных положений ручки: – нулевое – все каналы в кране перекрыты (в этом положении ручка крана может быть снята и поставлена); – четыре тормозных положения влево от нулевого (во всех этих по2 ложениях происходит наполнение тормозных цилиндров с разной ско2 ростью); – два положения отпуска (в обоих положениях происходит выпуск воздуха из тормозных цилиндров, но с разной скоростью). Краном водителя при необходимости можно выпускать воздух из главного резервуара в атмосферу через глушитель 14. От главного резервуара питаются стеклоочистители 23 и 25, которые включаются кранами 24, и механизмы открывания дверей. Для создания необходимого запаса сжатого воздуха на момент тор2 можения предусмотрен вспомогательный резервуар 13 объемом 12 л. Давление в главном и вспомогательном резервуарах показывает двухстрелочный манометр 22. При истощении электрического тормоза прекращается подача пита2 ния катушки вентиля 27, в результате чего вентиль соединяет тормоз2 ные цилиндры со вспомогательным резервуаром 13. Чтобы пневматическое торможение не совмещалось с электриче2 ским, к тормозному трубопроводу подсоединен выключатель управле2 ния 18, который при пневматическом торможении блокирует электри2 ческое торможение. При экстренном торможении в действие приводится электропневма2 тический вентиль 28, который подает сжатый воздух в цилиндры при2 вода песочниц 4 и 10. Песочницы подают песок к зоне контакта «коле2 со–рельс» для повышения коэффициента сцепления между ними. 81

Пневматический тормоз – центральный барабанный с наружным расположением колодок. Барабан установлен на валу редуктора привода трамвая. 12 УСТРОЙСТВА И ПРИБОРЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА В целях обеспечения безопасности и улучшения регулирования дви2 жения поездов на метрополитене применяются тормозные системы на подвижном составе и комплекс устройств автоматики, состоящий из автостопов, автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализа2 ции с автоматическим регулированием скорости (АЛС2АРС) и систем автоведения. 12. 1 Тормозные системы поездов метрополитена На вагонах метрополитена применяются три типа тормозов: – электрический реостатный на всех моторных вагонах; – пневматический колесно2колодочный; – ручной стояночный. Применение э л е к т р и ч е с к о г о торможения повышает безопас2 ность движения, так как бандажи колесных пар не нагреваются, что предотвращает появление трещин на поверхности катания. Кроме того, в тоннелях резко уменьшается запыленность воздуха. Установлено, что при колодочном торможении, начиная со скоростей 40–50 км/ч, каждый вагон за год выделяет свыше 130 кг продуктов износа в виде пыли. Пе2 реход на электрическое торможение уменьшил запыленность воздуха в тоннелях с 70 до 2 мг/м3. Также увеличился срок службы и сократился расход тормозных колодок. Кроме того, уменьшилось негативное воз2 действие тормозных колодок на поверхность катания колеса, что повы2 шает безопасность движения и увеличивает срок службы колес. Колодочным тормозом оборудованы все вагоны метрополитена. На вагонах установлено четыре или восемь тормозных цилиндров, каждый из которых действует соответственно на четыре тормозных колодки двух колес с одной стороны тележки или на две колодки одного колеса. П н е в м а т и ч е с к и й тормоз работает по схеме автоматического прямодействующего тормоза. На вагонах имеется несколько воздушных 82

магистралей: напорная, тормозная, автостопная, дверная, магистраль управления электрическими аппаратами, магистраль тифона, контроль2 ных и вспомогательных приборов. Давление воздуха в напорной магистрали поддерживается регулято2 ром давления в пределах 0,65–0,80 МПа. Питание тормозной магистра2 ли осуществляется из напорной магистрали через кран машиниста. За2 рядное давление воздуха в тормозной магистрали – 0,50–0,52 МПа. Для исключения совместного действия электрического и пневмати2 ческого тормозов с целью избежания юза установлен автоматический выключатель торможения, который в случае пневматического торможе2 ния размыкает цепь электрического тормоза. Размыкание цепи проис2 ходит при достижении определенного, установленного нормами давле2 ния в тормозных цилиндрах (0,150–0,165 МПа). Для предотвращения проезда запрещающего сигнала светофора, имеющего автостоп, поезд оборудуют автостопной магистралью, к ко2 торой подсоединен срывной клапан автостопа. При наезде скобы срывного клапана на шину автостопа срывной клапан производит экстренную разрядку тормозной магистрали, а универсальный автома2 тический выключатель автостопа отключает тяговые электродвигате2 ли. Таким образом, обеспечивается экстренное автостопное торможе2 ние поезда. Для управления стояночным тормозом в кабине машиниста установ2 лена колонка р у ч н о г о тормоза. 12.2 Автостопы Автостоп является автоматическим устройством и предназначен для экстренной остановки поезда (без участия машиниста) при непредви2 денном проезде запрещающего сигнала светофора. На вагонах метрополитена применяется электромеханический ав0 тостоп точечного действия. Он включает в себя путевые и поездные устройства. К поездным устройствам относятся пневматический срыв2 ной клапан и универсальный автоматический выключатель автостопа (УАВА), которые подключаются к автостопной магистрали, представ2 ляющей собой продолжение трубопровода тормозной магистрали со стороны кабины. Рабочим органом путевого устройства является ударный рычаг (пу2 тевая шина автостопа), который устанавливается с правой стороны пути 83

по направлению движения поезда. Ударный рычаг располагается около светофора и имеет два положения: горизонтальное – открытое, не пре2 пятствующее движению, и вертикальное – закрытое (ударный рычаг возвышается над уровнем головки рельса на 85–90 мм). Разрешающий сигнал светофора может включиться только при открытом положении рычага. Принцип действия автостопа основан на механическом воздей2 ствии путевых устройств на поездные. При проезде запрещающего све2 тофора скоба срывного клапана поездного устройства ударяется об ударный рычаг путевого устройства и отклоняется от вертикального положения, что приводит к открытию срывного клапана, который в свою очередь сообщает тормозную магистраль с атмосферой. Происхо2 дит экстренная остановка поезда. Универсальный автоматический выключатель автостопа предназначен для отключения автостопной магистрали от тормозной и автоматического отключения тяговых электродвигателей при автостопном торможении поезда. Он состоит из основания, выключающей части и контактной час2 ти. Рукоятка выключающего клапана УАВА имеет три положения: – I – клапан открыт. Срывной клапан сообщен с тормозной магист2 ралью и готов к срабатыванию; – II – временное выключение срывного клапана. Устанавливается при необходимости проезда запрещающего показания светофора в слу2 чаях, предусмотренных ПТЭ. Тормозная магистраль при этом положе2 нии разобщена от срывного клапана. Установку во II положение можно произвести только после остановки поезда перед красным сигналом светофора. Рукоятка в этом положении удерживается усилием руки. Возврат в I положение осуществляется автоматически; – III – автостоп отключен. Используется в случаях неисправности ав2 тостопа. Срывные клапаны устанавливают на кронштейне первой буксы кон2 цевых вагонов поезда, а УАВА – во всех кабинах поездного состава. Тупиковые пути и станции оборота на метрополитене имеют наполь2 ные устройства автостопа в виде путевых инерционных (качающихся) рычагов. Рычаг регулируют на допустимую максимальную скорость проследования, которая определяется по величине тормозного пути до препятствия. При превышении допустимой скорости (обычно 15 км/ч) ударом рычага отклоняется скоба срывного клапана, в результате чего последний срабатывает, вызывая экстренное автостопное торможение. При движении с меньшей скоростью скоба отклоняется незначительно, не вызывая срабатывания срывного клапана.

В качестве источника тока используется путевой трансформатор ПТ, а приемника – путевое реле П, которое контролирует состояние рельсо2 вой цепи. При незанятом пути, например блок2участка 3, электрический ток от путевого трансформатора 3ПТ проходит по рельсам к обмотке путевого реле 3П. Фронтовые контакты реле 3П замыкают цепи прибо2 ров, фиксирующих незанятость контролируемого участка (зеленый свет). Когда на блок2участок въезжает поезд, то путевое реле обесточи2 вается. Замыкаются его тыловые контакты, а фронтовые – размыкаются. В результате этого включаются приборы, фиксирующие занятость уча2 стка (красный свет светофора).

84

85

12.3 Автоблокировка Автоблокировка предназначена для регулирования движения поез2 дов по показаниям светофоров, работающих автоматически в результате воздействия на ограждаемые участки пути. При занятости или повреж2 дении рельсовой цепи блок2участка светофор, ограждающий этот уча2 сток, автоматически закрывается (загорается красный свет). При оборудовании автоблокировкой путь делится на блок2участки. Блок2участок – участок пути, расположенный между смежными свето2 форами. Его длина соответствует тормозному пути поезда при полном служебном торможении с максимальной реализуемой скорости движе2 ния (рисунок 12.1). В пределах блок2участка рельсовая цепь представля2 ет собой непрерывную электрическую цепь, изолированную от сосед2 них и состоящую из участка рельсовой линии, источника тока и прием2 ника, подключенными на ее концах.

З

ЗПТ

ЗП

Рисунок 12.1 – Принципиальная схема автоблокировки

На рисунке 12.3 приведена структурная схема системы АЛС2АРС. Система состоит из путевых и поездных устройств. К путевым устрой2 ствам относятся датчик пути ДП, шифратор Ш, путевой генератор ПГ и линия связи ЛС. На подвижном составе располагаются: приемные ка2 тушки ПК; блоки – согласующих устройств БСУ, локомотивных прием2 ников БЛПМ, сигнальный БСМ, управления БУМ, измерителя скорости БИС; локомотивный указатель ЛУ; электропневматический клапан ЭПК; приборы контроля эффективности торможения КТ; кнопка бди2 тельности; датчик скорости ДС.

Рисунок 12.2 – Схема совмещения защитных участков на длине блок2участка

Автоблокировка допускает минимальный интервал между поездами с обеспечением их безостановочного и безопасного движения.

ДКПТ ДКЭТ

БУМ

При установке автостопов образуются защитные участки. Защитный участок располагается между светофором с автостопом и их ограждае2 мым участком. Его длина должна быть не менее длины тормозного пути экстренного торможения при максимальной скорости движения поезда. Автостоп вызывает автоматическое экстренное торможение поезда и его остановку в пределах защитного участка, не допуская наезда на огра2 ждаемый участок. Обычно длину блок2участка выбирают такой, чтобы она удовлетворяла требованиям защитного участка, т. е. соответствовала тормозному пути служебного и экстренного торможений (рисунок 12.2).

12.4 Автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регулированием скорости Система АЛС2АРС предназначена для непрерывного контроля и ре2 гулирования скорости поезда, ограничения ее в пределах допустимой по условиям безопасности движения. При ее использовании увеличивается пропускная способность и при этом гарантируется безопасность движе2 ния благодаря автоматизации торможения при сближении с препятстви2 ем. Систему АЛС2АРС можно накладывать на устройства автоблоки2 ровки и использовать те же рельсовые цепи, т. е. обеспечивается воз2 можность совместной работы этих устройств, а также раздельное дейст2 вие автоблокировки и АЛС2АРС.

Система работает следующим образом. Путевыми реле2датчиками ДП проверяется состояние пути, определяется число и длина свободных блок2участков. Информация, вырабатываемая путевыми реле, использу2

86

87

Рисунок 12.3 – Структурная схема АЛС2АРС

ется шифраторами Ш – управляющими реле. Шифратор выбирает час2 тоту сигнального тока для посылки в рельсовую цепь из ряда 75, 125, 175, 225, 275 Гц, что соответствует допустимой скорости движения 80, 70, 60, 40 и 0 км/ч. Сигнальный ток частотой 275 Гц используется для формирования команды на торможение до полной остановки. Выбор частоты сигнального тока производится по результатам сравнения числа и длин свободных блок2участков с длинами тормозных путей. Шифра2 тор включает путевой генератор для выработки соответствующей час2 тоты сигнального тока. При протекании по рельсовой цепи тока сигнальной частоты вокруг рельсов создается переменное магнитное поле с такой же частотой. В приемных катушках ПК поезда, подвешенных перед первой колесной парой над ходовыми рельсами, при пересечении магнитного поля наво2 дится ЭДС. Суммарная ЭДС двух катушек подается через согласующее устройство БСУ на вход локомотивного приемника БЛПМ. Согласую2 щее устройство согласует амплитудно2частотные характеристики БЛПМ и сигнала, наведенного в приемных катушках. Блок локомотивных приемников принимает кодовый сигнал, рас2 шифровывает его и усиливает до уровня срабатывания исполнительных реле, расположенных на выходе каждого приемника. Каждый приемник настроен на прием сигналов в определенном диапазоне частоты. Вклю2 чение исполнительного реле говорит о наличии в рельсовой цепи соот2 ветствующего кодового сигнала. Сигнал, принятый блоком БЛПМ, пе2 редается в сигнальный блок БСМ. Сигнальный блок определяет допус2 тимую скорость движения и запоминает ее. В сигнальном блоке БСМ сравнивается фактическая скорость поезда с допустимой, и по результа2 там формируется команда для воздействия на схему управления поездом. Фактическая скорость определяется с помощью датчика ДС на буксе вагона, который связан с осью колесной пары. Частота вырабатываемо2 го сигнала пропорциональна частоте вращения колеса. Полученные импульсы поступают в блок измерителя скорости БИС, где определяет2 ся скорость поезда. далее информация передается в сигнальный блок. Если фактическая скорость не превышает допустимую, устройства АРС не влияют на процесс управления поездом. В противном случае сиг2 нальный блок формирует сигнал и передает его в блок управления БУМ, который воздействует на схему управления поездом. По магистрали хода МХ блок управления выдает команду на отключение тяговых дви2 гателей на всех вагонах. Затем по магистрали торможения МТ подает команду на электрическое служебное торможение, т. е. двигатели пере2

ключаются на генераторный режим. Одновременно начинается отсчет времени выдержки электропневматического клапана для приведения в действие экстренного пневматического тормоза в случае, если произой2 дет отказ на одном из вагонов электрического или электропневматиче2 ского тормозов. Для обеспечения надежного торможения предусмотрен контроль эффективности электрического тормоза. При отказе на одном из ваго2 нов электрического тормоза он заменяется на этом вагоне электропнев2 матическим также с контролем эффективности его действия. Если отка2 зывает и электропневматический тормоз, то ЭПК, выдержав замедле2 ние, приводит в действие зкстренные пневматические тормоза на всех вагонах. Выдержка ЭПК устанавливается в зависимости от ступени допустимой скорости. Машинист при управлении поездом руководствуется сигналами о допустимой скорости, которые высвечиваются на локомотивном указа2 теле ЛУ пульта управления поездом в виде цифровых показаний, а так2 же указателей фактической скорости движения. Кроме того, на ЛУ пре2 дусмотрена информация об отсутствии сигнальной частоты в рельсовой линии, отключении двигателей и контроля торможения. Ведение поезда по некодируемому участку или по участку, на кото2 рый по неисправности подается сигнал, запрещающий движение, осу2 ществляется при нажатии на кнопку бдительности со скоростью не вы2 ше 20 км/ч. Отпуск тормозов после остановки осуществляется только в результа2 те действий машиниста. Это сделано с целью исключения скатывания поезда назад при остановке на затяжном подъеме и потери в это время машинистом способности к управлению поездом. Применение быстродействующей АЛС2АРС по сравнению с авто2 блокировкой позволяет увеличить пропускную способность линии на 20–25 %. На некоторых метрополитенах регулирование движения поез2 дов осуществляется по сигналам АЛС при выключенных путевых све2 тофорах. На метрополитенах также находят применение системы автомати0 ческого управления движением поездов (системы автоведения). В системах автоведения используются управляющие ЭВМ. С их помощью производится централизованное управление всеми поездами с одного поста. Точность выполнения графика движения при этом повышается и достигает ±3 с. Точность остановки поезда на станции составляет ±1 м.

88

89

Внедрение систем автоведения поездов метрополитена позволяет снизить расход электроэнергии на 5–10 % за счет повышения точности выполнения графика движения, сокращения лишних торможений поез2 дов, применения рациональных режимов ведения поездов и уменьше2 ния времени на прицельное торможение у платформ. 13 ТОРМОЗНЫЕ РАСЧЕТЫ 13.1 Уравнение движения тормозящегося подвижного состава Движущееся транспортное средство обладает кинетической энер0 гией, Дж, Э=

Mv 2 (1 + γ ) , 2

(13.1)

где M – масса транспортного средства, кг; v – скорость движения, м/с; γ – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс, для троллейбуса γ = 0,17. Коэффициент γ введен для упрощения расчетов. Энергия вращаю2 щихся масс может быть определена по формуле Э вм = ∑

I ρi ω i2 2

,

(13.2)

где Iρi – полярный момент инерции i2й вращающейся детали, кгˆм2; ωi – угловая скорость вращения i2й детали, с21. Произведение M (1+ γ) называют приведенной массой. Физическая сущность механического торможения заключается в превращении кине2 тической энергии движущегося транспортного средства в работу тор2 мозной силы. Исходя из этого для остановочного торможения можно записать равенство Mv н2 (1 + γ ) = Bт S , 2

где vн – скорость начала торможения, м/с; Bт – полная тормозная сила подвижного состава, Н; S – тормозной путь, м.

90

(13.3)

На тормозящееся транспортное средство кроме тормозной силы дей2 ствуют силы основного сопротивления движению, а также могут дейст2 вовать силы сопротивления от уклона пути. Формула (13.3) с учетом этих сил примет вид Mv н2 (1 + γ ) = (Wо + Bт + Bi ) S , 2

(13.4)

где Wо – основное сопротивление движению, Н; Bi – сопротивление от уклона пути, Н. В связи с тем, что сопротивление движению, кроме сопротивления воздуха, пропорционально массе транспортного средства, оно дается обычно в виде удельного сопротивления. Полное основное сопротив0 ление движению транспортного средства Wо = Mwо ,

(13.5)

где M – масса транспортного средства, т; wо – удельное основное сопротивление движению, Н/т. Основное сопротивление движению определяется эксперименталь2 ным путем. На основании экспериментальных данных получают эмпи2 рические формулы. Так, для определения удельного основного сопро2 тивления движению троллейбусов на асфальтовом дорожном покрытии рекомендуется формула wо = 137 + 5,4v + 0,467v 2 .

(13.6)

При движении троллейбусов по булыжной мостовой первое слагае2 мое уравнения (13.6) необходимо увеличить на 60 Н/т. Для трамвайных вагонов МТВ282 с независимой подвеской двигате2 лей и карданным валом основное удельное сопротивление движению при выбеге wо = 15 +

250 + 8,04v 2 , M

(13.7)

где M – масса вагона, т. Для вагонов метрополитена при движении в однопутном туннеле удельное сопротивление движению без тока

91

wо = 10 +

F 2 520 + 3,24v + 1,19 v , M Mn

bi =

(13.8)

где M – масса секции, т; F – эквивалентная поверхность поезда (29–47 м2); n – число вагонов в составе. В формулы (13.6)–(13.8) значения скорости v подставляют в м/с. При движении на уклоне на подвижной состав действует дополни0 тельная сила сопротивления. Величина уклона обычно характеризуется тангенсом угла α между профилем пути и горизонталью (рисунок 13.1).

Bi = gi ≈ 10i . M

(13.11)

На подъеме сила bi препятствует движению и является положитель2 ной величиной, а на спуске – ускоряет движение вагона и является от2 рицательной величиной. Сопротивление от уклона пути, действующее на транспортное сред2 ство, Н, Bi = Mbi . (13.12) Уравнение движения тормозящегося транспортного средства, ис2 пользуемое при тормозных расчетах, получают в соответствии с зако2 ном механики, устанавливающим связь между массой и ускорением движущегося тела с приложенной к нему силой: −

dv Bт + Wо + Bi = , dt M (1 + γ )

(13.13)

где dv/dt – замедление транспортного средства, м/с2. Уравнение (13.13) можно получить путем преобразований уравнения (13.4), используя зависимость − Рисунок 13.1 – Схема действия сил сопротивления от уклона пути

Обычно величину уклона выражают в тысячных долях с условным обозначением ‰, поэтому можно записать i = 1000 tg α .

(13.9)

На подъеме i принимается со знаком «+», на спуске – со знаком «–». Согласно рисунку 13.1 сопротивление от уклона пути Bi, Н, можно оп2 ределить по формуле Bi = 10 3 Fg sin α ≈ 10 3 Fg tg α = 10 3 Mg tg α ,

где Fg – сила тяжести транспортного средства, кН; M – масса транспортного средства, т. g – ускорение свободного падения, м/с2. Отсюда удельное сопротивление от уклона пути, Н/т, 92

dv v 2 = . dt 2 S

(13.14)

Умножив обе части уравнения (13.13) на dt/dS и учитывая, что dt/dS = 1/v, получают другую форму уравнения движения тормозящегося транспортного средства:  B + Wо + Bi  vdv =  т dS .  M (1 + γ ) 

(13.15)

В формулах (13.13) и (13.15) масса M транспортного средства при2 нимается в кг.

(13.10) 13.2 Расчет тормозного пути, замедления и времени торможения Эффективность торможения транспортного средства определяется величинами замедлений и тормозных путей, которые могут быть реали2 зованы тормозной системой. 93

Тормозные расчеты выполняют методом «конечных приращений», который основан на допущении постоянства тормозного усилия за пе2 риод небольшого изменения скорости движения. Для каждого интерва2 ла приращения скорости принимается значение тормозной силы, равное среднему значению в данном интервале. Для проведения тормозных расчетов методом «конечных прираще2 ний» уравнение (13.13) несколько видоизменяется. Вместо бесконечно малых приращений скорости и времени (dv и dt), берутся малые конеч2 ные приращения этих величин (†v и †t), а Bт, Bi и Wо считаются посто2 янными за этот малый элемент приращения скорости. Приращение времени при торможении %t т =

M (1 + γ ) %v , Bт + Wо + Bi

t '2 – время от начала нажатия на тормозную педаль или поворота ру2 коятки крана до начала подъема давления воздуха в тормозной системе; " t 2 – время наполнения тормозной системы сжатым воздухом, т. е. время повышения давления в тормозном цилиндре от нуля до конечного давления, в зависимости от типа тормозного крана принимается t2" = 0,6 ... 0,9 с; t3 – время режима установившегося торможения.

(13.16)

Приращение тормозного пути †S, м, для выбранного приращения скорости †v %S = v ср %t т ,

(13.17)

vн + vк %v или vср = vн − . 2 2 Среднее замедление в принятом интервале

где vср =

a=

%v vн + vк vн2 − vк2 . = = %t %t 2%S

(13.18)

По результатам расчетов строят кривые v = f(s), v = f(t). Вышеуказанные расчеты характерны для режима установившегося торможения. Однако время торможения и тормозной путь зависят также от ряда факторов, предшествующих этому режиму. Рассмотрим график зависимости давления в тормозных цилиндрах от времени, представ2 ленный на рисунке 13.2. За начальный момент отсчета времени принят момент появления аварийной ситуации. Общее время торможения до полной остановки выражается отрезком Т, T = t1 + t'2 + t"2 + t3 ,

(13.19)

Рисунок 13.2 – График зависимости давления в тормозных цилиндрах от времени

Время от момента начала торможения до полной остановки t 4 = t '2 + t "2 + t 3 .

(13.20)

Время приведения тормозов в действие (время нажатия на тормоз2 ную педаль), обозначенное на рисунке 13.2 отрезком t2, принимается в пределах 0,15–0,25 с. Повышение давления в тормозных цилиндрах для тормозов с пневматическим приводом происходит и после окончания движения тормозной педали. Соответственно общий тормозной путь от момента появления пре2 пятствия до остановки подвижного состава

где t1 – время реакции водителя, по наблюдениям составляет 0,4–0,5 с, в расчетах принимают t1 = 1 c;

S = S1 + S 2' + S "2 + S 3 ,

94

95

(13.21)

S1 = v н t1 ; S '2 = v н t '2 .

(13.22)

Тормозной путь S "2 можно найти, решая уравнение движения (13.13) методами численного интегрирования по интервалам времени в пред2 положении, что тормозная сила возрастает по линейному закону от нуля до максимальной. Путем интегрирования уравнения движения (13.15) можно опреде2 лить тормозной путь S3. Уравнение решают методами численного ин2 тегрирования по интервалам скорости. Расчетное замедление транспортного средства при полном давлении в тормозных цилиндрах может быть найдено по формуле (13.13). Сред2 ние замедления за весь процесс торможения будут меньшими за счет времени t1 , t '2 и t "2 . В связи с нелинейной зависимостью действующих на транспортное средство тормозных сил и сил сопротивления его движение является неравномерно замедленным. Поэтому при определении среднего замед2 ления за весь период торможения различают два понятия – замедление, рассчитанное по времени торможения tт, и замедление, рассчитанное по длине тормозного пути S. Среднее замедление по времени торможения at =

vн . tт v н2 . 2S

96

13.3 Распределение тормозных сил по колесам транспортного средства При торможении происходит перераспределение нагрузок между пе2 редними и задними колесами. Задние колеса разгружаются, а перед2 ние – нагружаются. Это необходимо учитывать при проектировании тормозов, так как максимальная эффективность торможения обеспечи2 вается при полном использовании сцепления. Распределение макси2 мальных тормозных сил между колесами должно быть пропорциональ2 но нагрузке на колеса. Схема сил, действующих на троллейбус при торможении, приведена на рисунке 13.3.

Рисунок 13.3 – Схема сил, действующих на троллейбус при тормо2 жении

(13.23) Распределение нагрузок между колесами можно найти из условий равновесия моментов относительно точек Б и А:

Среднее замедление по длине тормозного пути as =

Значения средних замедлений, рассчитанные по указанным форму2 лам, различаются между собой. Каждое из понятий среднего замедления имеет свою область применения. Если рассматривать экстренное тор2 можение, то его целью является получение кратчайшего тормозного пути. В этом случае интерес представляет замедление as. При служеб2 ном торможении основным является тормозное время, которое влияет на расход электроэнергии и другие экономические показатели. Для это2 го торможения рассчитывают замедление at.

hд

где S1 – путь, проходимый за время реакции водителя; S '2 – путь, проходимый от момента начала торможения до начала подъема давления воздуха в тормозной системе; " S 2 – путь, проходимый за время наполнения тормозной системы сжатым воздухом; S3 – путь, проходимый при установившемся давлении в тормозных цилиндрах. В период времени t1 и t '2 транспортное средство движется с началь2 ной скоростью vн. Тогда

(13.24)

Z1 (a + b ) − Mgb − Pи hд = 0 ;

(13.25)

Z 2 (a + b) − Mga + Pи hд = 0 ,

(13.26)

97

или Z1 = Z2 =

Mgb + Pи hд a+b Mga − Pи hд a+b

ψ=

;

(13.27)

,

(13.28)

где Z1, Z2 – нагрузки, приходящиеся соответственно на передние и зад2 ние колеса при торможении; M – масса троллейбуса; g – ускорение свободного падения; Pи – сила инерции; hд – высота расположения центра тяжести троллейбуса. Безъюзовое торможение передних и задних колес обеспечивается при выполнении следующих условий: Bт1 ≤ Z1ψ; Bт2 ≤ Z 2 ψ ,

(− dv dt ) ,

где – dv/dt – замедление троллейбуса при торможении. С учетом выражений (13.32) и (13.34), уравнения (13.30) и (13.31) можно записать в виде

Bт1

Bт 2

 dv  hд b + −   dt  g = Mg a+b

 dv  −  dt  ; ⋅ g

 dv  h a − −  д  dt  g = Mg a+b

 dv  −  dt  , ⋅ g

Bт1 = Mg

где Bт1, Bт2 – тормозные силы, реализуемые соответственно на передних и задних колесах; ψ – коэффициент сцепления колес с дорогой. Решая совместно уравнения (13.27), (13.28) и (13.29), получаем

Bт 2 = Mg

Bт1 =

Bт 2 =

a+b Mga − Pи hд a+b

ψ;

(13.30)

ψ.

(13.31)

Сила инерции троллейбуса  dv  Pи = M  −  .  dt 

(13.32)

(13.35)

(13.36)

или

(13.29)

Mgb + Pи hд

(13.34)

g

b + ψh д a+b a − ψhд a+b

ψ;

(13.37)

ψ.

(13.38)

По уравнениям (13.35) и (13.36) определяют тормозные силы перед2 них и задних колес при заданном замедлении троллейбуса, а по уравне2 ниям (13.37) и (13.38) – при заданном коэффициенте сцепления. При расчетах тормозных систем экстренного торможения рекомен2 дуется принимать для троллейбусов ψ = 0,6 … 0,8, для рельсового под2 вижного состава ψ = 0,4. Добавочную нагрузку передних (разгрузку задних) колес можно определить по одной из формул  dv  M  − hд h dt  †Z = ; †Z =  ; †Z = Mgψ д . a+b a+b a+b Pи hд

(13.39)

Полное значение тормозной силы  dv  Bт = M  − ; Bт = Mgψ ,  dt 

откуда 98

13.4 Расчет стояночного тормоза (13.33)

Сила нажатия тормозных колодок (накладок) должна быть достаточ2 ной для удержания транспортного средства в заторможенном состоянии 99

на нормируемом уклоне. Схема сил, действующих на заторможенное на уклоне транспортное средство, приведена на рисунке 13.4. Максимальная тормозная сила, необходимая для удержания транс2 портного средства на месте при всех заторможенных колесах, Bmax ≤ M max g cos αψ , (13.40)

Рисунок 13.4 – Схема сил, дей2 ствующих на заторможенное на уклоне транспортное средство

где Mmax – масса транспортного сред2 ства при максимальной за2 грузке пассажирами; ψ – коэффициент сцепления; α – нормируемый уклон. При задних заторможенных ко2 лесах Bmax = Z 2 ψ ,

(13.41)

где Z2 – нагрузка от задних колес на дорожное покрытие. Для двухосного экипажа Z2 = Bmax =

M max g (a cos α − hд sin α ) ; L

(13.42)

ψM max g (a cos α − hд sin α ) , L

(13.43)

где L – база транспортного средства; а – расстояние от центра тяжести до передней оси; hд – высота центра тяжести от уровня дорожного покрытия. Наибольший уклон αпр, на котором можно удержать заторможен2 ное транспортное средство, определяется по формулам: – при всех заторможенных колесах – tg α пр = ψ; α пр = arctg ψ ;

(13.44)

– при задних заторможенных колесах – tg α пр =

aψ aψ . ; α пр = arctg L + ψhд L + ψh д

100

(13.45)

При расчетах механической части стояночного тормоза максимальная расчетная сила на рукоятке маховика колонки ручного тормоза прини2 мается равной 200–300 Н, а на рычаге привода рычажного типа – 400 Н. 14 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ТОРМОЗНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА Для поддержания подвижного состава городского электрического транспорта в технически исправном состоянии, обеспечивающем безопасную и бесперебойную работу, производят его техническое обслуживание и ремонт. Техническое обслуживание и ремонт осуще2 ствляют в определенной системе в зависимости от времени нахожде2 ния транспортного средства в эксплуатации, объема выполняемых работ, потребности в ремонте либо профилактических ремонтах. Сис2 тема технического обслуживания и ремонта определяет виды, сроки, содержание и чередование работ. Техническое обслуживание и ре2 монт тормозного оборудования выполняют в сроки, определенные для проведения технического обслуживания и ремонта транспортного средства в целом. В основу обслуживания и ремонта подвижного состава положена планово2предупредительная система, в соответствии с которой через регламентированные промежутки времени или пробега на подвижном составе выполняют работы по установленному перечню. 14.1 Техническое обслуживание тормозного оборудования троллейбусов При ежедневном техническом обслуживании (ЕО) осматривают приводы рабочего и стояночного тормозов, проверяют состояние тяг, наличие шплинтов и гаек, затяжку контргаек, работу компрессора, давление в пневмосистеме. Давление в пневматической системе трол2 лейбуса ниже 0,64 МПа и выше 0,74 МПа указывает на необходимость регулировки регулятора давления. Если давление в тормозных каме2 рах ниже 0,50 МПа при полностью нажатой тормозной педали, то не2 обходимо отрегулировать ее ход. При вывешенном ведущем мосте 101

проверяют действие тормозов по быстроте затормаживания вращаю2 щихся ходовых колес. Основным видом ухудшения технического состояния аппаратуры напорной и тормозной систем является засорение магистралей и камер пневматического оборудования продуктами коррозии, консистентными соединениями масла и частицами минерального происхождения. При2 чиной коррозии является наличие влаги в сжатом воздухе, не задержан2 ной влагомаслоотделителем. Образование влаги в пневматической системе троллейбуса является неизбежным процессом, так как вследствие сжатия и нагрева воздуха даже с относительно низкой влажностью наступает его насыщенное состояние. Понижение температуры воздуха приводит к образованию конденсата. В зимнее время его наличие является причиной отказа тор2 мозов. Поэтому при всех видах технического обслуживания из ресиве2 ров сливают накопившийся конденсат. В холодную погоду перед этой операцией пневмосистему продувают горячим воздухом для размора2 живания льда в пневматических приборах. Во время первого технического обслуживания (ТО01), кроме работ в объеме ЕО, проверяют состояние и крепление тормозных цилиндров (камер) и воздухопроводов, действие пневматического привода, отсут2 ствие заеданий, измеряют зазоры между накладками тормозных коло2 док и тормозным барабаном, регулируют выход штоков тормозных цилиндров. Проверяют действие тормозов на переднем и заднем мостах в вывешенном состоянии. Действие механических тормозов ведущего моста определяют по “срыву сцепления” (по началу вращения колес при включении тягового электродвигателя на первых позициях контроллера управления при заторможенных колесах) или по быстроте остановки вращающихся колес. О работе механических тормозов управляемых колес судят по невозможности проворачивания их вручную в затормо2 женном состоянии. Второе техническое обслуживание (ТО02) является переходным ме2 жду техническим обслуживанием и ремонтом троллейбуса. Вначале выполняют работы в объеме ТО21. Затем снимают тормозные барабаны, осматривают их и проверяют надежность крепления. Проверяют время наполнения системы сжатым воздухом и величину его общей утечки. Оценивают работу тормозных кранов, состояние тормозных цилиндров (камер). Производят диагностику тормозных устройств. К диагностиче2 ским характеристикам относятся: – тормозной путь и среднее замедление троллейбуса при торможении;

Существует два основных метода контроля эффективности тормоз2 ных систем троллейбусов: – дорожные испытания; – стендовые испытания. Дорожные испытания проводят на прямом горизонтальном участке дороги с высоким коэффициентом сцепления. В процессе торможения водитель не должен менять траекторию движения троллейбуса. Показа2 телями эффективности тормозов при дорожном испытании являются: – тормозной путь; – установившееся замедление; – время срабатывания тормозов. Основные нормативные показатели тормозных свойств определяют2 ся в режиме испытания при полной загрузке транспортного средства. При дорожных испытаниях замедление троллейбуса измеряют с по2 мощью деселерометра. Принцип работы деселерометра основан на фик2 сации пути перемещения подвижной инерционной массы прибора отно2 сительно его корпуса, жестко связанного с конструкцией транспортного средства. При торможении троллейбуса подвижная масса прибора пе2 ремещается под действием силы инерции. Перемещение пропорцио2 нально замедлению. Деселерометр фиксирует максимальное замедление. Имеются десе2 лерометры с записью значений замедления на специальную ленту. Это позволяет одновременно с замедлением определить и время срабатыва2 ния тормозов. Есть деселерометр с сигнализацией. В случае, если за2 медление равно или больше заданного, на приборе загорается сигналь2 ная лампочка. Если она не загорается, техническое состояние тормозов неудовлетворительное. Нормативные показатели тормозов необходимо определять при пол2 ной загрузке троллейбуса. Это трудно выполнимо из2за большой трудо2

102

103

– выходы штоков тормозных цилиндров; – время срабатывания тормозов; – величина тормозных сил и распределение этих сил по колесам (разность между тормозными силами на левых и правых колесах не должна превышать 15–20 %); – усилие свободного вращения колес; – постоянство тормозного момента по углу поворота ходовых колес. 14.2 Методы контроля эффективности тормозных систем

емкости таких испытаний. Дорожные испытания обычно проводят при приемке водителем троллейбуса перед выездом на маршрут. Проведе2 ние этих испытаний при техническом обслуживании и ремонте вызыва2 ет значительные трудности в связи с невозможностью маневра троллей2 буса вне связи с контактной сетью, а это требует большого объема ма2 невровых работ. По результатам дорожных испытаний невозможно дать полное за2 ключение об исправности тормозов. При испытании нельзя определить равномерность распределения тормозных сил по колесам. Различие в тормозных силах колес одной оси выше нормы при испытании может не привести к выводу за пределы допустимых тормозного пути и замедле2 ния из2за большой суммарной тормозной силы и хорошего сцепления. Во время эксплуатации на дорогах с худшим качеством сцепления при торможении троллейбуса может произойти потеря поперечной устойчи2 вости (занос) и увеличение тормозного пути. Стендовые испытания осуществляют на специальных стендах, на которых торможение происходит подобно торможению на дороге. По2 верхность дороги, которая в контакте с колесами реализует тормозную силу, заменяют роликами или подвижной платформой. Стендовые ис2 пытания тормозов троллейбуса проводят двумя методами: – инерционным; – силовым. При и н е р ц и о н н о м м е т о д е параметры тормозной системы измеряют во время поглощения тормозами кинетической энергии вра2 щающихся частей стенда или движущегося троллейбуса. Вращающиеся массы стенда раскручивают специальным электродвигателем или дви2 гателем троллейбуса. При с и л о в о м м е т о д е со стороны стенда к заторможенному колесу прикладывается сила, характер изменения которой определяет состояние тормозов. Эта сила создается на стендах с частичным прово2 рачиванием колес электромеханическими, пневматическими или гид2 равлическими устройствами, а на стендах с постоянной частотой вра2 щения – затормаживанием колеса троллейбуса электродвигателем через редуктор. Стендовый метод позволяет производить испытание тормозов непо2 средственно в помещении, требует меньших затрат времени и энергии, обладает большой точностью, воспроизводимостью и объективностью результатов. Кроме этого, метод позволяет оценить техническое состоя2 ние тормозного механизма каждого колеса, получить параметры и уста2

Для испытания тормозных систем троллейбусов реальное примене2 ние получили следующие стенды: – роликовые инерционные; – роликовые силовые; – площадочные инерционные; – площадочные силовые. Применение стендов позволяет обеспечить измерение тормозных показателей с высокой точностью и регистрацией, имитировать различ2 ные дорожные условия, а также безопасность испытаний, малые затраты времени на диагностику. Принципиальная схема роликового инерционного стенда приведе2 на на рисунке 14.1. Троллейбус устанавливают на опорные ролики 1. «Разгон» троллейбуса осуществляется собственным двигателем с по2 мощью ведущих колес, передаточного вала 6, редукторов 7 и цепных передач 4. Маховые массы 3 стенда при этом получают запас кинетиче2 ской энергии, которая имитирует поступательное движение троллейбу2 са. Для раздельного торможения колес используются электромагнитные муфты 8. Частота вращения («скорость» движения) фиксируется тахоге2 нераторами 2, тормозной путь – импульсными счетчиками оборотов 5, а наибольшее замедление каждого колеса – инерционными датчиками 9. При установке дополнительного электропривода роликов расширяются возможности стенда. Появляется возможность имитации движения на подъемах и спусках. Площадочный инерционный стенд состоит из четырех площадок, подвижных в горизонтальном направлении. Каждая из них связана с динамометрической пружиной, препятствующей перемещению площа2 док. При испытании тормозов транспортное средство выезжает на под2 вижные площадки с точно зафиксированной скоростью (5–7 км/ч) и резко затормаживает. Возникающая при этом сила инерции пропорцио2 нальная тормозной силе, перемещает площадки на расстояние, пропор2 циональное массе транспортного средства, его замедлению и обратно пропорциональное жесткости пружин. Значение этой силы фиксируется на каждой площадке.

104

105

новить конкретную причину снижения эффективности тормозов, прово2 дить повторный контроль после регулировки и ремонтных работ. 14.3 Средства стендового контроля

Площадочный силовой стенд имеет площадки, которые переме2 щаются по отношению к транспортному средству, прокручивая затор2 моженные колеса последнего. Значение силы прокручивания каждого колеса, характеризующее тормозную силу, регистрируется соответст2 вующими датчиками.

цепной передачей 4, измерительное устройство 3, установленное на вал 2, редуктор 1 и электродвигатель 7, обеспечивающий вращение роликов с крутящим моментом до 3 кНˆм. Для съезда троллейбуса со стенда пре2 дусмотрена выталкивающая площадка 6. Ролики 5 выполнены с про2 дольной нарезкой, что позволяет реализовать высокий коэффициент сцепления даже при мокрых шинах (0,65–0,75). В качестве измеритель2 ного устройства использован магнитоупругий преобразователь (МУП). Он позволяет измерять крутящий момент без механического или элек2 трического контактов с вращающимся валом. Блок2схема стенда СКТ приведена на рисунке 14.3.

Рисунок 14.1 – Принци2 пиальная схема ролико2 вого инерционного стенда: 1 – опорные ролики; 2 – та2 хогенератор; 3 – маховик; 4 – цепная передача; 5 – им2 пульсный счетчик оборотов; 6 – передаточный вал; 7 – ре2 дуктор; 8 – электромагнит2 ная муфта; 9 – инерционный датчик замедления

Рисунок 14.2 – Схема блока роликов стенда СКТ

Недостатком площадочных стендов является большая погрешность. Кроме того, они требуют значительных площадей для установки самого стенда и места для разгона транспортного средства. Преимущества инерционных стендов хорошо реализуются для диаг2 ностики тормозов пневмоколесных машин, рассчитанных на высокие скорости движения. Однако применительно к троллейбусам они несу2 щественны, так как их максимальная скорость движения до 60 км/ч, а торможение до скорости 5–6 км/ч осуществляется электрическим тор2 мозом. По мнению специалистов наиболее приемлемыми являются ро2 ликовые силовые стенды. Наибольшее распространение в эксплуатации получил силовой ро0 ликовый тормозной стенд типа СКТ. Он состоит из идентичных бло2 ков роликов (рисунок 14.2) для каждого колеса троллейбуса. Блок включает в себя два ролика 5, кинематически связанных между собой

Рисунок 14.3 – Блок2схема стенда СКТ

106

107

С измерительного устройства 4, измеряющего крутящий момент на валу между роликами 5 стенда и редуктором 2, приводимом во враще2 ние электродвигателем 3, сигнал поступает на прибор 12, по которому считывают текущее значение тормозной силы. Этот же сигнал поступа2 ет в блоки сравнения 9 и 6. Перед началом испытаний оператор вводит в блок уставок 11 нижнее значение тормозной силы, а в блок уставок 8 – верхнее значение тормозной силы. В процессе испытаний при нажатии педали 1 замыкается датчик 14, по сигналу которого блок 13 запускает секундомеры 7 и 10. Как только от датчика 4 в блок сравнения 9 посту2 пает сигнал о достижении тормозной силы нижней величины, блок 9 останавливает секундомер 10, а в момент достижения тормозной силы верхней величины блок 6 останавливает секундомер 7. Стенд позволяет измерять время нарастания тормозной силы до двух заранее заданных значений и установившееся значение этой силы, т. е. дает возможность реализовать на стенде различные режимы измерений. Для диагностирования пневматических систем троллейбусов приме2 няются переносные стенды (СКП). Они позволяют измерять следую2 щие параметры: – производительность компрессора; – давление сжатого воздуха, при котором открываются регуляторы давления; – давление сжатого воздуха, при котором включается и выключается электродвигатель компрессора; – давление сжатого воздуха, развиваемое тормозным краном в тор2 мозных механизмах колес при нажатии тормозной педали; – время нарастания и спада давления воздуха в тормозных цилинд2 рах при всех режимах торможения; – плотность пневматической системы во всех режимах; – проверку точности манометров на панели приборов.

ется углом поворота тормозной педали по принципу следящего дейст2 вия тормозного крана. Подача же сжатого воздуха в тормозные цилинд2 ры ведомого троллейбуса осуществляется двухступенчато посредством системы электропневмовентилей. В процессе контролируют так называемую статическую характери2 стику. При этом определяют: – давление настройки редукционного клапана электропневмовентиля первой ступени торможения; – давление в приводе ведущей машины, при котором происходит включение электропневмовентилей второй ступени торможения ведо2 мой машины; – давление настройки редукционного клапана электропневмовентиля второй ступени торможения ведомой машины; – максимальное установившееся давление в приводе ведущей машины; – взаимное положение углов поворота тормозной педали, при кото2 рых начинается нарастание давления соответственно в ведущей и ведо2 мой машинах. Этот контроль производится с помощью переносного стенда СКП. Контроль эффективности тормозов каждого из колес поезда осуществ2 ляется на стенде СКТ. 14.5 Техническое обслуживание тормозного оборудования трамваев

Особенности контроля тормозов троллейбусных поездов обусловли2 ваются тем, что между троллейбусами поезда нет пневматической свя2 зи. При торможении механическим тормозом (дотормаживание после злектрического торможения или при экстренном торможении) давление воздуха в тормозных цилиндрах (камерах) ведущей машины определя2

При ежедневном техническом обслуживании (ЕО) проверют ис2 правность тормозного оборудования, устраняют мелкие неисправности по заявкам водителей, сливают конденсат. В зимнее время прогревают пневматическую систему. При контрольно2профилактическом осмотре (КПО) проверяют про2 изводительность и работу компрессора, уровень масла в картере, отсут2 ствие утечек в пневматической системе. При наличии утечек их устра2 няют. Систему продувают сжатым воздухом. Проверяют состояние и надежность крепления тормозного оборудования, работу тормозных цилиндров, регулируют выходы штоков, проверяют четкость работы и легкость вращения рукоятки крана водителя. Контролируют зазор меж2 ду тормозными накладками и барабаном у барабанного тормоза и поло2 жение башмака относительно рельса у рельсового тормоза. Проверяют работу всех видов тормозов трамвая.

108

109

14.4 Особенности контроля тормозных систем троллейбусных поездов

Техническое обслуживание тормозного оборудования производят при ТО21, ТО22 и ТО23 с целью предупреждения отказов и поддержания его в работоспособном состоянии, обеспечивающем безопасность дви2 жения в период между соответствующими видами ТО. При этом осуще2 ствляют осмотр состояния, испытание и регулировку оборудования. При текущих ремонтах вагонов ТР21, ТР22 и ТР23 выполняют ремонт и замену отдельных деталей или узлов в зависимости от их состояния, а также испытания, регулировку и частичную модернизацию оборудова2 ния. Цель текущего ремонта – восстановить основные технические ха2 рактеристики и обеспечить работоспособность в период между соответ2 ствующими ремонтами. Сроки проведения видов технического обслуживания и ремонта ус2 танавливают по пробегу. При ТО01 производят внешний осмотр тормозной рычажной переда2 чи и тормозных колодок, проверяют их состояние и крепление. При толщине средней части тормозной колодки менее 4 мм или наличии раковин колодку заменяют. Контролируют зазор между колодками и бандажом колесной пары. Проверяют крепление и состояние пневмати2 ческого оборудования, наличие утечек воздуха на слух, сливают кон2

денсат из резервуаров и маслоотделителей, устраняют неисправности по записям локомотивной бригады. При ТО02 кроме работ, предусмотренных по ТО21, проверяют регу2 лировку тормозной передачи и величину выхода штока. На всех вагонах проверяют состояние соединительных рукавов, шлангов, целостность и плотность воздухопроводов на слух. Утечки воздуха устраняют. В го2 ловных вагонах проверяют работу компрессора, правильность срабаты2 вания регуляторов давления, действие крана машиниста, срывного кла2 пана. Контролируют уровень масла в картере компрессора. При ТО03 дополнительно к объему работ по ТО22 на головных ваго2 нах проверяют состояние деталей крана машиниста и смазывают их. Замеряют расстояние от нижней точки скобы срывного клапана до уровня головки рельса. На всех вагонах проверяют действие воздухо2 распределителей и пневматических аппаратов. ТР01 выполняют без отцепки вагона от состава. Производят осмотр, ремонт и частичную ревизию всего тормозного оборудования, смазку и регулировку всех узлов. Особое внимание обращают на состояние руч2 ного тормоза и тормозной рычажной передачи. Разбирают кран маши2 ниста. Детали его протирают, проверяют их состояние, устраняют неис2 правности, смазывают. Кронштейн срывного клапана снимают для маг2 нитной дефектоскопии. Ремонтируют компрессор, при необходимости заменяют клапанную коробку. При ТР02 выполняют ревизию автотормозного и пневматического оборудования. Кран машиниста, предохранительный и обратный клапа2 ны, реле давления и тормозной цилиндр подвергают ревизии в объеме ТО21 на вагоне. Остальные тормозные приборы и аппараты демонтиру2 ют с вагона и отправляют в цех, где их ремонтируют и регулируют. При ТР03 производят ремонт тормозной рычажной передачи и руч2 ного тормоза. Тормозное и пневматическое оборудование подвергают ревизии, ремонту и испытанию. Продувают и ремонтируют воздухопро2 воды, осуществляют техническое освидетельствование воздушных ре2 зервуаров, ремонт и испытание компрессоров, ревизию и гидравличе2 ское испытание пневматических рукавов. После ремонта и сборки тор2 мозной рычажной передачи ее регулируют. Затем на вагоне проверяют плотность всех воздухопроводов, производительность и вибрацию ком2 прессора, регулировку пневматического тормоза при всех видах тормо2 жения, работу стоп2кранов. При капитальном ремонте все тормозное оборудование демонтируют с вагона и отправляют в цех для разборки, ремонта, испытания и регулировки.

110

111

При текущем ремонте (ТР) дополнительно к работам, выполняемым в объеме КПО, снимают клапанную коробку, проверяют и прочищают ее детали. Проверяют плотность тормозных цилиндров. Производят проверку плотности пневматической системы при давлении 0,60 + 0,05 МПа при полном торможении и закрытых дверях, а также при полном торможении и открытых дверях. Время падение давления в системе на 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) не должно превышать 2,5–4,0 минут в зависимости от модели трамвая. Проверяют износ тормозных накладок. Износ тормозного башмака электромагнитного рельсового тормоза про2 веряют по риске. При плановых видах ремонта основное тормозное оборудование трамвая демонтируют и направляют в специализированные цехи или мастерские. При ревизии и осмотрах снимают только те детали, объем ремонта которых не может быть выполнен на месте. 14.6 Техническое обслуживание тормозного оборудования вагонов метрополитена

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Иванов, М. Д. Механическое оборудование электроподвижного состава городского транспорта / М. Д. Иванов. – М. : Транспорт, 1980. – 208 с. 2 Троллейбусы. Устройство и техническое обслуживание / М. В. Богдан [и др.] : под ред. М. В. Богдана. – Мн., 1997. – 256 с. 3 Веклич, В. Ф. Диагностирование технического состояния троллейбусов / В. Ф. Веклич. – М. : Транспорт, 1990. – 295 с. 4 Ефремов, И. С. Теория и расчет механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта / И. С. Ефремов, Б. П. Гущо2 Малков. – М. : Стройиздат, 1970. – 480 с. 5 Ефремов, И. С. Технические средства городского электрического транспор2 та : учеб. пособие для студентов вузов специальности «Городской электриче2 ский транспорт» / И. С. Ефремов, В . М. Кобозев, В. В. Шевченко. – М. : Выс2 шая школа, 1985. – 448 с. 6 Ефремов, И. С. Механическое оборудование троллейбусов / И. С. Ефре2 мов, В. М. Кобозев. – М. : Транспорт, 1978. – 309 с. 7 Максимов, А. Н. Городской электротранспорт: Троллейбус / А. Н. Мак2 симов. – М. : Академия, 2004. – 256 с. 8 Богдан, Н. В. Троллейбус. Теория, конструирование, расчет / Н. В. Богдан, Ю. Е. Атаманов, А. И. Сафонов : под ред. Н. В. Богдана. – Мн. : Ураджай, 1999. – 346 с. 9 Махмутов, К. М. Устройства интервального регулирования движения по2 ездов на метрополитене / К. М. Махмутов. – М. : Транспорт, 1986. – 351 с.

Учебное издание ЛИСИЧКИН Эрнст Афанасьевич РУДОВ Павел Корнеевич ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА Учебно2методическое пособие Редактор И. И. Эвентов Технический редактор В. Н. Кучерова Подписано в печать 14.07.2009 г. Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 6,51. Уч.2изд. л. 6,58. Тираж 95 экз. Зак. № . Изд. № 23 Издатель и полиграфическое исполнение Белорусский государственный университет транспорта: ЛИ № 02330/0133394 от 19.07.2004 г. ЛП № 02330/0494150 от 03.04.2009 г. 246653, г. Гомель, ул. Кирова, 34.

112

113

Шрифты для формул 10,5 8 7 15 – 13 12

114

115

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Кафедра вагонов и вагонного хозяйства

Кафедра вагонов и вагонного хозяйства

Э. А. ЛИСИЧКИН П. К. РУДОВ

Э. А. ЛИСИЧКИН П. К. РУДОВ

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Учебно0методическое пособие для студентов специальности «Городской электрический транспорт»

Учебно0методическое пособие для студентов специальности «Городской электрический транспорт»

Одобрено методической комиссией механического факультета

Гомель 2009

Гомель 2009

УДК 656.132.6(075.8) ББК 39.83 Л63

ОГЛАВЛЕНИЕ

Р е ц е н з е н т – канд. техн. наук, заведующий кафедрой «Электрический подвижной состав» В. С. Могила (УО «БелГУТ»)

3.4.1 Распределение давлений по площади фрикционного контакта при равномер0 ном износе накладок ………………………………………………………... 3.4.2 Выбор точки приложения силы нажатия для обеспечения равномерного изно0 са накладок ……………………………………………………………….... 3.4.3 Эффективный радиус трения ………………………………………………. 3.4.4 Условие безъюзового торможения и выбор силы нажатия …………………..

Лисичкин, Э. А. Л63

Тормозные системы электроподвижного состава : учеб.0метод. пособие для студентов специальности «Городской электрический транспорт» / Э. А. Лисичкин, П. К. Рудов. – Гомель : БелГУТ, 2009. – 112 с. ISBN 97809850468060606 Изложены принцип действия, конструкция, особенности и характеристи0 ки тормозных систем подвижного состава городского электрического транс0 порта. Рассмотрены основы торможения и методы расчета тормозов. Приве0 дены особенности эксплуатации, технического обслуживания и ремонта тор0 мозного оборудования. Предназначено для студентов специальности «Городской электрический транспорт». УДК 656.132.6(075.8) ББК 39.83

ISBN 97809850468060606

Введение ……………………………………………………………………………... 1 Общие сведения о тормозах подвижного состава ……………………………. 1.1 Классификация тормозов ……………………………………………………... 1.2 Режимы торможения ………………………………………………………….. 1.3 Требования к тормозным системам подвижного состава …………………... 1.4 Воздушная и тормозная волны ……………………………………………….. 2 Тормозная сила …………………………………………………………….……... 2.1 Образование тормозной силы ………………………………………………… 2.2 Безъюзовое торможение ……………………………………………………..... 3 Тормозные механизмы …………………………………………………………... 3.1 Колесно0колодочные тормозные механизмы ………………………………... 3.2 Дисковые тормозные механизмы …………………………………………….. 3.3 Образование тормозной силы дискового тормоза …………………………... 3.4 Расчет дискового тормозного механизма ………………………………….....

© Лисичкин Э. А., Рудов П. К., 2009 © Оформление. УО «БелГУТ», 2009

3.5 Барабанные тормозные механизмы ………………………………………….. 3.6 Образование тормозной силы барабанного тормоза ……………………….. 3.7 Расчет барабанного тормозного механизма ……………………………….... 3.8 Рельсовые тормозные механизмы ……………………………………………. 4 Приводы механических тормозов ……………………………………………… 4.1 Общие сведения ……………………………………………………………….. 4.2 Пневматический тормозной привод …………………………………………. 4.3 Гидравлический тормозной привод ………………………………………….. 4.4 Пневмогидравлический тормозной привод …………………………………. 4.5 Электромагнитный тормозной привод ………………………………………. 4.6 Пружинный тормозной привод ………………………………………………. 4.7 Тормозной привод с пружинным энергоаккумулятором …………………… 4.8 Мускульный тормозной привод ……………………………………………… 5 Тормозные передачи …………………………………………………………….. 5.1 Общие сведения ……………………………………………………………..... 5.2 Характеристики тормозных передач ………………………………………… 6 Приборы управления пневматическими тормозами ……………………….. 6.1 Тормозные краны троллейбусов …………………………………………….. 6.2 Тормозные краны трамваев ………………………………………………….. 6.3 Краны машиниста поездов метрополитена …………………………………. 7 Подготовка сжатого воздуха в пневматических системах …………………..

5 6 6 11 12 12 14 14 15 17 18 22 24 25 25 26 29 31 32 34 35 38 39 39 41 44 44 45 45 46 48 49 49 49 50 50 53 53 54

7.1 Состояние и качество сжатого воздуха ……………………………………… 54 7.2 Способы осушки и очистки воздуха ……………………………………….... 56 7.3 Замкнутые пневматические системы ………………………………………... 58 7.4 Маслоотделители и противозамерзатели ………………………………….... 59 8 Компрессорные установки в тормозных системах подвижного состава ...... 60 8.1 Классификация компрессоров ……………………………………………....... 60 8.2 Конструкции компрессоров …………………………………………………... 62 8.3 Диаграмма работы и производительность компрессора ………………......... 63 8.4 Оценка технического состояния и особенности технического обслужива0 ния компрессора ……………………………………………………………….. 66 9 Общие сведения о тормозных системах подвижного состава городского электрического транспорта ……………………………………………………... 69 10 Тормозные системы троллейбусов ……………………………………………. 71 10.1 Общие сведения …………………………………………………………….. 71 10.2 Пневматическая тормозная система троллейбусов ЗИУ ………………… 72 10.3 Пневматические тормозные системы троллейбусов производства ПО «Белкоммунмаш» …………………………………………………………… 73 11 Тормозные системы трамвайных вагонов …………………………………... 78 11.1 Общие сведения …………………………………………………………….. 78 11.2 Пневматическая тормозная система трамвая ……………………………... 79 12 Устройства и приборы обеспечения безопасности движения поездов мет0 рополитена ……………………………………………………………………….. 82 12.1 Тормозные системы поездов метрополитена ……………………………... 82 12.2 Автостопы …………………………………………………………………… 83 12.3 Автоблокировка …………………………………………………………….. 85 12.4 Автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регули0 рованием скорости …………………………………………………………. 86 13 Тормозные расчеты …………………………………………………………….. 90 13.1 Уравнение движения тормозящегося подвижного состава ……………... 90 13.2 Расчет тормозного пути, замедления и времени торможения ………….. 93 13.3 Распределение тормозных сил по колесам транспортного средства …... 97 13.4 Расчет стояночного тормоза ……………………………………………… 99 14 Техническое обслуживание тормозного оборудования подвижного соста0 ва городского электрического транспорта ………………………………….. 101 14.1 Техническое обслуживание тормозного оборудования троллейбусов …. 101 14.2 Методы контроля эффективности тормозных систем …………………… 103 14.3 Средства стендового контроля ……………………………………………. 105 14.4 Особенности контроля тормозных систем троллейбусных поездов …… 108 14.5 Техническое обслуживание тормозного оборудования трамваев …….... 109 14.6 Техническое обслуживание тормозного оборудования вагонов метро0 политена ……………………………………………………………………. 110 Список литературы ………………………………………………………………… 112

4

ВВЕДЕНИЕ Городской электрический транспорт является частью производст0 венной и социальной инфраструктуры города и служит главным средст0 вом доставки населения к местам работы и отдыха. Выполняя жизненно важные функции в современном городе, он должен обладать высокой надежностью и безопасностью. Активная безопасность транспортных средств обеспечивается их хорошими тормозными свойствами. Тормозные свойства – это способность транспортного средства быстро снижать скорость вплоть до полной остановки при минимальном тормоз0 ном пути, сохранять заданную скорость при движении на спуске, а также оставаться неподвижным при действии случайных сил. Торможение явля0 ется важной составляющей частью процесса движения транспортного средства, обеспечивающей безопасность его эксплуатации. Уменьшение скорости движения транспортного средства происходит за счет искусственного создания сопротивления его перемещению. При этом уменьшается (или полностью рассеивается) энергия транспортного средства, накопленная в процессе предыдущего движения. Преобразо0 вание этой энергии в работу трения осуществляется в механизмах тор0 мозных систем, расположенных непосредственно в колесах, на валах трансмиссий, или в электрическую энергию при электродинамическом торможении тяговым двигателем. Надежная и экономичная работа тормозных систем зависит от тех0 нического состояния тормозного оборудования, его безотказности и долговечности. Поэтому наряду с улучшением конструкций требуется хорошо организованное техническое обслуживание оборудования, своевременное обнаружение и устранение неисправностей, а также про0 ведение высококачественного ремонта тормозов в депо. Для этого спе0 циалисты, связанные с эксплуатацией тормозного оборудования под0 вижного состава, должны иметь высокую техническую грамотность в вопросах конструкции и особенностей работы тормозов. Пособие предназначено для оказания помощи студентам специально0 сти «Городской электрический транспорт» в изучении курса «Тормозные системы электроподвижного состава». 5

3

На подвижном составе городского электрического транспорта при0 меняются ручные, пневматические, электропневматические, гидравли0 ческие и электрические тормоза с использованием для создания тормоз0 ной силы мускульной энергии человека, потенциальной энергии сжато0 го воздуха или пружин, давления жидкости и электрической энергии. Тормоза классифицируются по различным признакам. По свойствам управляющей части они подразделяются на а в т о м а т и ч е с к и е и неавтоматические. Автоматическими называются тормоза, которые при разрыве тор0 мозной магистрали или при искусственном выпуске воздуха из нее ав0 томатически (независимо от воли водителя или машиниста) приходят в действие вследствие снижения давления воздуха в магистрали.

Неавтоматические тормоза при разрыве тормозной магистрали не срабатывают. В отличие от автоматических тормозов приходят в дейст0 вие при повышении давления в тормозной магистрали. В настоящее время автоматические тормоза применяются в поездах метрополитена, что позволяет обеспечивать безопасность и высокие скорости движения поездов. Неавтоматические тормоза обычно приме0 няются в пределах одной единицы подвижного состава. Упрощенная принципиальная схема неавтоматического пневматиче0 ского тормоза приведена на рисунке 1.1, а. Тормоз включает в себя ис0 точник 1 питания сжатым воздухом (компрессор), который через обрат0 ный клапан 2 нагнетает сжатый воздух в главный резервуар 3. Обратный клапан разобщает главный резервуар от компрессора, ко0 гда последний прекращает работу. Тормозной кран 4 предназначен для управления тормозами из кабины транспортного средства. Тормозные цилиндры 5 являются приводами тормозных механизмов. В зависимости от положения тормозного крана происходит один из следующих процессов: торможение, перекрыша, отпуск. По способности автоматически восполнять утечки воздуха из тормозных цилиндров в процессе торможения и перекрыши различают п р я м о д е й с т в у ю щ и е и н е п р я м о д е й с т в у ю щ и е тормоза. На подвижном составе используются три принципиальные схемы пневматических тормозов, которые приведены на рисунке 1.1. Неавтоматический прямодействующий тормоз (см. рисунок 1.1, а). При торможении происходит непосредственное (прямое) сообщение тормозных цилиндров 5 с магистралью, питающей их сжатым воздухом через тормозной кран 4 из главного резервуара 3. Давление в тормозных цилиндрах при этом повышается, и тормозные механизмы приводятся в действие. При достижении необходимого дав0 ления воздуха в тормозных цилиндрах кран 4 устанавливается в поло0 жение, при котором прекращается сообщение магистрали с тормозными цилиндрами и в них фиксируется установленное давление. Такое поло0 жение называется перекрышей. При отпуске тормозные цилиндры через тормозной кран сообщаются с атмосферой. В схемах а в т о м а т и ч е с к и х п р я м о д е й с т в у ю щ и х и н е п р я м о д е й с т в у ю щ и х т о р м о з о в (рисунок 1.1, б, в) на каж0 дой тормозной единице устанавливается дополнительно воздухораспре0 делитель 7 и запасный резервуар 8. Прежде чем привести такой тормоз в действие, сначала необходимо произвести его зарядку, то есть повысить давление воздуха в тормозной магистрали 6 и запасном резервуаре 8.

6

7

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Движущееся транспортное средство обладает большой кинетической энергией, величина которой пропорциональна массе транспортного средства и квадрату его скорости движения. При торможении эта энер0 гия должна быть погашена тормозными устройствами путем преобразо0 вания ее либо в тепловую, либо в электрическую. Тормозом называется комплекс устройств, предназначенных для создания искусственного сопротивления движению транспортного средства при регулировании его скорости или остановке, а также для удержания транспортного сред0 ства на месте. На городском электрическом транспорте, экипажи которого движут0 ся в общем транспортном потоке с частыми маршрутными остановками и изменениями скорости, вызванными дорожно0транспортной ситуаци0 ей, тормозные системы играют весьма важную роль. Отказы тормозов, как правило, ведут к серьезным материальным потерям, а иногда и к человеческим жертвам. Практика показывает, что некоторые дорожно0 транспортные происшествия можно было бы предотвратить при более эффективном действии тормозных систем (меньший тормозной путь, отсутствие бокового скольжения и т. п.). Эффективность тормозов са0 мым непосредственным образом влияет на все показатели качества пас0 сажирского транспорта: безопасность, скорость движения, комфорта0 бельность, экономичность. 1.1 Классификация тормозов

4

Рисунок 1.1 – Упрощенные принципиальные схемы тормозов: а – неавтоматический прямодействующий; б – автоматический непрямодействующий; в – автоматический прямодействующий; I – зарядка и отпуск; II – торможение; 1 – компрессор; 2 – обратный клапан; 3 – главный резервуар; 4 – тормозной кран; 5 – тормозной цилиндр; 6 – тормозная магистраль; 7 – воздухораспределитель; 8 – запасный резервуар

8

При зарядке воздухораспределитель сообщает тормозную магист0 раль с запасным резервуаром, заряжая его до зарядного давления, а тормозные цилиндры 5 – с атмосферой. При торможении снижается давление воздуха в магистрали 6, что вызывает срабатывание воздухо0 распределителя. Последний наполняет тормозные цилиндры из запасно0 го резервуара воздухом до давления, соответствующего величине его снижения в тормозной магистрали. Промежуточное положение воздухораспределителя, когда тормоз0 ные цилиндры при определенном давлении разобщены с запасным ре0 зервуаром, соответствует перекрыше. При отпуске тормоза повышается давление в тормозной магистрали и камерах воздухораспределителя, как при зарядке. Тормозные цилиндры сообщаются с атмосферой, а запасный резервуар – с магистралью. В автоматическом непрямодействующем тор0 м о з е (рисунок 1.1, б) в процессе торможения тормозные цилиндры 5 и запасный резервуар 8 полностью разобщены от источника питания сжа0 тым воздухом. Предельный тормозной эффект достигается при вырав0 нивании давления в тормозных цилиндрах и запасном резервуаре. Дав0 ление воздуха в них при утечках не восстанавливается. Такой тип тор0 моза является истощимым. В автоматическом прямодействующем тормозе (рисунок 1.1, в) в процессе торможения и перекрыши тормозные цилин0 дры 5 сообщены с основным источником питания сжатым воздухом. Сжатый воздух из главного резервуара 3 через магистраль и обратный клапан 2 поступает в запасные резервуары 8, а затем через воздухорас0 пределитель 7 – в тормозные цилиндры. При утечках воздуха такой тормоз осуществляет «подпитку», то есть является неистощимым. Пря0 модействующие и непрямодействующие автоматические тормоза раз0 личаются конструкцией воздухораспределителей. По характеристике действия автоматические пневматические тормо0 за подразделяются на м я г к и е , п о л у ж е с т к и е и ж е с т к и е . Мягкими называются тормоза, которые не приходят в действие при медленном понижении давления воздуха в тормозной магистрали, сра0 батывают на торможение с различных зарядных давлений, имеют высо0 кую чувствительность к отпуску: при повышении давления в магистра0 ли на 0,015–0,030 МПа после торможения происходит полный отпуск. Полужесткими являются тормоза, обладающие теми же свойствами, что и мягкие, но в отличие от них имеющие ступенчатый отпуск. Для полного отпуска после торможения требуется восстановление почти 9

5

полного предтормозного давления воздуха в тормозной магистрали. Каждой величине повышения давления в магистрали соответствует ступень отпуска. Жесткими называются тормоза, работающие на определенном за0 рядном давлении. При снижении давления в магистрали ниже заряд0 ного любым темпом сразу приходят в действие. Каждой величине давления в магистрали ниже зарядного соответствует определенная величина давления в тормозных цилиндрах. Имеют ступенчатый от0 пуск. После зарядки магистрали повышенным давлением не срабаты0 вают на торможение до тех пор, пока давление не снизится ниже за0 рядного. По способу создания тормозной силы тормоза подразделяются на электрические и механические (фрикционные). Действие электрических (электродинамических) тормозов основа0 но на переводе тяговых электродвигателей в режим генераторов. Они разделяются на рекуперативные, реостатные и рекуперативно0 реостатные. В рекуперативных тормозах вырабатываемая при тормо0 жении электроэнергия возвращается в сеть, а в реостатных – погаша0 ется в реостатах. В рекуперативно0реостатных на большой скорости энергия возвращается в сеть, на малой скорости – погашается в рео0 статах. Механическим называется тормоз, у которого кинетическая энергия движущегося транспортного средства преобразуется в тепловую за счет сил трения. Механические тормоза классифицируются по различным признакам: по принципу реализации тормозной силы, конструкции при0 вода, конструкции тормозного механизма. По принципу реализации тормозной силы различают две группы тормозов: 1) реализующие тормозную силу посредством сцепления колес с до0 рожным покрытием или рельсами; 2) реализующие тормозную силу независимо от взаимодействия ко0 лес и пути. Тормозная сила у тормозов первой группы ограничивается сцепле0 нием колеса с рельсом или дорогой. Тормоза этой группы бывают ко0 лесными и центральными. Колесными называют тормоза, у которых тормозное усилие переда0 ется непосредственно на колесную пару или колесо. У центрального тор0 моза тормозное усилие передается на силовую передачу и через нее – на колесную пару или колесо.

В тормозах второй группы тормозные усилия передаются непосред0 ственно на рельсы, минуя колесные пары. Эти тормоза позволяют реа0 лизовать более высокие тормозные силы. По конструкции тормозного механизма механические тормоза под0 разделяются на колесно0колодочные, дисковые, барабанные, рельсо0 вые. Первые три относятся к тормозам, реализующим сцепление колес с рельсами или дорогой, а рельсовые – к тормозам, действие которых не зависит от сцепления колес с рельсами. Колесно)колодочные и дисковые тормоза бывают одностороннего и двухстороннего действия. Барабанные тормоза по месту расположения колодок относительно барабана подразделяются на тормоза с наружным и внутренним распо0 ложением тормозных колодок. Барабанные и дисковые тормоза бывают осевыми, колесными и центральными. Рельсовые тормоза могут быть пневматическими и электромагнит0 ными. Электромагнитный рельсовый тормоз широко применяется на трамваях. По типу привода различают тормоза с мускульным приводом (руч0 ным или ножным), пневматическим, пружинным, гидравлическим, электрическим, пневмогидравлическим, пневмопружинным и др. при0 водами. Мускульные приводы обычно используются для стояночного тормоза.

10

11

1.2 Режимы торможения Различают три режима торможения подвижного состава: экстренное (аварийное), служебное и торможение стоящего подвижного состава. Экстренное торможение применяют в аварийных ситуациях, когда необходимо обеспечить минимальный тормозной путь. При этом не должно быть потери устойчивости (заноса) или возникновения юза транспортного средства. Экстренное торможение производится доволь0 но редко, главным образом в случаях, угрожающих безопасности дви0 жения или жизни людей. Служебное торможение используется для уменьшения скорости и остановки подвижного состава или для подтормаживания при требуе0 мых ограничениях скорости движения. Торможение стоящего подвижного состава должно обеспечить удержание его на месте неограниченно длительное время на наиболь0 шем подъеме, который может быть преодолен по условиям тяги. 6

1.3 Требования к тормозным системам подвижного состава К тормозным системам подвижного состава предъявляются следую0 щие требования: – минимальный тормозной путь (максимальное замедление) при экс0 тренном торможении без нарушения сцепления колес с дорогой или рельсами и устойчивости транспортного средства. Для выполнения это0 го требования необходимо обеспечить минимальное время срабатыва0 ния привода тормозной системы и правильное распределение тормоз0 ных сил между колесами и их одновременное затормаживание; – минимальные затраты мускульной энергии водителя для торможе0 ния при ограниченном перемещении органа управления привода; – плавное нарастание тормозной силы и возможность его простого регулирования. Это требование обеспечивает комфортабельность пас0 сажирского подвижного состава; – хороший отвод тепла от тормозных механизмов, что обеспечивает работу тормозов без перегрева и нарушения тормозных качеств при частых торможениях; – стабильность характеристик тормозной системы в процессе экс0 плуатации. Это обеспечивается высокой износостойкостью фрикцион0 ных пар, их равномерным износом. На фрикционные качества материа0 лов не должны влиять колебания наружной температуры, атмосферные осадки и т. д.; – безотказное торможение подвижного состава при всех условиях. Достигается применением нескольких независимых тормозных систем или многоконтурной системы.

После прохождения волны при открытом кране продолжается местное падение давления определенным темпом. С к о р о с т ь в о з д у ш н о й в о л н ы определяется как частное от деления длины магистрали на время от момента приведения в дейст0 вие тормозного крана до момента начала падения давления в конце ма0 гистрали. Она зависит от температуры окружающей среды и аэродина0 мического сопротивления магистрали. При наличии отростков, поворо0 тов и разветвлений в тормозной магистрали, а также при подключении к ней дополнительных объемов скорость воздушной волны снижается. Скорость воздушной волны vв, м/с, примерно равна скорости звука и приближенно может быть определена по эмпирической формуле v â = 37

p

ρ

,

(1.1)

Для транспортных средств, состоящих из нескольких единиц под0 вижного состава (вагоны метрополитена) и имеющих большую длину, огромное значение имеет понимание процессов, протекающих в воз0 душных магистралях. Наиболее важными в теории воздушной магист0 рали являются понятия воздушной и тормозной волны. Воздушной волной называется распространение в магистрали нача0 ла изменения давления. Падение давления начинается с нарушения рав0 новесия воздуха, находящегося у отверстия крана, а затем волна с опре0 деленной скоростью распространяется вдоль тормозной магистрали.

где p – давление воздуха в магистрали, кПа; ρ – плотность воздуха при данном давлении, кг/м3. Темпом падения давления (темпом разрядки) называется величина падения давления воздуха в единицу времени и измеряется в МПа/с или МПа/мин. Для автоматических пневматических тормозов различают темпы: медленной разрядки, при котором воздухораспределители в действие не приходят; служебной разрядки, при котором воздухорас0 пределители срабатывают на служебное торможение; экстренной раз0 рядки, при котором воздухораспределители срабатывают на экстренное торможение. С удалением от начала магистрали (от места выпуска воз0 духа) темп падения давления уменьшается. С воздушной волной неразрывно связана тормозная волна. Тормоз0 ная волна характеризует последовательность срабатывания тормозов от головы до хвоста поезда при торможении краном машиниста. Тор0 мозная волна всегда идет вслед за воздушной волной, и ее скорость будет ниже скорости воздушной волны. С к о р о с т ь т о р м о з н о й в о л н ы определяется как частное от деления длины тормозной маги0 страли на время от момента постановки ручки тормозного крана в тор0 мозное положение до момента начала действия тормоза хвостового вагона. Чем выше скорость тормозной волны, тем быстрее срабатывают тормоза и короче тормозной путь. Кроме того, при увеличении скорости тормозной волны улучшается плавность торможения за счет меньшего разрыва в срабатывании тормозов по длине поезда.

12

13

1.4 Воздушная и тормозная волны

7

2 ТОРМОЗНАЯ СИЛА Тормозной силой называют регулируемую силу, создаваемую тор0 мозными средствами и направленную противоположно скорости дви0 жения. Для создания искусственного сопротивления движению транспорт0 ного средства во фрикционных (механических) тормозах используется явление внешнего сухого трения твердых тел.

положно направленная горизонтальная реакция рельса Bт = Bо и является тормозной силой, препятствующей поступательному движению. Она действует на колесо со стороны рельса и является внешней по отноше0 нию к транспортному средству. Для одной тормозной колодки Bт = Bо =

M тр Rк

= Kϕк .

(2.3)

Для оси колесной пары 2.1 Образование тормозной силы

Bт = nKφ к ,

На рисунке 2.1 приведена схема образования тормозной силы меха0 нического тормоза, действие которого основано на использовании сцепления колес с рельсами. В результате прижатия тормоз0 Fтр ной колодки с силой К к поверхно0 сти колеса, катящегося по рельсу с М тр R к K угловой скоростью ω и нагружен0 ного силой Pк, возникает касатель0 ная сила трения, равная произведе0 Pк нию силы нажатия колодки на ко0 0 эффициент трения φк: Bт Bо Fтр = Kφ к . (2.1) Рисунок 2.1 – Схема образования тормозной силы колесно0колодоч0 ного тормоза

Сила Fтр препятствует вращению колеса. Однако она не может быть тормозной силой, так как по отно0 шению к движущемуся транспортному средству является внутренней. Тормозная сила должна быть приложена извне и может возникнуть только при наличии силы сцепления колеса с рельсом. Сила сцепления возникает вследствие действия вертикальной статической и динамиче0 ской нагрузок Рк от колеса на рельс. В результате действия силы Fтр создается момент, направленный против вращения колеса, M тр = Fтр Rк ,

(2.2)

где Rк – радиус колеса. Под действием этого момента в зоне контакта колеса и рельса (в точка О) возникает сила Bо, действующая от колеса на рельс. Противо0 14

(2.4)

где n – количество колодок, действующих на ось. Схема образования тормозной силы рассмотрена для случая движе0 ния без изменения скорости (при подтормаживании на спуске). При торможении с замедлением транспортного средства тормозная сила, возникающая в точке контакта колеса с рельсом, уменьшается за счет инерции вращающейся колесной пары Bи. В электрическом (электродинамическом) тормозе характерно об0 разование тормозного момента на якоре электродвигателя, переключен0 ного в режим генератора. Через редуктор этот момент передается на приводные колеса. Принцип образования тормозной силы в этом случае такой же, как и при действии колесно0колодочного тормоза. Величина тормозного момента зависит от электротехнических характеристик дви0 гателей. 2.2 Безъюзовое торможение В случае если тормозная сила превышает предельную силу сцепле0 ния, происходит заклинивание колес. Это характерно только для тормо0 зов, действие которых основано на сцеплении. Явление скольжения колес по рельсу или дорожному покрытию называется юзом. При юзе, как правило, возрастает тормозной путь и время торможе0 ния. Это объясняется тем, что сила трения при скольжении колеса ока0 зывается меньше, чем реализуемая тормозная сила при полном исполь0 зовании сцепления. Тормозная сила при юзе Bтю = Pк φ с < B т , 15

(2.5) 8

где Pк – нагрузка на колесо (для рельсового подвижного состава – на ось), кН; φс – коэффициент трения скольжения колеса по рельсу или дорож0 ному покрытию. Юз приводит к повреждению колесных пар у рельсового подвижно0 го состава, вызывает их повышенный износ, образование ползунов на поверхности катания колес, в результате чего ухудшаются условия ра0 боты ходовых частей. В троллейбусах при наступлении юза возможна потеря устойчивости и их занос. С целью предупреждения явления юза водитель должен выбирать необходимый режим торможения, регулируя силу нажатия тормозных колодок или накладок с учетом состояния дорожного покрытия или рельсов. На трамвайных вагонах для увеличения коэффициента сцепле0 ния и предотвращения юза при торможении применяют песочницы для подсыпки песка на рельсы. Условие безъюзового торможения имеет вид Bт ≤ Pсц = Pк ψ ,

(2.6)

где Pсц – сила сцепления колес с рельсом или дорожным покрытием; ψ – коэффициент сцепления колеса с рельсом или дорожным по0 крытием. Коэффициент сцепления колеса с дорожным покрытием больше ко0 эффициента трения скольжения между ними. Коэффициент сцепления определяется как отношение максимальной возможной горизонтальной реакции рельсов или дорожного покрытия (силы сцепления) к вертикальной нагрузке от колес на рельсы или дорогу. Величина коэффициента сцепления носит случайный характер. Его зна0 чение изменяется в значительных пределах в зависимости от состояния и загрязненности пути, типа дорожного покрытия, типа подвижного соста0 ва, материала колес, условий погоды, типа тормозной системы, скорости движения, нагрузки на колесо, геометрии поверхности катания, давления воздуха в шине и т. д. В таблицах 2.1 и 2.2 приведены значения коэффици0 ентов сцепления шин с дорогой для различных типов дорожного покры0 тия и колес с рельсами при различных состояниях поверхности рельсов. Величина коэффициента сцепления в эксплуатации определяется до0 вольно просто. Постепенно увеличивают тормозную силу до тех пор, пока колеса или колесные пары не начинают переходить в юз. Эту пре0 дельную тормозную силу приравнивают к силе сцепления и далее рас0 16

считывают коэффициент сцепления. Коэффициент сцепления играет важную роль не только при торможении, но и при тяге. Следует отме0 тить, что его величины при тяге и при торможении различны. Т а б л и ц а 2.1 – Величина коэффициента сцепления шин с дорогой Тип дорожного покрытия и его состояние

Коэффициент сцепления

Асфальтовое и асфальтобетонное, в состоянии: чистом сухом мокром Булыжно0брусчатое в состоянии: сухом мокром Кирпичное в состоянии: сухом мокром Снежная укатанная дорога Обледенелая дорога

0,65–0,85 0,35–0,45 0,50–0,60 0,30–0,40 0,70–0,80 0,40–0,50 0,15–0,25 0,10–0,20

Т а б л и ц а 2.2 – Величина коэффициента сцепления для вагонов трамваев и метрополитена Коэффициент сцепления без песка с песком

Условия

Наиболее благоприятные Чистые сухие рельсы Очень мокрые рельсы Влажные замасленные рельсы Рельсы, покрытые инеем Рельсы, покрытые сухим снегом

0,35 0,30 0,20 0,13 0,15 0,10

0,45 0,40 0,30 0,20 0,22 0,15

3 ТОРМОЗНЫЕ МЕХАНИЗМЫ Тормозные системы механического тормоза состоят из тормозных механизмов, тормозных приводов и тормозных передач. Тормозной механизм – это система устройств, которые при тормо0 жении непосредственно преобразуют кинетическую энергию движуще0 гося транспортного средства в тепловую. Тормозной механизм пред0 ставляет собой фрикционную пару, состоящую: из тормозной колодки и поверхности катания колеса – у колесно0колодочного тормоза; тормоз0 17

9

ной колодки (накладки) и вращающегося барабана – у барабанного тор0 моза; тормозной накладки и вращающегося диска – у дискового тормо0 за; тормозной колодки (башмака) и рельса – у рельсового тормоза. К тормозным механизмам предъявляются следующие о с н о в н ы е требования: – высокая эффективность действия, т. е. создание большого тормоз0 ного момента; – стабильность эффективности при изменении внешних условий и режима торможения (скорости, количества торможений, температуры окружающей среды трущихся элементов, наличия в механизмах воды, пыли); – высокая надежность и долговечность трущейся пары; – плавность действия, отсутствие при торможении вибраций, “визга”; – хороший отвод тепла из зоны трения; – малая трудоемкость технического обслуживания и ремонта. 3.1 Колесно0колодочные тормозные механизмы Колесно0колодочные тормозные механизмы применяются только на трамвайных вагонах и вагонах метрополитена. Схема образования тор0 мозной силы в механизме приведена выше (см. рисунок 2.1), а схема механизма показана на рисунке 3.1. Тормозные колодки крепятся к под0 вескам АБ с помощью шарнира Б, а сама подвеска посредством шарнира А – к раме тележки. Шарниры Б расположены от цен0 тра колеса на расстояние ОБ, которое называется главным ра0 диусом. Подвеску располагают таким образом, чтобы она обра0 зовывала с главным радиусом угол β, близкий к 90°. В эксплуа0 тации этот угол не может быть выдержан строго, так как он из0 меняется по мере износа колодок Рисунок 3.1 – Схема колесно0колодоч0 и бандажей. ного тормозного механизма Главный радиус расположен по отношению к горизонтали под некоторым углом α, приблизительно равным 15°. Такое расположение позволяет улучшить отвод колодок от 18

колеса при отпуске тормоза и удерживать их в состоянии, при котором они не касались бы колеса за счет собственных сил тяжести. Тормозной привод через шарнир Б передает на колодку горизон0 тальные силы Хк. Колодка прижимается к вращающемуся колесу и в результате этого в тормозном механизме возникают следующие сило0 вые факторы: ) К – сила нажатия колодки на бандаж колеса; ) R – реакция от колеса на колодку, равная силе К; ) Fтр = φкК – равнодействующая сил трения, направленная против вращения колеса, и равная ей сила F1, действующая на колодку (φк – коэффициент трения тормозных колодок); ) S – реакция подвески АБ, направленная вдоль ее оси; ) М = Fтрd – момент, выворачивающий колодку и вызывающий пере0 распределение давлений колодки на бандаж колеса (d – расстояние от поверхности катания колеса до шарнира Б башмака). При расчете сил, действующих в механизме, моментом М = Fтрd пренебрегают. Силы, действующие на переднюю по ходу движения колодку, K = X к cos α + S cos β ,

(3.1)

Fтр = φ к K = − X к sin α + S sin β .

(3.2)

В результате совместного решения уравнений (3.1) и (3.2) K = Xк

sin(α + β ) , sin β − φ к cos β

(3.3)

S = Xк

sin α + φ к cos α . sin β − φ к cos β

(3.4)

Аналогично для задней по ходу движения колодки K ' = X к'

sin (α + β) , sin β + φ к cos β

(3.5)

S ' = X к'

sin α − φ к cos α . sin β − φ к cos β

(3.6)

В случае β = 90° 19

10

K = K ' = X к cos α ,

(3.7)

S = X к (sin α + φ к cos α ) ,

(3.8)

S ' = X к' (sin α − φ к cos α ) .

(3.9)

Таким образом, из формул (3.3), (3.5) и (3.7) видно, что при угле β = 90° сила нажатия колодки, а значит и тормозная сила, не зависят от направления вращения колеса. На рельсовом подвижном составе применяется одностороннее или двухстороннее нажатие колодок на колесо. Одностороннее нажатие позволяет упростить конструкцию рычажной передачи, ее размещение на ходовых частях и регулировку в процессе эксплуатации. Однако при одностороннем нажатии сила К оказывает выворачивающее воздейст0 вие на колесо. При этом в оси возникают напряжения от изгиба в гори0 зонтальной плоскости. Двухстороннее нажатие позволяет снизить давление колодок на ко0 лесо, уменьшить их износ и увеличить пробег вагонов между регули0 ровками тормозной системы. С уменьшением давления коэффициент трения колодок увеличивается. Выворачивающее действие на колесо при двухстороннем нажатии отсутствует в результате уравновешивания сил, действующих от колодок на колесо. Применяемые в колесно0колодочном тормозном механизме колодки различаются по конструкции и материалу, из которого они изготовлены. На трамвайных вагонах обычно применяют безгребневые чугунные тормозные колодки, а на вагонах метрополитена – гребневые из компо0 зиционного материала. Тормозная колодки закрепляется на тормозном башмаке, который в свою очередь соединяется ск тормозной подвеской. Применяются также бесбашмачные тормозные колодки, непосредственно закрепленные на подвеске. Коэффициент трения тормозных колодок зависит от их материала, давления в месте контакта (силы нажатия колодки на колесо) и скорости скольжения, наличия влаги или смазки между колодкой и колесом и других факторов. Количественно оценить влияние всех факторов на коэффициент трения сложно, поэтому при расчетах используют эмпи0 рические формулы, полученные по результатам экспериментальных данных. Например, коэффициент трения чугунных тормозных колодок вагонов трамвая определяют по формуле 20

φк = φо

2,09 + 0,06 K 1 + 0,072v ⋅ , 1 + 0,1K 1 + 0,288v

(3.10)

где K – действительная сила нажатия на колодку, кН; v – окружная скорость на ободе колес, м/с; φ о – коэффициент трения тормозных колодок при K = 27,2 кН и v = 0 (составляет в среднем 0,250). Как видно из формулы (3.10), с увеличением скорости движения ко0 эффициент трения чугунных колодок резко снижается. Коэффициент трения композиционных тормозных колодок в меньшей степени зависит от скорости и имеет более высокие значения. Применение безгребневых тормозных колодок на вагонах трамвая связано с тем, что при прохождении кривых, стрелок и крестовин у бан0 дажей трамвайных колес преимущественно изнашиваются гребни. На вагонах метрополитена обычно применяют гребневые колодки, которые обеспечивают равномерный износ поверхности катания колеса и его гребня. Давление на гребневую колодку при одной и той же силе нажатия K меньше, а значит выше коэффициент трения. Первые вагоны оборудовались чугунными тормозными колодками, однако они оказа0 лись непригодными в условиях метрополитена. Продукты износа (ме0 таллическая пыль), выделявшаяся в большом количестве при торможе0 ниях и оседавшая в замкнутом пространстве (тоннелях) и на вагонах, приводила к порче тягового оборудования, нарушению работы уст0 ройств СЦБ (сигнализации, централизации, блокировки). Срок службы колодок из0за низкой износостойкости не превышал 7–10 дней. Поэтому в настоящее время на вагонах метрополитена используют композици0 онные тормозные колодки. Их изготавливают методом горячего напрес0 совывания полимерной композиции на металлический каркас. По срав0 нению с чугунными имеют в 3–4 раза меньшую массу. Срок службы композиционных колодок достигает 3 месяцев. Вместе с тем, они обла0 дают рядом недостатков. Имеют непостоянный коэффициент трения, изменяющийся в 1,5 раза при работе в условиях тоннеля, а на открытых участках пути в сырую погоду он снижается в несколько раз, что приво0 дит к увеличению тормозных путей. Кроме того, композиционные ко0 лодки негативно воздействуют на поверхность катания колес, что вы0 ражается в образовании на ней сетки термических трещин из0за низкой теплопроводности композиции. Практически все тепло, выделяющееся при торможении, расходуется на нагрев колес. 21

11

В связи с тем, что колесно0колодочный тормоз дополнительно на0 гружает и изнашивает поверхность катания колеса, на выпускаемых в настоящее время трамвайных вагонах он не используется. На вагонах метрополитена колесно0колодочный тормоз обычно применяют в каче0 стве экстренного и замещающего электродинамический при его исто0 щении. Также может использоваться и в качестве служебного. 3.2 Дисковые тормозные механизмы Дисковый тормозной механизм состоит из вращающегося тормозно0 го диска и тормозной накладки, а также устройств для их крепления и регулировки положения накладок относительно диска. По месту раз0 мещения дисковые тормозные механизмы разделяются на осевые, ко0 лесные и центральные. У о с е в ы х тормозов (рисунок 3.2, а) тормозной диск размещается на оси колесной пары, у к о л е с н ы х – внутри колеса, у ц е н 0 т р а л ь н ы х (рисунок 3.2, б) – на валу тяговой передачи или тягового электродвигателя.

Рисунок 3.3 – Схемы дисковых тормозных механизмов с односторонним (а) и двухсторонним (б) нажатием

По характеру воздействия тормозного диска на вал различают дисковые тормоза с о д н о с т о р о н н и м и д в у х с т о р о н н и м н а ж а т и е м н а к л а д о к , схемы которых показаны на рисунке 3.3. Тормозные механизмы с установкой тормозного диска на оси колес0 ной пары или на валах тяговой передачи применяют на рельсовом под0 вижном составе. В дисковом тормозе используют композиционные накладки, которые крепят на башмаке. Тормозные диски бывают разъемные (разрезные) и неразъемные. Разъемные диски насаживают на ось на шпонке и стяги0 вают болтами. Неразъемные диски напрессовывают на ось.

По сравнению с колесно0колодочными тормозами дисковые имеют ряд преимуществ: – использование тормозных накладок из композиционного материа0 ла с малозависящим от скорости коэффициентом трения, что создает хорошую тормозную характеристику; – уменьшение эксплуатационных расходом вследствие большого срока службы накладок (в 4–5 раз больше срока службы чугунных ко0 лодок); – более высокий коэффициент трения композиционных тормозных накладок по сравнению с чугунными, что позволяет облегчить передачу и использовать привод меньшей мощности для создания одинаковой тормозной силы; – неизменность зазора между накладками и диском при изменении просадки кузова на подвеске, что исключает ее влияние на работу дис0 кового тормоза; – отсутствие влияния на работу дискового тормоза состояния рель0 сового пути. К недостаткам существующих конструкций дискового тормоза от0 носятся: – изменение тормозного эффекта по мере износа накладок. При из0 носе накладок изменяется положение рычагов и соответственно сила нажатия;

22

23

Рисунок 3.2 – Схемы осевого (а) и центрального (б) тормозных механизмов

12

– появление неприятного звука высокой частоты при торможении дисковым тормозом с композиционными накладками; – необходимость в большом монтажном пространстве, что в мотор0 ных вагонах и троллейбусах обеспечить практически невозможно; – дополнительное нагружение элементов тяговой передачи и сокра0 щение их срока службы при использовании центральных дисковых тор0 мозных механизмов. 3.3 Образование тормозной силы дискового тормоза Схема образования тормозной силы дискового тормоза показана на рисунке 3.4. При прижатии тормозной накладки к вращающемуся диску с силой К в зоне их контакта возникает касательная сила трения. Сум0 марная сила трения Fтр = Kφкн приложена на некотором расстоянии rэ от оси колес0 ной пары, называемом эффективным радиусом трения, и создает тормозной момент M тр = Fтр rэ .

(3.11)

Тормозная сила, возникающая от это0 го момента, M тр r Bт = = Kϕкн э . (3.12) Rк Rк Рисунок 3.4 – Схема обра0 зования тормозной силы дискового тормоза

Для одного колеса транспортного сред0 ства r (3.13) Bт = nн Kϕкн э , Rк

3.4 Расчет дискового тормозного механизма 3.4.1 Распределение давлений по площади фрикционного контакта при равномерном износе накладок

Особенностью образования тормозной силы дискового тормоза в от0 личие от барабанного и колесно0колодочного является то, что различ0 ные элементы накладки трутся о диск в различной скоростью. Величина скорости трения прямо пропорциональна расстоянию от рассматривае0 мого элемента до оси вращения диска, т. е. радиусу трения. Поэтому при равномерном распределении давлений по накладке в большей сте0 пени изнашиваются элементы, наиболее удаленные от оси вращения. Износ накладок в этом случае неравномерный. Он приводит к более ранней смене тормозных накладок по минимальной толщине. Равномерный износ обеспечивается при равенстве удельных работ трения, выполняемых всеми элементами накладки. Условие равномер0 ного износа pi ϕi vi = k = const ,

(3.14)

где pi – давление тормозной накладки на диск в i0й точке; φi – коэффициент трения в i0й точке накладки; vi – скорость трения в i0й точке; k – удельная тормозная мощность, реализуемая на фрикционной по0 верхности. Величина k должна быть постоянной для фиксированной скорости движения и силы нажатия. Коэффициент трения является функцией давления и скорости: ϕ = α ϕ( p ) ϕ(v ) = α

β p + γ fv + g ⋅ , δp + γ cv + g

(3.15)

где nн – количество накладок, действующих на колесо; φкн – коэффициент трения тормозной накладки. Как видно из формул (3.12) и (3.13), тормозная сила, создаваемая дисковым тормозом, меньше силы трения Fтр между его фрикционными элементами в отличие от колесно0колодочного. Однако эффективность дискового тормоза от этого не меньше, так как фрикционные материалы подбирают с более высоким коэффициентом трения, а также тормозной момент увеличивают за счет увеличения силы нажатия.

где φ(p), φ(v) – функции зависимостей коэффициента трения соответ0 ственно от давления и скорости скольжения; α, β, δ, γ, f, c, g – эмпирические коэффициенты, зависящие от материала. Условие (3.14) равномерного износа с учетом зависимости (3.15) принимает вид

24

25

pi

α(β pi + γ )( fvi + g ) v =k. (δpi + γ )(cvi + g ) i

(3.16)

13

pi =

k (δpi + γ )(cvi + g ) . vi α(β pi + γ )( fvi + g )

(3.17)

Линейную скорость скольжения i0го элемента накладки по диску оп0 ределяют по формуле vi = ωρ i , (3.18)

Рассмотрим накладку в виде кольцевого сектора, показанную на ри0 сунке 3.5. Если пренебречь выворачивающими моментами, возникающими от сил трения в зоне фрикционного контакта, то можно считать, что дав0 ление по радиальным линиям распределяется равномерно, т. е. p = f (ρ ) . β

y 2 Fj

1

(3.19)

ρ

н

ρ j01

Api2 + Bpi + C = 0 ,

ρj

где ω – угловая скорость диска; ρi – радиус трения. После преобразований уравнения (3.17) с учетом выражения (3.18) получаем квадратное уравнение вида αс

ρср.j

Отсюда закон распределения давлений при равномерном износе –

ρв

где A = αβfω 2 ρ i2 + αβgωρ i ; B = αγfω 2 ρ i2 + αγgωρ i − δckωρ i − δgk ; C = − γckωρ i − γgk .

x 0 Рисунок 3.5 – Схема деления фрикционной поверхности накладки на элементы:

3.4.2 Выбор точки приложения силы нажатия для обеспечения равномерного износа накладок

Чтобы обеспечить распределение давлений по площади фрикцион0 ного контакта в соответствии с зависимостью (3.17), необходимо пра0 вильно выбрать точку приложения силы нажатия. Давление по новой накладке распределяется по гиперболическому закону с неявно выраженным максимумом в местах передачи сосредо0 точенных сил нажатия. Это вызвано тем, что фрикционные элементы дискового тормоза, в том числе и башмак, имеют ограниченную толщи0 ну, твердость и жесткость. По мере приработки фрикционных элемен0 тов происходит перераспределение давлений с приближением к закону, соответствующему либо равномерному износу, либо одному из типов клиновидного износа. Вид износа зависит от координат точки приложе0 ния равнодействующей сил нажатия на накладку. Координаты точки приложения равнодействующей сил нажатия оп0 ределяют из условия равновесия башмака с накладками. Для этого сна0 чала находят требуемое распределение давлений из условия равномер0 ного износа. 26

1 – элемент i; 2 – элемент j

Ввиду симметричности накладки точка приложения равнодейст0 вующей должна находиться на оси симметрии y, поэтому достаточно определить только ординату этой точки. Момент относительно оси x от распределенной по накладке нагрузке p(ρ) и силу нажатия на накладку определяют по формулам Mx =

ρн α с 2

∫ ∫ p(ρ) ρ

2

cos α dρ dα ,

(3.20)

ρв − α с 2

ρн

K = α с ∫ p (ρ )ρ dρ,

(3.21)

ρв

где ρв – радиус внутренней периферии накладки; ρн – радиус наружной периферии накладки; αс – центральный угол накладки; α – текущий угол накладки. 27

14

жести j0го элемента, который при бесконечно малом угле β расположен от начала координат на расстоянии

Тогда ордината равнодействующей распределенной нагрузки ρн α с 2

yc =

Mx = K

∫ ∫ p(ρ) ρ

ρв − α с 2

αс

2

cos α dρ dα

.

ρн

(3.22)

∫ p(ρ) ρ dρ

ρв

Функция распределения давлений p(ρ) определяется из квадратного уравнения, так как коэффициент трения зависит от давления [см. фор0 мулу (3.15)], и поэтому в явном виде выражается громоздкой форму0 лой. Интегралы, входящие в уравнения (3.20)–(3.22), непосредственно через элементарные функции не выражаются. Для решения использу0 ют методы приближенного вычисления определенных интегралов. Разделим поверхность фрикционного контакта на множество эле0 ментарных площадок (см. рисунок 3.5) и распределение давлений представим как систему действующих на накладку параллельных сил. Элемент 1 (i0й) ограничен наружной и внутренней перифериями на0 кладки и двумя радиальными линиями, образующими угол β. Прини0 маем β → 0. Элемент i разбит на m элементов дугами различных ра0 диусов. Считаем, что на j0й элемент действует среднее давление p ср. j = p j + p j −1 2 . Тогда расстояние от начала координат до равно0

(

)

действующей распределенной нагрузки p(ρ) i)го элемента

∑ (ρ 2j − ρ 2j−1 )pср. j ρ ср. j

m

m

∑ pср. j F j ρ ср. j ρр =

j =1

m

=

j =1

∑( m

∑ pср. j F j

j =1

j =1

ρ 2j

− ρ 2j −1

)p

,

(3.23)

ср. j

где F j – площадь j0го элемента; ρср. j – средний радиус j0го элемента.

3 3 2 ρ j − ρ j −1 ⋅ 2 . 3 ρ j − ρ 2j −1

(

)

на расстоянии среднего радиуса ρ ср. j = ρ j + ρ j −1 2 , а не в центре тя0

(3.24)

Такая замена не вызывает существенной погрешности в вычислени0 ях. К тому же происходит сглаживание погрешности от усреднения давления по j0му элементу. Расстояние ρ р для каждого i0го элемента будет одинаковым. Дуга радиусом ρ р разделит накладку на две части. Центр тяжести этой дуги совпадает с центром параллельных сил. Его ордината yc =

1 αc

αс 2

∫ ρр cos α dα =

2ρр sin (α с 2)

−α с 2

αc

.

(3.25)

Из условия равновесия башмака вытекает, что равнодействующая приложенной со стороны тормозной передачи сил должна иметь те же координаты, что и равнодействующая распределенной нагрузки p(ρ). 3.4.3 Эффективный радиус трения

Тормозной момент в дисковом тормозе создается силами трения, ко0 торые возникают на всех элементарных площадках тормозной наклад0 ки, расположенными на различных расстояниях от оси вращения диска. Тормозные расчеты удобнее выполнять, используя единое расстояние до этих сил. Эффективный радиус трения rэ – это условный радиус, на котором приложена суммарная сила трения. Тормозной момент, развиваемый на оси одной накладкой дискового тормоза, M тр = Kϕкн rэ = Fтр rэ ,

При расчете принимаем, что элементарная сила p ср. j F j приложена

28

ρ с. j =

(3.26)

где φкн – коэффициент трения накладки; Fтр – сила трения. 29

15

При расчете полной силы трения Fтр суммирование элементарных сил, действующих на накладке, должно производиться арифметически. Это связано с тем, что сила трения, действующая на каждой элементар0 ной площадке, направлена по нормали к радиальной линии, идущей от центра вращения диска. Тормозной момент на каждой элементарной площадке создается полной силой трения, а не отдельной ее состав0 ляющей. При геометрическом суммировании получают равнодейст0 вующую сил трения. Из условия равномерного износа (3.14) функцию распределения дав0 лений p(ρ) можно выразить в виде p(ρ ) =

k , v(ρ) ϕ(ρ )

(3.27)

где v(ρ), φ(ρ) – функции зависимостей скорости трения и коэффициента трения от радиуса накладки ρ. Рассмотрим накладку, выполненную в виде кольцевого сектора. Суммарную силу трения Fтр накладки и тормозной момент Mтр на диске определяют по формулам Fтр = α c

ρн

∫ p(ρ) φ(ρ)ρ dρ ,

(3.28)

ρв

M тр = α c

ρн

∫ p(ρ) φ(ρ)ρ

2

dρ .

(3.29)

ρв

Подставляя в формулы (3.28) и (3.29) выражение (3.27) и учитывая, что v(ρ) = ρω , после интегрирования получим Fтр = kα c

ρн − ρв , ω

(3.30)

M тр = kα c

ρ 2н − ρ 2в . 2ω

(3.31)

В соответствии с формулой (3.26) эффективный радиус трения rэ =

M тр Fтр

ρ + ρв = н = ρ ср . 2 30

(3.32)

Как видно из формул, эффективный радиус трения является функци0 ей геометрических характеристик площади фрикционного контакта трущихся пар. Для накладок любой геометрической формы в общем виде можно написать: Fтр =

k dF , ω F∫ ρ

(3.33)

k Fн , ω

(3.34)

н

M тр = rэ =

M тр Fтр

=

Fн , dF ∫ ρ F

(3.35)

н

где Fн – площадь фрикционной поверхности накладки. Для накладок сложной геометрической формы определенные инте0 гралы в уравнениях (3.33) и (3.35) вычисляют методами приближенного интегрирования. 3.4.4 Условие безъюзового торможения и выбор силы нажатия

Условие безъюзового торможения, выраженное через тормозные мо0 менты, имеет вид M то ≤ [M то ] ,

(3.36)

где Mто – тормозной момент, развиваемый дисковым тормозом; [Mто] – тормозной момент, допускаемый по сцеплению. Для оси колесной пары

[M то ] = qо ψ к k c Rк ,

(3.37)

где qо – осевая нагрузка; ψк – коэффициент сцепления; kс – коэффициент использования запаса по сцеплению. Фактический тормозной момент M то = n н

ρн

∫ p(ρ)ρ φ(ρ) dF .

(3.38)

ρв

31

16

Условие равномерного износа может быть выражено зависимостью kRк , vρφ(ρ)

p (ρ ) =

(3.39)

а)

где v – скорость движения транспортного средства. Проверку на юз производят при расчетной скорости движения, т. е. v = const, которая зависит от материала накладок. Уравнение (3.38) с учетом выражения (3.39) после интегрирования будет иметь вид M то = n н kRк Fн v −1 .

лодок – с н а р у ж н ы м и в н у т р е н н и м р а с п о л о ж е н и е м . Схемы основных типов барабанных тормозных механизмов приведены на рисунке 3.6.

K1

(3.40)

[k ] = vqо ψ к k c . n н Fн

Rx 2 Ry1 P1

в)

K2

F1 R x1

R y2

R x2 Ry1

Ry 2

г)

P2

P

(3.42)

3.5 Барабанные тормозные механизмы

P

K1

F1

(3.41)

Исходя из допускаемой удельной тормозной мощности, в соответст0 вии с п. 3.3.1 определяют распределение давлений по накладке при ее равномерном износе, а по формуле (3.21) – допускаемую силу нажатия на накладку.

P

F2

K2

Rx1

Отсюда допускаемая по условию безъюзового торможения удельная тормозная мощность

б)

P2 F2

Тогда согласно уравнению (3.36) n н kFн v −1 ≤ q о ψ к k c .

P1

P

F2 F2 K1

K1

K2

F1

K2

F1 Rx1

Rx 2 R y1

Ry2

Элементами фрикционной пары барабанного тормозного механизма являются вращающийся барабан и тормозные колодки. По месту рас0 положения барабана тормозные механизмы классифицируются на осевые, колесные и центральные. У о с е в о г о тормозного механизма барабан насаживают непосредственно на ось колесной пары, у к о 0 л е с н о г о – отливают заодно с колесным центром или устанавливают на ступицах колес, у ц е н т р а л ь н о г о – размещают на валу тяговой передачи или тягового электродвигателя. По характеру воздействия барабана на вал барабанные тормозные механизмы бывают с о д н о с т о р о н н и м и д в у х с т о р о н н и м н а ж а т и е м к о л о д о к , а по месту расположения тормозных ко0

У тормозных механизмов, выполненных по схемам а и в, разжимное устройство имеет фиксированную опору и обеспечивает равное пере0 мещение тормозных колодок. Силы Р1 и Р2 не равны между собой, при0 чем Р1 < P2. Реактивная нагрузка, определяемая разностью сил Р2 и Р1, воспринимается фиксированной опорой. Эти тормозные механизмы после приработки тормозных колодок обеспечивают равенство сил К1 = К2 и F1 = F2, а значит, и одинаковый износ колодок.

32

33

Рисунок 3.6 – Схемы барабанных тормозных механизмов: а, б – с внутренним расположением колодок; в, г – с наружным расположением колодок

17

Тормозные механизмы, приведенные на схемах б и г, имеют раз0 жимные устройства плавающего типа, которые не имеют опор, воспри0 нимающих реакции приводных сил. Такие разжимные устройства обес0 печивают равные приводные силы Р. Приводным устройством являются гидравлические (схема б) или пневматические (схема г) цилиндры. Тормозные механизмы, выполненные по схемам а и б, имеют внут0 реннее расположение колодок, а по схемам в и г – наружное. Механиз0 мы с внутренним расположением колодок обладают следующими пре0 имуществами: – возможностью защиты от попадания на поверхность трения тор0 мозных колодок влаги и грязи, благодаря чему обеспечивается постоян0 ство коэффициента трения колодок, а значит, и более надежная работа тормозов; – сравнительно малым весом, простотой и технологичностью конст0 рукции; – более благоприятными условиями отвода тепла от поверхности тормозного барабана. Тормозные механизмы с внутренним расположением колодок имеют большее расстояние от поверхности трения до оси барабана, чем у тор0 мозных механизмов с внешним расположением колодок при тех же габаритах. Это позволяет уменьшить нажатие на колодку при том же тормозном эффекте. Барабанные тормоза нашли широкое применение в тормозных сис0 темах трамваев и троллейбусов. Они обладают практически постоянным коэффициентом трения, позволяют получить значительные тормозные силы при незначительных габаритах, имеют меньший износ тормозных колодок по сравнению с дисковым и колесно0колодочными тормозами, а также равномерный износ колодок, в результате чего тормозной эф0 фект не зависит от величины их износа. 3.6 Образование тормозной силы барабанного тормоза В барабанном тормозе касательная сила трения Fтр = Kφ кн (рису0 нок 3.7) приложена от оси вращения колеса на расстоянии, равном ра0 диусу барабана rб . Тогда M тр = Fтр rб . 34

(3.43)

Тормозная сила, создаваемая одной тормозной колодкой (накладкой), Bт =

M тр Rк

= Kφ кн

rб . Rк

(3.44)

Fтр Мтр

Рисунок 3.7 – Схема образования тормозной силы барабанного тормоза

K rб

Rк

Bт

Pк 0

Bо

Как видно из рисунков 3.4 и 3.7 и формул (3.11), (3.12), (3.43) и (3.44), образование тормозной силы в барабанном тормозе аналогично процессу ее образования в дисковом тормозе. 3.7 Расчет барабанного тормозного механизма Расчет барабанного тормозного механизма заключается в определе0 нии зависимости между силами на разжимном устройстве и тормозным моментом. Расчетная схема тормозного механизма показана на рисунке 3.8. При предварительном расчете барабанного тормоза принимается, что давле0 ние равномерно распределено по длине тормозных колодок. Под действием разжимных сил P1 и P2 колодки прижимаются к вра0 щающемуся с угловой скоростью ω тормозному барабану. При этом возникают силы трения F1 и F2, создающие на барабане тормозной мо0 мент Mтр. Для активной (противошерстной) колодки (рисунок 3.8, а) можно за0 писать: P1h1 + F1 r − K1а = 0 ,

(3.45)

где F1 – сила трения, создаваемая тормозной колодкой, F1 = φK1; φ – коэффициент трения колодки по барабану.

35

18

б)

P1

P2

P = M тр

F2

h2  h1 , = P2 a + ϕr  a − ϕr  P1 h2 a − ϕr  = .  P2 h1 a + ϕr

P1

а

F1 R x1

(3.49)

При фиксированных разжимных устройствах Р1 ≠ Р2, но К1 = К2. То0 гда из уравнений (3.46) и (3.47)

K2

h2

h1

K1

a 2 − φ2r 2 . 2ahφr

Rx2 R y1

Ry2

Решая совместно уравнения (3.50) и (3.48), получим

Рисунок 3.8 – Схема действия сил на тормозные колодки барабанного тормоза:

a − ϕr  , 2ϕrh1   a + ϕr  P2 = M òð . 2ϕrh2 

а – активную (противошерстную); б – пассивную (пошерстную)

P1 = M òð

Из уравнения (3.45) h1  , a − ϕr   h1  F1 = P1 . a − ϕr 

K1 = P1

(3.46)

Для пассивной (пошерстной) колодки h2  , a + ϕr   h2  F2 = P2 . a + ϕr 

(3.47)

Тормозной момент на барабане (3.48)

Из уравнения (3.48) при заданном тормозном моменте определяют силы Р1 и Р2 на разжимном устройстве. При разжимных устройствах плавающего типа Р1 = Р2 = Р и h1 = h2 = h. Тогда 36

(3.51)

При использовании в качестве разжимного устройства кулака про0 филь его рабочих поверхностей подбирают таким образом, чтобы рас0 стояние d (рисунок 3.9) между точками приложения сил P1 и P2 при его повороте не изменялось. Чтобы получить силы Md P1 и P2, к валу разжимного кулака требуется приложить момент

K 2 = P2

 h1 h2  + P2 M тр = (F1 + F2 ) r =  P1  φr . a + φr   a − φr

(3.50)

M d = (P1 + P2 )

d . 2

(3.52)

d

а)

P2

P1

Полученные зависимости позволяют оце0 нить вероятность заклинивания активных тор0 Рисунок 3.9 – Схема мозных колодок. Из формул (3.46) видно, что разжимного кулака при а → φr сила трения на активной колодке стремится к бесконечности, что приводит к заклиниванию колодки и соответственно к юзу и заносу колес. Исключить вероятность заклини0 вания активной колодки можно, правильно выбрав для используемого материала колодок, имеющего коэффициент трения φ, геометрические размеры а и r тормозного механизма.

37

19

3.8 Рельсовые тормозные механизмы Элементами фрикционной пары рельсового тормозного механизма являются тормозной башмак (колодка) и рельс. Рельсовые тормозные механизмы бывают с электромагнитным и пневматическим приводами. У электромагнитного рельсового тормоза в каркасе башмака распо0 ложена электрическая катушка, в которую при торможении подается электрический ток. Башмак намагничивается и в результате магнитного взаимодействия прижимается к рельсу. При использовании пневматиче0 ских рельсовых тормозов башмак прижимается к рельсу за счет энергии сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры. Схемы действия сил в рель0 совых тормозах приведены на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 – Схемы действия сил в рельсовых тормозах:

4 ПРИВОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ

а – электромагнитном; б – пневматическом

В пневматических рельсовых тормозах реакции приводных сил Р’ передаются на раму тележки и происходит частичная разгрузка колес0 ных пар. В результате этого ухудшается устойчивость колес против схода с рельсов и эффективность действующих совместно дисковых или колодочных тормозов. В электромагнитном рельсовом тормозе вертикальные силы от при0 вода на тележку не передаются, так как прижатие осуществляется за счет магнитного взаимодействия. Разгрузка колесных пар в этом случае отсутствует. Тормозная сила образуется непосредственно в месте контакта баш0 мака и рельса и равна силе трения между ними. Его действие не зависит от сцепления колеса с рельсом. Тормозная сила, создаваемая одним башмаком, равна силе трения между башмаком и рельсом: Bт = Fт = Kφ б , 38

где φб – коэффициент трения башмака по рельсу. Основными преимуществами рельсового тормоза является незави0 симость тормозной силы от сцепления колеса с рельсом. Кроме того, башмаки рельсового тормоза при торможении очищают рельсы, что повышает коэффициент сцепления, а значит, и эффективность других видов фрикционных тормозов, использующих сцепление колеса с рель0 сом. Вместе с тем тормозной механизм имеет и недостатки: дороговиз0 на, большие габариты и быстрый износ башмаков. Из0за малой износостойкости башмаков этот тормоз используют только для экстренного торможения совместно с другими видами меха0 нических тормозов, что позволяет значительно уменьшить тормозные пути и тем самым повысить безопасность движения вагонов. В электромагнитном рельсовом тормозе колодки, роль которых вы0 полняют полюсные башмаки электромагнита, изготавливают из магни0 топроводного материала – стали или чугуна. Коэффициент трения этих материалов по рельсам невелик, что требует для создания эффективного тормоза больших сил нажатия. В пневматических рельсовых тормозах возможно применение композиционных материалов с более высоким коэффициентом трения.

(3.53)

4.1 Общие сведения Тормозным приводом называется устройство для создания управ0 ляемой силы, необходимой для приведения в действие тормозных меха0 низмов. Тормозные механизмы приводятся в действие следующими при0 водами: – пневматическими с использованием энергии сжатого воздуха; – гидравлическими с использованием давления жидкости; – пневмогидравлическими; – электромагнитными; – пружинными с использованием потенциальной энергии пружин; – с пружинными энергоаккумуляторами; – мускульными с использованием мускульной силы водителя. В первых шести приводах энергия водителя используется только на регулирование процесса торможения, а необходимая величина силы на выходе создается за счет источника энергии большой мощности. В мус0 39

20

− Fmin F σ = max , Fmax

(4.1)

где Fmax, Fmin – значения максимальных и минимальных усилий, прило0 женных к органу управления привода, при которых ве0 личина силы на рабочем органе его преобразователя со0 храняется неизменной. Б ы с т р о д е й с т в и е ( в р е м я с р а б а т ы в а н и я ) привода оценивается временем подготовки и отпуска. Время подготовки – это время от начала движения органа управле0 ния на включение привода до момента достижения расчетной величины тормозной силы. Время отпуска – это время от начала движения органа управления на выключение привода до уменьшения тормозной силы до нуля. Время подготовки для разных приводов изменяется в пределах от 0,01 с для электрических приводов до 0,2 с для пневматических. За время подготовки тормозов происходит нарастание тормозной си0 лы и подвижной состав успевает пройти некоторый путь. Чем меньше время подготовки, тем короче тормозной путь, и наоборот. Время отпуска также должно быть меньше, так как при юзе для вос0 становления сцепления необходимо быстро сбросить тормозную силу. Время подготовки пневматического привода состоит из времени: на включение привода (перемещение педали или поворот ручки крана ма0 шиниста); наполнение тормозных цилиндров (камер) сжатым воздухом; перемещение элементов тормозной рычажной передачи. В сумме со0 ставляет 0,50–0,75 с. Путь, проходимый за это время при скорости нача0 ла торможения 8,33 м/с, составляет от нормируемого тормозного пути 32–48 % для безрельсового и 21 % – для рельсового (трамвайного) под0 вижного состава. 40

Н а д е ж н о с т ь привода оценивается вероятностью отказов в его работе при неисправности или отказе органа управления, неисправности или отказе исполнительного органа (преобразователя) либо элементов передаточного механизма, связывающих рабочий орган преобразовате0 ля с тормозными механизмами. 4.2 Пневматический тормозной привод Пневматический тормозной привод получил наибольшее распро0 странение на подвижном составе городского электрического транспор0 та. Он отличается эффективностью действия, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации. Источником энергии пневматического привода является сжатый воздух, вырабатываемый компрессором. Энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую в тормозных цилиндрах или тормозных камерах. Схемы преобразователей пневмати0 ческих тормозных приводов приведены на рисунке 4.1.

D d

кульном приводе вся энергия для создания необходимой силы на выхо0 де создается водителем. В преобразователях, являющихся исполнительными органами тор0 мозного привода, энергия соответствующего приводу вида преобразует0 ся в механическую. Тормозные приводы оцениваются следующими характеристиками: точностью следящего действия, быстродействием и надежностью. Т о ч н о с т ь с л е д я щ е г о д е й с т в и я определяется величи0 ной коэффициента нечувствительности

Рисунок 4.1 – Преобразователи пневматического привода: а – тормозной цилиндр; б – тормозная камера; 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – отпускная пружина; 5 – манжета; 6 – гибкая диафрагма; 7 – металлическая шайба

Пневматический привод бывает индивидуальным и групповым. При индивидуальном приводе каждый тормозной механизм приходит в дей0 ствие от собственного тормозного цилиндра (камеры), а при группо0 вом – один тормозной цилиндр воздействует через рычажную передачу на несколько тормозных механизмов. В тормозном цилиндре органом, воспринимающим давление сжато0 го воздуха, является поршень, уплотненный в цилиндре резиновой ман0 жетой, а в тормозной камере – резиновая диафрагма, зажатая жестко по 41

21

внешнему контуру между корпусом и крышкой и по внутреннему кон0 туру между металлическими шайбами. Усилие, развиваемое на штоке поршня тормозного цилиндра, Pш = p ц

πDц2 4

η тц ,

(4.2)

где pц – давление воздуха в тормозном цилиндре; Dц – диаметр тормозного цилиндра; ηтц – коэффициент полезного действия тормозного цилиндра с уче0 том трения поршня и потерь на преодоление сил сжатия отпу0 скной пружины. Усилие на штоке практически не зависит от величины хода поршня. Это позволяет регулировать работу тормозного цилиндра изменением величины хода поршня. У тормозной камеры с гибкой диафрагмой при постоянном давлении воздуха усилие на штоке с изменением прогиба диафрагмы изменяется по более сложному закону. Это объясняется тем, что при увеличении перемещения диафрагмы часть усилия, развиваемого на ней, восприни0 мается элементами крепления (заделки) по наружному контуру. Усилие на штоке тормозной камеры зависит от соотношения внешнего и внут0 реннего диаметров диафрагмы, хода штока и давления сжатого воздуха. Радиус металлической шайбы не должен превышать 0,9 наружного диаметра диафрагмы, а рабочий ход диафрагмы по условиям прочности не должен превышать половины ее максимального прогиба. Усилие, развиваемое на штоке тормозной камеры, Pш = p ц Fэ − Pпр ,

(4.3)

где Fэ – эффективная (активная) площадь диафрагмы; Pпр – сила сжатия отпускной пружины. Эффективной площадью называют условную площадь, равную част0 ному от деления усилия, развиваемого диафрагмой, на величину давле0 ния (без учета отпускных пружин). Ликтаном (Франция) предложена следующая формула для расчета гибких диафрагм: Fэ =

 πD 2  x (1 − α ) 4 + 7α + 4α 2 1+ α + α2 − 2 12  − x2 5 x max 

(

42

)

 ,  

(4.4)

где D – диаметр внешнего зажима диафрагмы; α – соотношение диаметров внутреннего и внешнего зажимов диа0 фрагмы, α = d D; d – диаметр внутреннего зажима диафрагмы (металлической шайбы); x – перемещение диафрагмы (жесткого центра) от плоскости заделки; xmax – максимальный прогиб диафрагмы. Формулу (4.4) используют при расчетах, когда перемещение диа0 фрагмы x достаточно большое. Однако формула не учитывает физиче0 ских свойств материала диафрагмы, и для практического применения необходимо знать максимальный прогиб xmax. Если перемещение x близко к нулю, то можно воспользоваться фор0 мулой π 2 Fэ = D + dD + d 2 . (4.5) 12

(

)

Тормозные камеры по виду соединения корпуса и крышки бывают фланцевыми (фланцы корпуса и крышки соединены с помощью болтов) и бесфланцевыми (фланцы корпуса и крышки, выполненные в виде небольшого конуса, соединены кольцевым конусным хомутом). Камеры бесфланцевой конструкции имеют меньший наружный диаметр, требу0 ют меньшего расхода материалов (металла и резины), более техноло0 гичны при сборке.. По сравнению с тормозными цилиндрами тормозные камеры имеют меньший расход воздуха благодаря специфической форме корпуса, ма0 лую начальную нечувствительность и более надежную герметизацию соединения. У них отсутствуют трущиеся детали, благодаря чему они имеют более высокий коэффициент полезного действия. К недостаткам камер относятся нестабильность рабочих характеристик (зависимость усилия на штоке от прогиба диафрагмы и изменения модуля упругости резиновой диафрагмы из0за старения) и меньшая работоспособность из0 за частого выхода из строя резиновой диафрагмы. Основное преимущество пневматического привода заключается в использовании в качестве рабочего тела сжатого воздуха. Воздух берет0 ся из окружающей среды и практически всегда имеется в распоряжении. Утечки из тормозной системы не приводят к ухудшению экологии, не требуется заботиться о рециркуляции – отработавший воздух выпуска0 ется в атмосферу. 43

22

4.3 Гидравлический тормозной привод В гидравлическом приводе в качестве рабочего тела используется жидкость, которая под давлением подается в тормозные цилиндры, приводящие в действие тормозные механизмы. Привод обладает высо0 ким КПД, малым временем срабатывания и небольшой массой. Однако он имеет небольшое передаточное число и сложен в эксплуатации. На подвижном составе городского электрического транспорта в странах СНГ не применяется. 4.4 Пневмогидравлический тормозной привод Комбинированный пневмогидравлический привод нашел примене0 ние на подвижном составе повышенной вместимости (сочлененные троллейбусы). Наряду с малыми затратами энергии водителя на управ0 ление тормозами, что характерно для пневматического привода, он об0 ладает всеми преимуществами гидравлического привода. Применение пневматического привода для троллейбусов, имеющих большую длину, приводит к запаздыванию торможения задними колесами. Пневмогид0 равлический привод обеспечивает быстрое срабатывание наиболее уда0 ленных колес благодаря несжимаемости жидкости. Схема действия пневмогидравлического тормозного привода приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Схема действия тормозного привода сочленен0 ного троллейбуса: 1 – тормозная педаль; 2 – резерву0 ар; 3 – тормозной кран; 4 – пнев0 могидравлический усилитель; 5 – поршень пневматического ци0 линдра; 6 – поршень гидравличе0 ского цилиндра; 7 – гидравличе0 ский цилиндр; 8 – трубопровод; 9 – тормозной цилиндр

проводу поступает в цилиндр 4 пневмогидравлического усилителя. В нем энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию давления жидко0 сти. Давление жидкости при этом увеличивается прямо пропорциональ0 но давлению воздуха за счет разности площадей поршней 5 и 6. Из гид0 роцилиндра 7 жидкость по трубопроводу 8 попадает в тормозные ци0 линдры 9. В результате колодки прижимаются к барабану, и происходит торможение. Тормозной момент, возникающий на барабане, прямо про0 порционален силе нажатия на тормозную педаль. К недостаткам пневмогидравлического привода следует отнести по0 нижение КПД при низких температурах и усложнение технического обслуживания, связанное с проверкой количества тормозной жидкости и удалением воздуха из гидравлической части привода. 4.5 Электромагнитный тормозной привод Этот привод применяется как на рельсовом, так и безрельсовом под0 вижном составе. В нем механическое усилие для приведения в действие тормозного механизма создается энергией магнитного поля. Принцип работы электромагнитного тормозного привода заключает0 ся в следующем. Нажатием тормозной педали осуществляется воздейст0 вие на тормозной контроллер, соединенный с регулировочными рези0 сторами. Таким образом, водитель управляет величиной тока в цепи обмотки электромагнита. В результате якорь притягивается с опреде0 ленной силой к ярму, которое воздействует на рычаги, разжимающие тормозные колодки барабанного тормоза. При отпуске колодки возвра0 щаются в исходное положение пружинами при прекращении подачи тока в обмотку электромагнита. Электромагнитные приводы обеспечивают высокую эффективность и быстродействие тормозов, надежны в эксплуатации и требуют мень0 ших эксплуатационных расходов. Однако их конструкция сложнее кон0 струкции пневматических тормозов и требуют высокой точности изго0 товления. 4.6 Пружинный тормозной привод

При торможении водитель нажимает на тормозную педаль 1. При этом сжатый воздух из резервуара 2 через тормозной кран 3 по воздухо0

На некоторых трамвайных вагонах используются пружинные тор0 мозные приводы с электромагнитным или пневматическим оттормажи0 ванием (рисунок 4.3).

44

45

23

Пружинный привод с электромагнитным оттормаживанием (рисунок 4.3, а) состоит из рабочей пружины 1, электромагнитной катушки 3, трехплечего рычага 2. При торможении катушка 3 обесточена. Пружина 1 действует на плечо рычага 2 и поворачивает его вокруг шарнира О. Да0 лее усилие через систему тяг передается на рычаг разжимного кулака тормозного механизма. При отпуске тормоза в электромагнитную ка0 тушку 3 подается ток. Катушка создает усилие на другом плече рычага 2, заставляя повернуться его в обратном направлении. Происходит оттор0 маживание.

один шток, связанный с разжимным устройством тормозного механиз0 ма. Схема пневматического привода с пружинным энергоаккумулято0 ром приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Схема привода с пружинным энергоаккумулятором:

Рисунок 4.3 – Схемы пружинных тормозных приводов: а – с электромагнитным оттормаживанием; б – с пневматическим оттормаживанием

1 – пружина тормозной камеры; 2 – диафрагма тормозной камеры; 3 – диск; 4, 13 – штоки; 5 – диафрагма энергоаккумулятора; 6 – корпус энергоаккуму0 лятора; 7 – пружина стопора; 8 – шарики; 9 – втулка фиксирующая; 10 – пружина энергоаккумулятора; 11 – гайка специальная; 12 – толкатель

Этот привод представляет собой комбинированный прибор, состоя0 щий из пневматической тормозной камеры и пружинного энергоакку0 мулятора. Обе части располагаются последовательно и действуют на

При выключенном стояночном тормозе сжатый воздух постоянно подведен к полости А пружинного энергоаккумулятора. Диафрагма 5 находится в крайнем левом положении. Силовая пружина 10 полностью сжата. При торможении рабочей тормозной системой сжатый воздух от тормозного крана подается в полость перед диафрагмой 2, которая, про0 гибаясь, через опорный диск 3 сжимает пружину 1 и перемещает шток 13, воздействующий на тормозной механизм. При включении стояночной или тормозной системы сжатый воздух выпускается из полости А в атмосферу с помощью ручного крана. Диа0 фрагма 5 под действием пружины 10 возвращается в правое положение. Шток 4 через диафрагму 2 перемещает шток 13. Происходит заторма0 живание троллейбуса. При необходимости аварийного растормаживания толкателем 12 пе0 ремещают фиксирующую втулку 9, которая освобождает шток 4 от сто0

46

47

Привод с пневматическим оттормаживанием (рисунок 4.3, б) состоит из тормозного цилиндра 4 с рабочей пружиной 5. При торможении пру0 жина 5 через шток 6 воздействует на разжимное устройство тормозного механизма. При отпуске тормоза в тормозной цилиндр 4 подается сжа0 тый воздух, который перемещает поршень 7 в обратном направлении, через шток 6 возвращая разжимное устройство в состояние отпуска. 4.7 Тормозной привод с пружинным энергоаккумулятором

24

пора. Под действием пружины 1 штоки 13 и 4 перемещаются влево. Происходит растормаживание системы.

разжимные кулачки тормозных механизмов. Приводной механизм снабжен храповым и оттормаживающим устройствами. Последнее при отпуске приводится в действие с помощью педали.

4.8 Мускульный тормозной привод Мускульные приводы бывают ручными и ножными. Привод непри0 годен для быстрого затормаживания движущегося транспортного сред0 ства, так как в этом случае усилия водителя недостаточно. Поэтому мускульные приводы используются только для стояночного тормоза. Приводной механизм ручного тормозного привода бывает редуктор0 ного типа (колонка ручного тормоза) и рычажного. На рисунке 4.5 при0 ведена схема редукторного приводного механизма.

5 ТОРМОЗНЫЕ ПЕРЕДАЧИ 5.1 Общие сведения Тормозные передачи предназначены для передачи усилия от тормоз0 ного привода тормозным механизмам. Они представляют собой меха0 ническую (рычажную), гидравлическую, электрическую или другую систему. На подвижном составе городского электрического транспорта применяются механические рычажные передачи. Они представляют собой систему тяг и рычагов, передающих на фрикционные узлы тор0 мозное усилие от преобразователя энергии (тормозного цилиндра, тор0 мозной камеры и др.). С помощью рычажной передачи усилие равно0 мерно распределяется на колодки (накладки) тормозных механизмов. 5.2 Характеристики тормозных передач

Рисунок 4.5 – Схема редукторного привода стояночного тормоза: 1 – маховик; 2 – редуктор; 3 – звездочка; 4 – зубчатая цепь; 5 – рычаги тор0 мозной передачи; 6 – затяжка рычагов; 7 – тормозной цилиндр; 8 – отторма0 живающая пружина

Тормозные передачи характеризуются силовым передаточным от0 ношением, кинематическим передаточным числом и коэффициентом полезного действия. Силовым передаточным отношением называется отношение сум0 мы ∑ K i сил нажатия тормозных колодок (накладок), действующих от одного преобразователя энергии, к усилию Pш, развиваемому на его штоке: ∑ Ki . iñï = (5.1) Pø

Колонка ручного тормоза состоит из маховика 1, двухступенчатого редуктора 2 с цилиндрическими зубчатыми колесами и звездочкой 3. При вращении маховика зубчатая цепь 4 наматывается на звездочку 3, перемещая рычаги 5 служебного тормоза с пневматическим приводом от тормозного цилиндра 7. Усилие передается тормозным механизмам. Отпуск тормоза происходит с помощью возвратной пружины 8 при вращении маховика 1 в обратном направлении. В рычажном приводном механизме при затормаживании совершают возвратно0поступательные качания приводного рычага. При этом натя0 гивается трос и далее усилие через систему рычагов и тяг передается на

Кинематическим передаточным числом называется отношение хода h рабочего органа преобразователя (например, штока тормозного цилиндра.) к перемещению выходного звена рычажной передачи lп при выборке зазора между тормозными колодками (накладками) и вращаю0 щимися элементами тормозных механизмов:

48

49

iкп =

h . lп

(5.2)

25

Если рабочий орган преобразователя тормозного привода имеет уг0 ловое перемещение α, то r (5.3) iкп = α , lп

лия, его фиксацию и такой же отпуск. Схема тормозного крана следя0 щего действия приведена на рисунке 6.1.

где r – расстояние от точки приложения силы до оси вращения рукоятки ручного или передачи ножного привода тормоза. Коэффициентом полезного действия тормозной рычажной пере0 дачи называется отношение суммы фактических сил на выходе пере0 дачи к расчетной сумме таких сил (без учета потерь на трение в шар0 нирах рычагов). 6 ПРИБОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ТОРМОЗАМИ Для управления пневматическими тормозами подвижного состава городского электрического транспорта используются тормозные краны (водителя, машиниста). Тормозные краны классифицируются следую0 щим образом: – п о п р и н ц и п у д е й с т в и я – на прямодействующие и не0 прямодействующие; – к о н с т р у к ц и и – клапанно0диафрагменного и золотникового типов; – с п о с о б у у п р а в л е н и я – с ручным управлением и с ножным педальным приводом.

Рисунок 6.1 – Схема тормозного крана троллейбуса

На троллейбусах применяются тормозные краны клапанно0диа0 фрагменного типа. Они обладают следующими о с о б е н н о с т я м и : – величина тормозного усилия прямо пропорциональна силе нажатия на тормозную педаль (углу поворота тормозной педали); – при неизменном положении тормозной педали тормозное усилие не изменяется. Краны, у которых каждому положению тормозной педали соответст0 вует определенное давление сжатого воздуха в тормозном цилиндре, называются кранами следящего действия. В силу своих особенностей кран обеспечивает плавное бесступенчатое нарастание тормозного уси0

При отпущенной педали 1 выпускной клапан 11 находится в откры0 том состоянии, а впускной клапан 14 – в закрытом. Тормозные цилинд0 ры сообщены с атмосферой. Выпускной клапан размещен в правой ко0 робке 10, а впускной – в левой коробке 16. Обе коробки прикреплены к корпусу 18 крана. При нажатии на тормозную педаль 1 нажимной рычаг 2, шарнирно соединенный с опорой 4, поворачивается. Правый конец рычага воздей0 ствует на шток 3, который сжимает пружину 5 и через нее передает уси0 лие на диафрагму 7. Диафрагма прогибается вниз, и ее выступающая часть 12 нажимает на пластину 13. Пружина 8 сжимается и закрывает выпускной клапан 11, разобщая полость тормозного крана с атмосфе0 рой. Затем пластина 13 сжимает пружину 15 и открывает впускной кла0 пан 14. Полость тормозного крана сообщается с магистральными резер0 вуарами. Сжатый воздух поступает в полость тормозного крана и через отверстия 9 и 17 в тормозные цилиндры передних и задних колес. Диафрагма 7 под действием на нее давления воздуха снизу прогиба0 ется вверх, сжимая пружину 5. Диафрагма перемещается вверх до тех пор, пока не закроется впускной клапан 14, после чего давление воздуха в полости крана и в тормозных цилиндрах перестает расти. Выпускной клапан при этом открыться не может. Для увеличения тормозной силы

50

51

6.1 Тормозные краны троллейбусов

26

необходимо с большей силой нажать на педаль. Это вызовет дополни0 тельный поворот рычага 2 и повысит нажатие на пружину 5. Диафрагма опять прогнется и откроет впускной клапан. Таким образом, давление воздуха в тормозных цилиндрах зависит от силы нажатия на педаль, то есть от положения педали. Для ослабления тормозного усилия уменьшают нажатие на тормоз0 ную педаль. Усилие, передаваемое на диафрагму 7, ослабевает, и под действием на нее снизу давления воздуха диафрагма прогибается вверх. При этом открывается выпускной клапан 11, и часть сжатого воздуха из тормозных цилиндров выходит в атмосферу. В результате уменьшения давления воздуха диафрагма опускается вниз и выпускной клапан за0 крывается. Для полного отпуска тормозную педаль возвращают в исходное по0 ложение. Воздух из тормозных цилиндров при этом полностью выходит в атмосферу. Кран является прямодействующим. Если при неизменном положе0 нии тормозной педали давление воздуха в тормозных цилиндрах из0за утечек будет понижаться, это вызовет перемещение диафрагмы 7 вниз, открытие впускного клапана 14 и восполнение всех утечек. Благодаря этому обеспечивается неистощимость тормоза. На троллейбусах устанавливаются сдвоенные или двухсекционные тормозные краны. Они обеспечивают раздельное питание сжатым воз0 духом тормозных цилиндров передних и задних колес. Краны регули0 руют таким образом, чтобы при торможении вначале воздух поступал в задние тормозные цилиндры, а затем в передние, а при отпуске выход воздуха в атмосферу сначала происходил из передних, а затем из задних цилиндров. Такой порядок впуска и выпуска воздуха предотвращает явление заноса при торможении и отпуске. В тормозных системах троллейбусов, оснащенных тормозными ка0 мерами с пружинными энергоаккумуляторами, для приведения в дейст0 вие стояночного и запасного тормозов применяют тормозной кран об0 ратного действия с ручным управлением. Для затормаживания стояноч0 ным тормозом необходимо повернуть ручку крана по часовой стрелке до отказа. В крайнем положении ручка фиксируется стопорной защел0 кой, встроенной в ручку. При использовании этого тормоза в качестве запасного величина тормозной силы, приходящейся на колеса, зависит от угла поворота ручки крана. Для оттормаживания стояночного тормо0 за необходимо оттянуть ручку и повернуть ее против часовой стрелке до отказа. При этом сжатый воздух будет поступать из воздушного резер0 52

вуара в полости энергоаккумуляторов. Пружины сжимаются, тормоз отпускается. 6.2 Тормозные краны трамваев Тормозной кран водителя трамвайных вагонов является прямодей0 ствующим краном золотникового типа с ручным управлением. Он состоит из корпуса, крышки, шпинделя, золотника. Корпус имеет зерка0 ло золотника. Шпиндель вставляется в шлиц золотника, а на четырех0 гранник шпинделя надевается ручка управления краном. При повороте ручки поворачивается соответственно и шпиндель с золотником, имеющим внутренние каналы и выточки. Таким образом, в зависимости от расположения золотника относительно зеркала золотни0 ка получают различные положения, которые фиксируются при помощи кулачка, размещенного в ручке и градационного сектора на крышке. На вагоне РВЗ07 кран имеет т р и п о л о ж е н и я : – перекрыша – все каналы на зеркале перекрыты; напорная магист0 раль, тормозные цилиндры и атмосфера разобщены между собой; – торможение – тормозной цилиндр сообщен с атмосферой; вагон за0 торможен пневмопружинным тормозом; – отпуск тормоза – напорная магистраль сообщена с тормозным ци0 линдром. На вагоне РВЗ06 кран имеет с е м ь п о л о ж е н и й : – перекрыша; – торможение служебное; – полное торможение; – экстренное торможение; – экстренное торможение с опусканием подвагонной сетки; – отпуск служебный; – отпуск полный. На трамвайных вагонах в зависимости от серии могут использовать0 ся тормозные краны с другим количеством положений. 6.3 Краны машиниста поездов метрополитена Для управления пневматическими автоматическими тормозами по0 езда применяется непрямодействующий кран № 334 золотниково0 поршневого типа. Он имеет п я т ь ф и к с и р о в а н н ы х п о л о 0 53

27

ж е н и й : I – отпуск и зарядка, II – поездное, III – перекрыша, IV – слу0 жебное торможение, V – экстренное торможение. В настоящее время для электропоездов метрополитена выпускается кран машиниста № 013. По п р и н ц и п у д е й с т в и я он является прямодействующим, а по к о н с т р у к ц и и – клапанно)диафрагмен) ным. Этот кран имеет 7 ф и к с и р о в а н н ы х п о л о ж е н и й со сле0 дующими давлениями в тормозной магистрали (ТМ): – I – сверхзарядка (давление в ТМ не менее 0,60 МПа); – II – поездное (зарядное давление в ТМ 0,51 МПа); – III – тормозное (давление в ТМ 0,43 МПа); – IV – тормозное (давление в ТМ 0,40 МПа); – V – тормозное (давление в ТМ 0,37 МПа); – VI – полное служебное торможение (давление в ТМ 0,30 МПа); – VII – экстренное торможение (давление в ТМ снижается до нуля темпом 0,8–1,0 МПа/с). Перекрыши у крана машиниста № 013 являются автоматическими, т. е. устанавливаются самостоятельно при достижении указанных давлений. 7 ПОДГОТОВКА СЖАТОГО ВОЗДУХА В ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 7.1 Состояние и качество сжатого воздуха В пневматических системах подвижного состава городского элек0 трического транспорта в качестве рабочего тела (энергоносителя) ис0 пользуется сжатый атмосферный воздух, имеющий водяные пары. По0 падание влаги в тормозную систему приводит к коррозии стальных труб и деталей, вымыванию смазки в приборах. Продукты коррозии засоря0 ют каналы и дроссельные отверстия в тормозных приборах, нарушают плотность клапанов. Особенно опасно попадание влаги в систему в зимнее время при низких температурах. В трубопроводах и каналах образуются ледяные пробки, резиновые манжеты и диафрагмы тормоз0 ных приборов теряют эластичность. Ухудшаются условия работы пнев0 матических аппаратов и приборов вплоть до полной потери работоспо0 собности тормоза. Состояние влажного воздуха характеризуется следующими основ0 ными г и г р о м е т р и ч е с к и м и п а р а м е т р а м и : абсолютной, максимальной и относительной влажностью; влагосодержанием; дефи0 цитом влажности; точкой росы и давлением. 54

Абсолютная влажность воздуха определяется количеством водя0 ных паров, находящихся в 1 м3 воздуха при данной температуре. Из0 меряется в г/м3. Максимальная влажность воздуха показывает, какое количество во0 дяных паров, приходящихся на 1 м3 воздуха, способно насытить его при данной температуре. Измеряется в г/м3. Относительная влажность воздуха определяется отношением ко0 личества водяных паров, находящихся в воздухе, к количеству паров, насыщающих воздух при данной температуре, т. е. отношением абсо0 лютной влажности к максимальной. Измеряется в процентах. Влагосодержание – отношение массы водяных паров во влажном воздухе к массе сухого воздуха в нем. Измеряется в г/кг. Дефицитом влажности называется разность между максимальной и абсолютной влажностью. От него зависит интенсивность испарения и высушивающее действие воздуха. Точкой росы называется температура, при которой находящиеся в воздухе водяные пары достигают состояния насыщения. При охлажде0 нии воздуха и неизменном количестве водяных паров в нем воздух ста0 новится более насыщенным, т. е. повышается его относительная влаж0 ность. В точке росы воздух становится максимально насыщенным и его относительная влажность равна 100 %. При дальнейшем охлаждении происходит конденсация водяных паров. Давление различают абсолютное, избыточное и атмосферное. Состояние воздуха определяется уравнением термодинамики pV = GRT ,

(7.1)

где p – давление (абсолютное); V – объем воздуха; G – масса воздуха; R – газовая постоянная; T – температура. При изменении давления воздуха в пневматической системе под0 вижного состава изменяется не только объем, но и температура воздуха. При одном и том же влагосодержании относительная влажность воздуха будет повышаться с уменьшением температуры при постоянном давле0 нии или при повышении давления и постоянной температуре. При сжатии воздуха в компрессоре его влагосодержание не изменя0 ется. Температура воздуха растет, и поэтому, несмотря на повышение 55

28

давления, относительная влажность воздуха уменьшается. Далее при охлаждении сжатого воздуха в резервуарах и трубопроводах его отно0 сительная влажность возрастает и при достижении значения 100 % из0 быточная влага конденсируется и выпадает в виде капель. При этом влагосодержание уменьшается. Выпавшая в резервуарах влага периоди0 чески удаляется продувкой. Частично она поступает в тормозную сис0 тему. Охлаждение воздуха и конденсация влаги продолжаются в маги0 страли и тормозных приборах. Чтобы меньшее количество водяных паров попадало в тормозную систему, необходимо создать условия, при которых влаги больше выпадало бы в главных резервуарах, и произво0 дить очистку воздуха в специальных устройствах. Считается, что если тормозной воздух содержит водяных паров бо0 лее 85 % того количества, которое значится в таблицах насыщенных паров для данной наружной температуры, то такой воздух является не0 доброкачественным и опасным для нормальной эксплуатации тормозов. В пневматической системе транспортного средства можно различить три состояния воздуха: – атмосферный, засасываемый компрессором; – охлажденный – в напорной магистрали и главном резервуаре после нагрева при сжатии; – редуцированный – в тормозной системе.

Для уменьшения влажности (относительной или влагосодержания) воздуха, используемого в тормозной системе, применяются различные способы. Осаждение конденсата в главных резервуарах (ресиверах). Для выпадения как можно большего количества влаги в главном резервуаре необходимо, чтобы перепад температур между главным резервуаром и окружающим воздухом был как можно меньше. С этой целью главный резервуар размещают в хорошо обдуваемых местах, подальше от источ0 ников тепла, удлиняют трубопровод от компрессора к главному резер0 вуару за счет выполнения его в виде змеевика, увеличивают охлаждаю0 щую поверхность за счет ребер, используют не один, а несколько резер0 вуаров, соединенных последовательно. Этот способ позволяет умень0 шить влагосодержание воздуха. На выходе из резервуаров относитель0 ная влажность обычно достигает 100 %.

Редуцирование с понижением давления является лучшим спосо0 бом снижения относительной влажности воздуха. В напорной магистра0 ли давление воздуха поддерживается более высокое, чем в тормозной. Степень влажности воздуха в тормозной магистрали зависит от разно0 сти давлений по обе стороны редуктора. Со стороны высокого давления воздух будет предельно насыщенным. При редуцировании его удельный объем увеличивается. Насыщенный пар при этом переходит в перегре0 тый. Чем больше перепад давлений, тем суше воздух в магистрали. При равной температуре в напорной и тормозной магистралях отно0 сительная влажность воздуха после редуцирования прямо пропорцио0 нальна отношению абсолютного значения давления в тормозной маги0 страли к давлению в напорной. Разность температур воздуха в напорной и тормозной магистралях также влияет на степень влажности. Чем больше перепад температуры, тем больше остается в воздухе водяного пара. Поэтому при длительной работе компрессора, вызванной утечками воздуха из магистрали, он нагревается и в главный резервуар подается горячий воздух, который не успевает охладиться и отдать конденсат. Большое количество паров при этом попадает в тормозную систему. В тормозной магистрали поездов давление воздуха в магистрали уменьшается от головы поезда к хвосту. Исходя из вышеизложенного, следует, что чем дальше от крана машиниста, тем воздух суше. Абсорбция – свойство некоторых жидких веществ (абсорбентов) химически взаимодействовать с водой. Адсорбция – свойство некоторых пористых веществ (адсорбентов) поглощать своей поверхностью водяной пар. Использованный адсор0 бент регенерируется. После сушки нагревом или продувкой сухим газом способность адсорбента поглощать влагу восстанавливается. Кроме водяных паров во всасываемом воздухе могут находиться также твердые частицы в виде пыли. Воздух, поступающий в тормоз0 ную систему, должен быть очищен от этих примесей. Известны сле0 дующие способы очистки сжатого воздуха от загрязнений: гравитаци0 онный, инерционный и фильтрацией. Принцип гравитационной очистки основан на осаживании частиц загрязнений под действием сил тяжести при накоплении воздуха в ре0 зервуарах. При инерционной очистке осаживание частиц загрязнений осуще0 ствляется за счет сил инерции в специальных центробежных, аэродина0

56

57

7.2 Способы осушки и очистки воздуха

29

мических устройствах и с ударом воздуха о перегородку при изменении направления его движения. Фильтрация получила наибольшее распространение для очистки воздуха. Она осуществляется путем движения воздуха через пористый материал, задерживающий частицы пыли.

7.4 Маслоотделители и противозамерзатели

Отработанный в приводах 8 воздух поступает в резервуар 9 низкого давления, из которых по трубопроводу 10 забирается компрессором. Через фильтр 1 из атмосферы засасывается лишь часть воздуха, необхо0 димая для возмещения утечек в системе и расхода воздуха приводами 6, работающими на выброс в атмосферу. Выделение конденсата в таких системах намного меньше, чем в разомкнутых. Однако эти системы имеют более сложную конструкцию.

При работе компрессора в сжатый воздух попадает масло, которое оказывает отрицательное воздействие на состояние уплотняющих мате0 риалов. В зимнее время с целью предупреждения замерзания влаги в трубопроводах в сжатый воздух вводят антифриз (спиртоглицериновую смесь, состоящую из равных количеств этилового спирта и глицерина). При его смешивании с конденсатом получается незамерзающая смесь, препятствующая обледенению клапанов, воздухопроводов и т. п. Для этих целей применяют специальные приборы – влагомаслоотде0 лители и противозамерзатели. Влагомаслоотделители бывают термо0 динамическими и центробежными. В т е р м о д и н а м и ч е с к о м влагомаслоотделителе влага и пары масла отделяются путем охлажде0 ния горячего после компрессора сжатого воздуха в специальном радиа0 торе, а в ц е н т р о б е ж н о м – в винтовых дефлекторах. В троллейбу0 сах применяются влагомаслоотделители смешанного типа с автомати0 ческим клапаном слива кон0 денсата. Схема противозамерза0 теля приведена на рисунке 7.2. Основными элементами его конструкции являются корпус 1, обратный клапан 2, стакан 3 и дросселирующее устройство 4. Спиртоглицериновую смесь заправляют в стакан 3 через заливное отверстие с проб0 кой, оснащенной указателем уровня. Сжатый воздух про0 ходит по каналу в корпусе 1. В этот канал через дроссели0 рующее устройство 4 и об0 ратный клапан 2 засасывает0 Рисунок 7.2 – Схема противозамерзателя ся антифриз. Интенсивность парообразования спиртоглицериновой смеси регулируется дросселем в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха. Антифриз вводится в тормозную систему только при работающем компрессоре.

58

59

7.3 Замкнутые пневматические системы С целью обеспечения хорошего качества воздуха получают распро0 странение пневматические системы с замкнутой циркуляцией воздуха. Схема такой системы приведена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Схема замкнутой пневматической системы: 1 – воздушный фильтр; 2 – компрессор; 3 – обратный клапан; 4 – главный резервуар; 5 – предохранительный клапан; 6 – пнев0 моприводы, работающие на выброс отработанного воздуха в атмосферу; 7 – спускной кран; 8 – пневмоприводы, работаю0 щие на выброс отработанного воздуха в резервуар низкого давления; 9 – резервуар низкого давления; 10 – всасывающий трубопровод

30

Применяемые на подвижном составе компрессоры классифицируют0 ся по следующим признакам: – п о ч и с л у с т у п е н е й с ж а т и я – одно0, двух0 и многосту0 пенчатые; – п о к о л и ч е с т в у ц и л и н д р о в – одно0, двух0 и трехцилин0 дровые; –по конструкции соединения с электродвига0 т е л е м – соединенные при помощи муфты, зубчатой передачей, ре0 менной передачей, общим валом в одном блоке (мотор0компрессоры); – п о р а с п о л о ж е н и ю ц и л и н д р о в – вертикальные, гори0 зонтальные, V0образные, W0образные, L0образные; –по конструкции рабочего органа и способу с ж а т и я в о з д у х а – поршневые, винтовые. На подвижном составе городского электрического транспорта глав0 ным образом применяют мотор0компрессоры поршневого типа низкого давления, малой производительности, простого действия. К компрессорам низкого давления относятся те, у которых конечное давление при сжатии не превышает 0,1 МПа. Компрессоры малой производительности имеют производитель0 ность до 10 м3/мин. В компрессорах простого действия сжатие воздуха происходит од0 ной стороной поршня, а в компрессорах двойного действия – двумя сторонами, т. е. за один ход поршня (в одном направлении) происходит одновременно и всасывание, и нагнетание. В одноступенчатых компрессорах сжатие воздуха до конечного давления происходит за один рабочий цикл (двойной ход поршня). В двухступенчатых процесс сжатия до конечного давления разделен со0

ответственно на две ступени. В цилиндрах первой ступени (низкого давления) происходит сжатие воздуха до промежуточного давления, затем воздух поступает в змеевик (холодильник), где происходит его охлаждение, а далее – на вторую ступень сжатия в цилиндре второй ступени (высокого давления). Принцип действия одноступенчатого порш0 невого компрессора можно рассмотреть по схе0 ме, показанной на рисунке 8.1. При вращении коленчатого вала 8 поршень 1, соединенный с коленчатым валом шатуном 9, совершает возвратно0поступательное движение в цилиндре 7. При движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение и в результате перепада давлений воздуха открывается всасы0 вающий клапан 5. Пружина 6 при этом сжима0 ется. Происходит всасывание атмосферного воздуха в цилиндр. При обратном ходе поршня всасывающий клапан закрывается, происходит Рисунок 8.1 – Схема сжатие воздуха. Когда давление воздуха в ци0 одноступенчатого линдре превысит давление воздуха в нагнета0 поршневого ком0 тельном трубопроводе 4, клапан 2, преодолевая прессора усилие пружины 3, откроется и произойдет на0 гнетание воздуха в резервуар. При повторных движениях поршня вниз из верхней мертвой точки в начальный момент закрыты и нагнетатель0 ный, и всасывающий клапаны. Происходит расширение воздуха, остав0 шегося в пространстве между поршнем и крышкой цилиндра. После снижения давления воздуха в цилиндре немного ниже атмосферного опять открывается всасывающий клапан, и процесс повторяется. В последнее время широкое распространение в различных отраслях производства, в том числе и на транспорте, получают винтовые ком0 прессоры. Их основными рабочими элементами являются два винтовых ротора. При вращении роторов с минимальными зазорами между ними происходит сжатие воздуха. Для уменьшения возможных внутренних перетеканий воздух содержит масло, которое отделяется после сжатия. Винтовые компрессоры по сравнению с поршневыми имеют боль0 ший срок службы из0за отсутствия значительных сил трения и инерции, меньшие размеры при одинаковой производительности, обладают про0 цессом сжатия, близким к изотермическому (температура на выходе

60

61

8 КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ В ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Для обеспечения тормозных систем и вспомогательных пневматиче0 ских механизмов сжатым воздухом используется компрессорная уста0 новка. В состав компрессорной установки входят: компрессор, главные резервуары, устройства для охлаждения, сушки и очистки сжатого воз0 духа, противозамерзатель, предохранительные и регулирующие прибо0 ры, трубопроводы, крановая арматура и манометры. 8.1 Классификация компрессоров

31

компрессора не превышает 100 °С), являются малошумными и практи0 чески исключают вибрации. 8.2 Конструкции компрессоров На подвижном составе городского электрического транспорта наи0 большее распространение получили мотор0компрессоры типа ЭК04 раз0 личных модификаций. Компрессор ЭК04 двухцилиндровый, одноступенчатый, горизон0 тальный состоит из корпуса (картера), блока цилиндров, клапанной коробки (головки цилиндров), шатунно0кривошипного механизма и двухступенчатого редуктора. В корпусе имеются окна, закрытые крыш0 ками и предназначенные для доступа к деталям и узлам компрессора. Картер сообщается с атмосферой, благодаря чему исключается возмож0 ность повышения давления в картере при утечках воздуха через ком0 прессионные кольца. Блок цилиндров имеет два цилиндра и выполняет0 ся оребренным для лучшего охлаждения. К блоку цилиндров крепится клапанная коробка, в которой располо0 жены два всасывающих и два нагнетательных клапана пластинчатого типа. Всасывающая полость клапанной коробки сообщается через воз0 душный фильтр с атмосферой, а нагнетательная через обратный клапан – с главным резервуаром. Корпус воздушного фильтра наполнен воло0 сяной набивкой, смоченной маслом. В шатунно0кривошипный механизм входят коленчатый вал, два ша0 туна и два поршня. Коленчатый вал вращается в двух радиальных одно0 рядных шариковых подшипниках. Соединение шатуна с коленчатым валом осуществляется залитой баббитом разъемной головкой, а с порш0 нем – неразъемной головкой с запрессованной в ней бронзовой втулкой с помощью поршневого пальца. На каждом поршне расположены по два компрессорных и два маслосъемных кольца. Вращающий момент от электродвигателя на коленчатый вал ком0 прессора передается через двухступенчатый редуктор с передаточным числом 3,9. Смазка компрессора осуществляется разбрызгиванием. Для этого используются разбрызгиватели, которые крепятся к одному из болтов нижней разъемной головки. При вращении коленчатого вала они соз0 дают масляный туман, который оседает на рабочей поверхности тру0 щихся деталей и смазывает их. Смазка редуктора осуществляется путем 62

окунания одного из зубчатых колес в масляную ванну. Для заливки и слива масла имеются маслоналивное и маслосливное отверстия. Уро0 вень масла контролируется жезловым щупом. Производительность компрессора регулируется регулятором давле0 ния воздуха, который при достижении максимального давления в глав0 ном резервуаре выключает электродвигатель, а при минимальном дав0 лении – включает. 8.3 Диаграмма работы и производительность компрессора В одноступенчатом компрессоре сжатие воздуха до конечного дав0 ления происходит за один оборот коленчатого вала. Теоретическая ин0 дикаторная диаграмма его работы в координатах p)v (давление – объем) приведена на рисунке 8.2. Линия 1–2 соответствует процессу всасывания воздуха. Всасывание происходит при давлении рвс в цилиндре не0 много ниже атмосферного ро. Перепад давлений возникает вследствие преодоления со0 противления фильтров и вса0 сывающего клапана. В точке 2 поршень изменя0 ет направление движения на обратное и по линии 2–3 про0 исходит сжатие воздуха. Объ0 ем уменьшается, давление Рисунок 8.2 – Теоретическая диаграм0 возрастает. При этом всасы0 ма работы поршневого компрессора вающий и нагнетательный клапаны закрыты. В точке 3, когда давление в цилиндре станет равным давлению нагнетания pн, от0 крывается нагнетательный клапан и по линии 3–4 происходит процесс нагнетания воздуха. При постоянном давлении объем воздуха уменьша0 ется. При нахождении поршня в верхней мертвой точке 4 между порш0 нем и крышкой цилиндра остается пространство, которое называется вредным. На диаграмме его объем обозначен как Vо. При движении поршня вниз по линии 4–1 происходит расширение воздуха, оставшего0 63

32

ся в этом пространстве. Объем увеличивается, давление падает. Всасы0 вающий клапан открывается в точке 1, когда давление воздуха в цилин0 дре станет ниже атмосферного, и цикл повторяется. Наличие вредного пространства уменьшает производительность компрессора. Чем больше давление нагнетания, тем больше влияние вредного пространства на производительность, так как всасывающий клапан открывается позже (цикл 1′–2–3′–4′–1′). Производительность компрессора (подача) определяется объемом воздуха, поданного в резервуар за единицу времени и приведенного к условиям всасывания, то есть атмосферному давлению и температуре. Измеряется в м3/мин. Различают теоретическую и действительную про0 изводительность. Т е о р е т и ч е с к а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь Qт определяет0 ся без учета потерь и равна объему, описанному поршнями низкого давления в единицу времени: Q т = FSnm ,

(8.1)

где F – площадь поршня цилиндра низкого давления, м2; S – ход поршня, м; n – число двойных ходов поршня в 1 мин (частота вращения вала), об/мин; m – число цилиндров низкого давления. Д е й с т в и т е л ь н а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь Qо меньше теоретической и определяется по формуле Q д = Q т λ = FSnmλ ,

(8.2)

где λ – коэффициент подачи компрессора. Коэффициентом подачи компрессора называется отношение по0 данного в резервуар объема воздуха, приведенного к условиям всасыва0 ния, к объему, описанному поршнями низкого давления. Этот коэффи0 циент может быть представлен в виде произведения отдельных коэф0 фициентов, учитывающих причины снижения производительности: λ = λ об λ у λ др λ т ,

(8.3)

λдр – коэффициент дросселирования во всасывающих клапанах и фильтрах в начале сжатия воздуха; λт – коэффициент подогрева всасываемого воздуха стенками ци0 линдра. О б ъ е м н ы й к о э ф ф и ц и е н т н а п о л н е н и я является од0 ним из важных параметров компрессора, характеризующим снижение производительности за один ход поршня под влиянием вредного про0 странства. Определяется по формуле λ îá =

V1 , V2

(8.4)

где V1 – объем засасываемого в цилиндр воздуха за один ход поршня; V2 – теоретический объем цилиндра (описанный поршнем за один ход). Величину этого коэффициента можно определить из уравнения по0 литропного расширения по линии 1–2 диаграммы (см. рисунок 8.2), вы0 разив объем V1 из уравнение (8.4), p нVоn2 = p вс (V2 + Vо − λ обV2 )n2 ,

(8.5)

где pн – конечное давление при сжатии; pвс – давление всасывания; n2 – средний показатель политропы для линии расширения. К о э ф ф и ц и е н т у т е ч е к в о з д у х а зависит от состояния компрессора. Для новых исправных компрессоров λу = 0,97 … 0,98. К о э ф ф и ц и е н т д р о с с е л и р о в а н и я зависит от отношения давления p1 в начале сжатия к атмосферному (барометрическому) дав0 лению pо. Ориентировочно λ др = p1 p о = 0,92 − 0,95 .

(8.6)

Коэффициент подогрева λт =

Tо , Tо + †T

(8.7)

где λоб – объемный коэффициент наполнения; λу – коэффициент утечек (через неплотности поршневых колец и клапанов);

где Tо – температура всасываемого в компрессор воздуха, К; †T – величина подогрева всасываемого воздуха до момента начала сжатия.

64

65

33

Наибольшее влияние на надежность работы компрессора оказывают детали цилиндро0поршневой, кривошипно0шатунной групп и клапанно0 го узла. Детали цилиндро0поршневой группы (цилиндры, кольца, поршни) одновременно подвергаются трем видам изнашивания: молекулярно0 механическому, коррозионно0механическому и абразивному. Молекулярно0механическое изнашивание преобладает в верхней части цилиндра, где относительно невелика скорость движения поршня, меньший слой смазки, высокие температуры и давление сжимаемого воздуха. В этих условиях интенсивность молекулярно0механического изнашивания в большой степени предопределяется качеством смазки, в частности наличием в ней присадок, предотвращающих задиры. Проти0 возадирные присадки, вступая в химическую реакцию с металлом, обра0 зуют пленку, ослабляющую интенсивность схватывания. Коррозионно0механическое изнашивание деталей компрессора подразделяют на две фазы: взаимодействие металла с агрессивным хи0 мически активным веществом с образованием окислительной пленки и удаление этой пленки в процессе трения. Образование окислительной пленки на стенках цилиндров – это электрохимическая коррозия под воздействием слабых кислот, раство0 ренных в конденсате. Конденсат выделяется в цилиндрах в процессе

сжатия, а также выпадает на стенках цилиндров в промежутке между включениями компрессора, когда происходит снижение температуры его блока. Частицы снятой в процессе трения коррозионной пленки представляют собой окислы металла и имеют большую твердость, чем сам металл, и действуют в дальнейшем как абразивы. Абразивное изнашивание деталей цилиндро0поршневой группы вызывается частицами минерального происхождения, находящимися в засасываемом воздухе и не задержанными воздушным фильтром. Эти частицы попадают в цилиндр, оседают на его стенках, ускоряют про0 цесс износа цилиндров, колец и кольцевых канавок поршня. Особо ин0 тенсивному абразивному износу подвергается верхняя часть цилиндра. Поршневые кольца изнашиваются в большей степени в радиальном направлении и в меньшей – по высоте. Более интенсивно изнашивается первое компрессионное кольцо. Интенсивность радиального износа компрессионных колец выше, чем маслосъемных, так как их давление на стенку цилиндра большее. Кроме того, происходит закоксовывание смазки в канавках поршня, что приводит к потере подвижности и упру0 гости колец и соответственно ухудшению герметичности сопряжения. Износы деталей цилиндро0поршневой группы приводят к ухудше0 нию герметичности пары трения «поршень – цилиндр», т. е. к снижению производительности компрессора. Кроме того, увеличивается расход масла из0за перекачки его в пневматическую систему. Это происходит вследствие прогрессирующего насосного действия поршневых колец, принцип которого показан на рисунке 8.3. При движении поршня вниз масло, снимаемое со стенок цилиндра, заполняет пространство между кольцом и поршнем (рисунок 8.3, а). Возле нижней мертвой точки кольцо под действием сил инерции обго0 няет поршень и выдавливает масло вверх (рисунок 8.3, б). При движе0 нии поршня вверх возле верхней мертвой точки кольца вновь обгоняют поршень и выталкивают масло вверх (рисунок 8.3, в). Насосное действие поршневых колец обеспечивает гидродинамиче0 скую смазку стенок цилиндра, т. е. движение поршневых колец по мас0 ляному слою. Однако с увеличением износа колец и канавок поршня количество перекачиваемого масла значительно больше необходимого для процесса смазки. Масло попадает в нагнетательную камеру цилинд0 ров в виде масляного тумана, а затем вместе со сжатым воздухом выду0 вается в пневматическую систему. Расход масла увеличивается также из0за износа маслосъемного коль0 ца и появления задиров на стенках цилиндра и кольцах.

66

67

В условиях эксплуатации подачу компрессора можно определить экспериментально по времени нагнетания в главный резервуар объема воздуха, пересчитанного на условия всасывания, Qк =

( p2 − p1 ) VрTвс pоt рTнаг

,

(8.8)

где р1, р2 – давление воздуха в главном резервуаре в начале и в конце эксперимента, МПа; Vр – объем главного резервуара, м3; Твс, Тнаг – температура соответственно всасываемого и нагнетаемого в резервуар воздуха, К; tр – время, в течение которого давление воздуха в резервуаре повышается от р1 до р2, мин. 8.4 Оценка технического состояния и особенности технического обслуживания компрессора

34

К деталям шатунной группы относятся коленчатый вал, шатунные и коренные подшипники, шатуны, пальцы. Из них наибольшему и быст0 рому износу подвергаются шейка коленчатого вала и подшипник скольжения шатуна. Трение этой пары происходит в условиях гидроди0 намической смазки, когда поверхности шейки и подшипника разделены тонким слоем масла. Однако попадание в масло абразивных частиц, смываемых им со стенок цилиндра, приводит к появлению на поверхно0 стях рисок и задиров, вызывающих износ.

При разрушении пластины нагнетательного клапана происходит полный отказ компрессора, так как воздух непрерывно перекачивается из одного цилиндра в другой без повышения давления в ресиверах. Ав0 томатический регулятор давления в такой ситуации не отключает элек0 тродвигатель компрессора, он может работать длительное время до выхода из строя шатунно0поршневой группы в результате перегрева. Сильное влияние на темп износа деталей компрессора оказывают со0 стояние и уровень смазочного материала. Свойства масла ухудшаются в результате попадания в картер воды, загрязнений в виде абразивных частиц, засасываемых из атмосферы и смываемых маслом со стенок цилиндра. Интенсивность загрязнения масла растет при неудовлетвори0 тельном обслуживании воздушного фильтра. Уровень масла уменьшается как из0за его перекачки в пневматиче0 скую систему насосным действием поршневых колец, так и вследствие утечек через сальниковые уплотнения. 9 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

Рисунок 8.3 – Схемы насосного действия поршневых колец

Большое влияние на износ подшипников скольжения оказывает тем0 пературный режим. Твердость материала подшипника уменьшается при увеличении температуры, что ускоряет его износ. Характер износа пары трения «поршневой палец – подшипник шату0 на» аналогичен характеру износа в узле трения шейки коленчатого вала и подшипника шатуна. Клапанный узел в значительной степени влияет на производитель0 ность компрессора. Клапан должен открываться на полное проходное сечение, оказывать наименьшее сопротивление воздушному потоку, плотно закрываться при положении поршня в мертвых точках. Износ седла клапана, коробление пластин от высоких температур, остаточная деформация пружин приводят к потере герметичности узла, т. е. к уменьшению производительности компрессора. При разрушении пластин всасывающего клапана производитель0 ность двухцилиндрового компрессора снижается наполовину – в ци0 линдр с поврежденным клапаном воздух после всасывания из атмосфе0 ры в нее же и выбрасывается.

В соответствии со стандартами и Правилами технической эксплуата0 ции (ПТЭ) с целью обеспечения безопасности движения транспортное средство оборудуется не менее чем двумя независимо действующими системами тормозов. На современном подвижном составе городского электрического транспорта применяются электродинамический тормоз (реостатный и рекуперативный) и механический (обычно пневматиче0 ский для экстренного и служебного торможения и ручной в качестве стояночного). Применение электрического торможения позволяет повысить на0 дежность и значительно снизить эксплуатационные расходы на ремонт тормозной системы и замену тормозных колодок. При электрическом торможении колеса подвижного состава менее подвержены юзу. Его применение повышает безопасность движения, так как на подвижном составе всегда имеется механический тормоз, который обеспечивает резервирование процесса торможения. Механическое торможение все0 гда сохраняется как дополнительное и экстренное. На рисунке 9.1 приведена упрощенная структурная схема механиче0 ского тормоза транспортного средства.

68

69

35

Тормозные системы механических тормозов включают в себя источ0 ник энергии Э, орган управления ОУ, тормозные приводы П и РП (руч0 ные), тормозные передачи ТП и РТП, тормозные механизмы ТМ.

Рисунок 9.1 – Структурная схема механического тормоза

Для получения сжатого воздуха и использования его для приведения в действие тормозных механизмов предназначена пневматическая система транспортного средства. Она д о л ж н а о б е с п е ч и т ь : – отбор воздуха из окружающей атмосферы; – сжатие воздуха; – очистку сжатого воздуха от загрязнений и влаги; – создание запасов сжатого воздуха в резервуарах и регулирование давления в них; – передачу энергии сжатого воздуха от ее источника к тормозным механизмам с помощью пневмоаппаратов; – управление энергией сжатого воздуха в процессе передачи с соот0 ветствующими заданными параметрами привода (усилие на штоке, пе0 дали и др.); – защиту тормозных механизмов от одновременного срабатывания нескольких тормозных систем; – функционирование остальных тормозных контуров при отказе од0 ного из них; – контроль работоспособности тормозного оборудования.

70

10 ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ТРОЛЛЕЙБУСОВ 10.1 Общие сведения Троллейбусы оборудованы электрической и механической система0 ми торможения. По назначению и выполняемым функциям тормоз0 ные системы подразделяются: – на р а б о ч у ю , которая служит для регулирования скорости дви0 жения троллейбуса и полной его остановки. Включает в себя электро0 динамический тормоз, действующий на колеса ведущего моста (заднюю ось), и пневматическую тормозную систему с раздельными контурами тормозов передней и задней осей; – з а п а с н у ю , которая служит для остановки троллейбуса при от0 казе рабочей тормозной системы. Она менее эффективна, чем рабочая тормозная система. Функции запасной тормозной системы могут вы0 полнять исправный контур пневматического тормоза рабочей тормоз0 ной системы или стояночная тормозная система (с пружинным энерго0 аккумулятором); – с т о я н о ч н у ю для удержания троллейбуса на месте. В качестве стояночного используется либо ручной тормоз с рычажным приводом либо тормозные камеры с пружинными энергоаккумуляторами, дейст0 вующие на тормозные механизмы колес ведущего моста с управлением от крана обратного действия, который для заторможивания троллейбуса на стоянке ставится в крайнее фиксированное положение и в любое промежуточное нефиксированное положение при использовании в ка0 честве запасной тормозной системы; – в с п о м о г а т е л ь н у ю , обеспечивающую электрическое тор0 можение для длительного поддержания постоянной скорости (на затяж0 ных спусках) или для ее регулирования в пределах, отличных от нуля. Управление рабочей и вспомогательной тормозными системами осуществляется от одной ножной педали. Педаль посредством тяг свя0 зана с тормозным краном и контроллером управления таким образом, что при воздействии на нее вначале происходит электрическое тормо0 жение, а после прекращения его – механическое торможение. В троллейбусах применяются барабанные и дисковые тормозные ме0 ханизмы. В современных троллейбусах наибольшее распространение получили колесные тормозные механизмы барабанного типа с двумя колодками, имеющими один общий центр поворота (обе колодки имеют один общий палец, на который опираются). 71

36

Для приведения в действие тормозных механизмов в троллейбусе применяются в основном пневматические приводы. На сочлененных троллейбусах используется пневмогидравлический привод. 10.2 Пневматическая тормозная система троллейбусов ЗИУ На троллейбусах моделей ЗИУ установлены тормоза: – механический барабанного типа, действующий на четыре колеса с пневматическим приводом от тормозной педали; – механический, действующий на два задних колеса с приводом от рычага ручного тормоза; – электродинамический рекуперативный и реостатный. Схема пневматического тормоза троллейбусов типа ЗИУ представ0 лена на рисунке 10.1.

Как видно из схемы, пневматический тормоз имеет две самостоя0 тельные системы. Это достигается благодаря установке сдвоенного тормозного крана 9 и обратных клапанов 17 перед резервуарами. Тормозной кран 9 осуществляет раздельное питание тормозных ци0 линдров передних и задних колес. Такая схема с разделением на два са0 мостоятельных контура повышает безопасность движения, так как при обрыве пневматической системы переднего или заднего тормозов остав0 шийся неповрежденный контур обеспечит торможение троллейбуса. Вспомогательная система обеспечивает работу пневматической под0 вески троллейбуса и включает в себя воздушный резервуар 7 и пневмо0 подвеску 12. Резервуар 7 наполняется через редуктор давления 6 только после достижения давления в резервуарах напорной и тормозной систем 0,40–0,45 МПа. Если давление в напорной системе по каким0либо при0 чинам падает ниже 0,45 МПа, то через редуктор 6 воздух обратным хо0 дом перетекает из резервуара 7 и пневмоподвесок 12 в тормозную сис0 тему. Таким образом, применение редуктора с указанными особенно0 стями позволяет повысить надежность работы тормозов. 10.3 Пневматические тормозные системы троллейбусов производства ПО “Белкоммунмаш”

Пневматическая часть троллейбуса состоит из трех систем: напор0 ной, тормозной и вспомогательной. В напорную систему входят ком0 прессор 1, обратный клапан 2, предохранительный клапан 16, влаго0 маслотделитель 3, противозамерзатель 4, магистральный воздушный резервуар 5, редуктор давления 6, регулятор давления воздуха 13, бук0 сирный клапан 14 и два манометра 11. В тормозную систему входят два резервуара 8, обратные клапаны ре0 зервуаров 17, тормозной кран 9, четыре тормозных цилиндра 10. Давление воздуха в напорной магистрали регулируется регулятором АК011Б в пределах 0,65–0,80 МПа. Предохранительный клапан отрегу0 лирован на давление 1,0 МПа.

С х е м а п н е в м а т и ч е с к о й с и с т е м ы троллейбуса моде0 ли 101 приведена на рисунке 10.2. Питающая часть пневмосистемы содержит воздухоочиститель 1, компрессор 2, влагоотделитель 3, элек0 тромагнитный вентиль 4, обратный клапан 5, клапан предохранительный 6, противозамерзатель 7, ресивер конденсационный 8 (25 литров), реси0 веры заднего 9 и переднего 10 контуров (40 литров), ресиверы воздуш0 ной подвески 11 и стояночного тормоза 12 (25 литров), ресивер привода дверей 13 (25 литров), датчик аварийного давления воздуха 14, двойной защитный клапан 15, одинарный защитный клапан 16, обратные клапаны 17, сливные краны 18, регулятор давления 19. Пневматический привод рабочей тормозной системы – двухконтур0 ный и содержит двухсекционный тормозной кран 20, передние тормоз0 ные камеры 21, ускорительные клапаны 22, 22а, задние тормозные каме0 ры 23 с пружинными энергоаккумуляторами, датчик давления воздуха 24, клапаны контрольного вывода 25, тормозной кран стояночной тор0 мозной системы 26. Пневматический привод управления дверями вклю0 чает блок подготовки воздуха 27, вентиль электромагнитный 28, двер0

72

73

Рисунок 10.1 – Схема пневматического оборудования троллейбуса ЗИУ09Б

37

74

26

25

24

Схема пневматической части троллейбуса модели 101

28 8 11 18 29 31 30 17 13 75

27

18

22

22a

18

12

28

29

Рисунок 10.2

29

16 19

9 10 14 15 20 21 1 2 3 5 4 7 17 6 23

ные цилиндры 29. Пневматический привод пневмоподвески состоит из шести пневматических упругих элементов подвески 30 и трех регулято0 ров положения кузова 31. При нажатии на тормозную педаль срабатывает тормозной кран 20. Из верхней секции тормозного крана воздух подается в управляющую магистраль ускорительного клапана 22, в результате чего последний пропускает сжатый воздух из ресивера 9 в тормозные камеры 23 задних колес. Через нижнюю секцию тормозного крана сжатый воздух из реси0 вера 10 поступает в тормозные камеры 21, которые приводят в действие тормозные механизмы передних колес. При работе стояночной (запасной) тормозной системы сжатый воз0 дух из ресивера 12 поступает к крану управления стояночным тормозом 26 и далее в управляющую магистраль ускорительного клапана 22а, в результате чего последний пропускает сжатый воздух из ресивера 12 в полости энергоаккумуляторов тормозных камер 23. При торможении стояночным тормозом рукоятка крана 26 устанавливается в заднее фик0 сированное положение и воздух из управляющей магистрали ускори0 тельного клапана 22а и из полостей энергоаккумуляторов 23 через уско0 рительный клапан выходит в атмосферу. Пружины энергоаккумулято0 ров, разжимаясь, приводят в действие тормозные механизмы задних колес. Кран управления стояночным тормозом имеет следящее устрой0 ство, которое позволяет притормаживать троллейбус запасной тормоз0 ной системой с интенсивностью, зависящей от положения рукоятки крана. При аварийном падении давления воздуха в контуре привода стояночного тормоза пружинные энергоаккумуляторы срабатывают автоматически и троллейбус затормаживается. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а п и т а ю щ е й ч а с т и пневма0 тической системы троллейбуса модели 101 приведена на рисунке 10.3. При работе компрессора 2 воздух, засасываемый из атмосферы через воздухоочиститель 1, подается под давлением в конденсационный реси0 вер 8, проходя через влагоотделитель 3, обратный клапан 5 и противо0 замерзатель 7. Как только давление воздуха в ресивере достигнет верх0 него предела регулирования 0,9 МПа, регулятор 10 разомкнет цепь пи0 тания электродвигателя компрессора. Компрессор останавливается, и подача воздуха прекращается. Одновременно электромагнитный вен0 тиль открывается, соединяя нагнетательную магистраль компрессора с атмосферой. Резкое снижение давления в нагнетательной магистрали приводит к срабатыванию клапана влагоотделителя 3, и скопившейся конденсат выбрасывается наружу.

38

21 15

3

18

16

17

19

2

22

1

20

Принципиальная схема питающей части пневмосистемы троллейбуса модели 201

14 76

21

Схема питающей части пневматической системы троллейбуса мо0 дели 201 приведена на рисунке 10.4. Питающая часть содержит ком0 прессор 1, который засасывает воздух из атмосферы через фильтр 2 и подает через влагомаслоотделитель 22 в комбинированный прибор 3, содержащий воздухоосушитель и регулятор давления. В дальнейшем воздух под давлением поступает в регенерационный ресивер 4 и кон0 денсационный ресивер 7. Из этого ресивера очищенный воздух посто0 янного давления поступает на четыре независимых контура, через двой0 ной защитный клапан 11 к ресиверам 5 и 6 заднего и переднего конту0 ров тормозного привода троллейбуса, через одинарный защитный кла0 пан 12 к ресиверу 8 пневматической подвески и через обратный клапан 13 к ресиверу 9 стояночного тормоза. Все ресиверы снабжены сливны0 ми кранами 14 для слива конденсата. Для контроля за давлением в пе0 реднем и заднем контурах тормозного привода служат датчики 9 и 10 аварийного давления воздуха. При работе компрессора под нагрузкой поток сжатого воздуха про0 ходит через осушитель 15, представляющий собой емкость, наполнен0 ную адсорбентом, и далее через обратный клапан 16 поступает к кон0 денсационному ресиверу 7. Часть воздуха через дроссель 17 поступает в

IV

III

II

I Рисунок 10.3 – Схема питающей части пневмосистемы троллейбуса 101

Рисунок 10.4

9

8

7

10 6

4

5

10

12

13

V

11

При снижении давления воздуха в конденсационном ресивере 8 до нижнего предела регулирования 0,8 МПа регулятор 10 замыкает контак0 ты и электродвигатель компрессора включается. Одновременно закры0 вается электромагнитный вентиль 4 и сжатый воздух поступает в реси0 вер 8 и далее к ресиверам тормозной системы и нетормозных потреби0 телей. В случае превышения допустимого предела давления воздуха срабатывает предохранительный клапан 6. Для слива конденсата из конденсационного ресивера 8 служит сливной кран 9.

77

39

небольшую дополнительную емкость (регенерационный ресивер) 4. По мере насыщения адсорбент теряет способность поглощать влагу, и по0 этому периодически его необходимо подвергать регенерации, которая осуществляется при разгрузке компрессора регулятором давления. Регулирование давления воздуха в этой системе основано на выпуске воздуха из компрессора 1 под минимальным давлением. При достиже0 нии рабочего давления в конденсационном ресивере 7 верхнего предела регулирования управляющий клапан 18 займет вторую позицию, вслед0 ствие чего разгрузочный клапан 19 соединит выход регулятора с атмо0 сферой. Компрессор 1 в этом случае работает вхолостую с минимальной затратой мощности. В этом режиме работы компрессора осушитель 15 через разгрузочный клапан 19 также соединен с атмосферой. Воздух регенерационного ресивера 4, проходя через адсорбент, производит его регенерацию, а затем поступает в атмосферу. Одновременно сжатый воздух поступает в устройство 21, размыкает контакты и отключает электродвигатель компрессора. При снижении давления воздуха в реси0 вере 7 до нижнего предела устройство регулятора закрывается и ком0 прессор включается. Цикличность регенерации осушителя обеспечива0 ется цикличностью срабатываний регулятора давления. В случае засорения осушителя 15 срабатывает перепускной клапан устройства 21, а при превышении давления воздуха выше допустимого предела срабатывает предохранительный клапан 20. Рабочая и стояночная пневматические тормозные системы троллейбу0 са модели 201 аналогичны таким же системам троллейбуса модели 101. Троллейбус модели 321 имеет пневматическую часть такую же, как и у троллейбуса модели 201.

Электромагнитный рельсовый тормоз применяется только при экс0 тренном торможении и в случае отказа остальных видов тормозов. Включается рельсовый тормоз при нажатии до отказа тормозной педали или нажатием кнопки экстренного торможения. На каждой тележке установлены два электромагнита рельсового тормоза, связанных между собой поперечными тягами. Тормозной башмак подвешен на пружинах, работающих на растяжение. Между башмаком и головкой рельса в от0 пущенном состоянии имеется зазор 10–15 мм. При подаче тока в катуш0 ки электромагнита башмак намагничивается и притягивается к рельсу с силой 48–50 кН, что увеличивает тормозную силу без опасения закли0 нивания колесных пар. Питание катушек может осуществляться по двум схемам: – от сети с автоматическим переключением в случае исчезновения напряжения к напряжению работающих в режиме реостатного тормо0 жения тяговых электродвигателей; – от аккумуляторной батареи. Электромагнитный рельсовый тормоз значительно повышает эффек0 тивность экстренного торможения. Если эксплуатационное замедление трамвайного вагона составляет 1,3 м/с2, то экстренное – 3 м/с2. Ручной тормоз используется на стоянках, в депо и на уклонах. При0 вод ручного тормоза расположен в кабине водителя. На трамвайных вагонах кроме пневматического используются и дру0 гие типы приводов (пружинные, электромагнитные). 11.2 Пневматическая тормозная система трамвая

На трамвае обычно имеется четыре вида тормозов: – рекуперативно0реостатный (электрический); – пневматический; – электромагнитный рельсовый; – ручной стояночный. Служебным является электрическое торможение с дотормаживанием механическим тормозом, который включается сразу после прекращения действия электродинамического тормоза.

Пневматическую систему трамвайного вагона рассмотрим на приме0 ре пневматической схемы трамвая РВЗ6М2, схема которой показана на рисунке 11.1. В состав пневматической части входят: тормозные цилинд0 ры 1, 9; тормозные шланги 2, 8; электромагнитные вентили 3, 26, 27, 28; песочницы 4, 10; фильтр 5; рукав 6; компрессор 7; главный резервуар 11; фильтры 12, 29; вспомогательный резервуар 13; шумопоглощатель (глушитель) 14; вибратор (звонок) 15; педаль звонка 16; краны 17, 19, 30, 38; выключатель управления 18; кран водителя 20; регулятор давле0 ния 21; манометр 22; стеклоочистители 23, 25; кран 24; редукционный клапан 31; переключающий клапан 32; трехходовой кран 33; краны экстренного открытия дверей 34, 40; дверные цилиндры 35, 41; предо0 хранительный клапан 36; маслоотделитель 37; обратный клапан 39.

78

79

11 ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ТРАМВАЙНЫХ ВАГОНОВ 11.1 Общие сведения

40

36 35

34

В атмосферу

32 33 30

Рисунок 11.1

37 38 39

8 6 7

3 4

5

40

1

2

41

В атмосферу

17 10 9

11 12

13

14

15 16

31

18 19

29

Принципиальная пневматическая схема трамвая РВЗ6М2

28

27

20

22

21

26

25

23

24

80

Для получения сжатого воздуха в системе установлен мотор0ком0 прессор 7 типа ЭК4В. Перед всасыванием в компрессор воздух прохо0 дит через фильтр 5, который сообщен с компрессором рукавом 6. За компрессором на нагнетательном канале расположены обратный кла0 пан 39 и маслоотделитель 37. Необходимый запас сжатого воздуха создается в главном резервуаре 11 емкостью 110 л. На отводе от тру0 бопровода к главному резервуару установлен предохранительный клапан 36. Заданное давление в главном резервуаре поддерживает регулятор давления 21, который включает электродвигатель компрес0 сора при давлении (0,40 ± 0,05) МПа и выключает при достижении давления (0,60 ± 0,05) МПа. В кабине установлен кран водителя 19. Кран золотникового типа имеет семь фиксированных положений ручки: – нулевое – все каналы в кране перекрыты (в этом положении ручка крана может быть снята и поставлена); – четыре тормозных положения влево от нулевого (во всех этих по0 ложениях происходит наполнение тормозных цилиндров с разной ско0 ростью); – два положения отпуска (в обоих положениях происходит выпуск воздуха из тормозных цилиндров, но с разной скоростью). Краном водителя при необходимости можно выпускать воздух из главного резервуара в атмосферу через глушитель 14. От главного резервуара питаются стеклоочистители 23 и 25, которые включаются кранами 24, и механизмы открывания дверей. Для создания необходимого запаса сжатого воздуха на момент тор0 можения предусмотрен вспомогательный резервуар 13 объемом 12 л. Давление в главном и вспомогательном резервуарах показывает двухстрелочный манометр 22. При истощении электрического тормоза прекращается подача пита0 ния катушки вентиля 27, в результате чего вентиль соединяет тормоз0 ные цилиндры со вспомогательным резервуаром 13. Чтобы пневматическое торможение не совмещалось с электриче0 ским, к тормозному трубопроводу подсоединен выключатель управле0 ния 18, который при пневматическом торможении блокирует электри0 ческое торможение. При экстренном торможении в действие приводится электропневма0 тический вентиль 28, который подает сжатый воздух в цилиндры при0 вода песочниц 4 и 10. Песочницы подают песок к зоне контакта «коле0 со–рельс» для повышения коэффициента сцепления между ними. 81

41

Пневматический тормоз – центральный барабанный с наружным расположением колодок. Барабан установлен на валу редуктора привода трамвая. 12 УСТРОЙСТВА И ПРИБОРЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ МЕТРОПОЛИТЕНА В целях обеспечения безопасности и улучшения регулирования дви0 жения поездов на метрополитене применяются тормозные системы на подвижном составе и комплекс устройств автоматики, состоящий из автостопов, автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализа0 ции с автоматическим регулированием скорости (АЛС0АРС) и систем автоведения. 12. 1 Тормозные системы поездов метрополитена На вагонах метрополитена применяются три типа тормозов: – электрический реостатный на всех моторных вагонах; – пневматический колесно0колодочный; – ручной стояночный. Применение э л е к т р и ч е с к о г о торможения повышает безопас0 ность движения, так как бандажи колесных пар не нагреваются, что предотвращает появление трещин на поверхности катания. Кроме того, в тоннелях резко уменьшается запыленность воздуха. Установлено, что при колодочном торможении, начиная со скоростей 40–50 км/ч, каждый вагон за год выделяет свыше 130 кг продуктов износа в виде пыли. Пе0 реход на электрическое торможение уменьшил запыленность воздуха в тоннелях с 70 до 2 мг/м3. Также увеличился срок службы и сократился расход тормозных колодок. Кроме того, уменьшилось негативное воз0 действие тормозных колодок на поверхность катания колеса, что повы0 шает безопасность движения и увеличивает срок службы колес. Колодочным тормозом оборудованы все вагоны метрополитена. На вагонах установлено четыре или восемь тормозных цилиндров, каждый из которых действует соответственно на четыре тормозных колодки двух колес с одной стороны тележки или на две колодки одного колеса. П н е в м а т и ч е с к и й тормоз работает по схеме автоматического прямодействующего тормоза. На вагонах имеется несколько воздушных 82

магистралей: напорная, тормозная, автостопная, дверная, магистраль управления электрическими аппаратами, магистраль тифона, контроль0 ных и вспомогательных приборов. Давление воздуха в напорной магистрали поддерживается регулято0 ром давления в пределах 0,65–0,80 МПа. Питание тормозной магистра0 ли осуществляется из напорной магистрали через кран машиниста. За0 рядное давление воздуха в тормозной магистрали – 0,50–0,52 МПа. Для исключения совместного действия электрического и пневмати0 ческого тормозов с целью избежания юза установлен автоматический выключатель торможения, который в случае пневматического торможе0 ния размыкает цепь электрического тормоза. Размыкание цепи проис0 ходит при достижении определенного, установленного нормами давле0 ния в тормозных цилиндрах (0,150–0,165 МПа). Для предотвращения проезда запрещающего сигнала светофора, имеющего автостоп, поезд оборудуют автостопной магистралью, к ко0 торой подсоединен срывной клапан автостопа. При наезде скобы срывного клапана на шину автостопа срывной клапан производит экстренную разрядку тормозной магистрали, а универсальный автома0 тический выключатель автостопа отключает тяговые электродвигате0 ли. Таким образом, обеспечивается экстренное автостопное торможе0 ние поезда. Для управления стояночным тормозом в кабине машиниста установ0 лена колонка р у ч н о г о тормоза. 12.2 Автостопы Автостоп является автоматическим устройством и предназначен для экстренной остановки поезда (без участия машиниста) при непредви0 денном проезде запрещающего сигнала светофора. На вагонах метрополитена применяется электромеханический ав0 тостоп точечного действия. Он включает в себя путевые и поездные устройства. К поездным устройствам относятся пневматический срыв0 ной клапан и универсальный автоматический выключатель автостопа (УАВА), которые подключаются к автостопной магистрали, представ0 ляющей собой продолжение трубопровода тормозной магистрали со стороны кабины. Рабочим органом путевого устройства является ударный рычаг (пу0 тевая шина автостопа), который устанавливается с правой стороны пути 83

42

по направлению движения поезда. Ударный рычаг располагается около светофора и имеет два положения: горизонтальное – открытое, не пре0 пятствующее движению, и вертикальное – закрытое (ударный рычаг возвышается над уровнем головки рельса на 85–90 мм). Разрешающий сигнал светофора может включиться только при открытом положении рычага. Принцип действия автостопа основан на механическом воздей0 ствии путевых устройств на поездные. При проезде запрещающего све0 тофора скоба срывного клапана поездного устройства ударяется об ударный рычаг путевого устройства и отклоняется от вертикального положения, что приводит к открытию срывного клапана, который в свою очередь сообщает тормозную магистраль с атмосферой. Происхо0 дит экстренная остановка поезда. Универсальный автоматический выключатель автостопа предназначен для отключения автостопной магистрали от тормозной и автоматического отключения тяговых электродвигателей при автостопном торможении поезда. Он состоит из основания, выключающей части и контактной час0 ти. Рукоятка выключающего клапана УАВА имеет три положения: – I – клапан открыт. Срывной клапан сообщен с тормозной магист0 ралью и готов к срабатыванию; – II – временное выключение срывного клапана. Устанавливается при необходимости проезда запрещающего показания светофора в слу0 чаях, предусмотренных ПТЭ. Тормозная магистраль при этом положе0 нии разобщена от срывного клапана. Установку во II положение можно произвести только после остановки поезда перед красным сигналом светофора. Рукоятка в этом положении удерживается усилием руки. Возврат в I положение осуществляется автоматически; – III – автостоп отключен. Используется в случаях неисправности ав0 тостопа. Срывные клапаны устанавливают на кронштейне первой буксы кон0 цевых вагонов поезда, а УАВА – во всех кабинах поездного состава. Тупиковые пути и станции оборота на метрополитене имеют наполь0 ные устройства автостопа в виде путевых инерционных (качающихся) рычагов. Рычаг регулируют на допустимую максимальную скорость проследования, которая определяется по величине тормозного пути до препятствия. При превышении допустимой скорости (обычно 15 км/ч) ударом рычага отклоняется скоба срывного клапана, в результате чего последний срабатывает, вызывая экстренное автостопное торможение. При движении с меньшей скоростью скоба отклоняется незначительно, не вызывая срабатывания срывного клапана.

В качестве источника тока используется путевой трансформатор ПТ, а приемника – путевое реле П, которое контролирует состояние рельсо0 вой цепи. При незанятом пути, например блок0участка 3, электрический ток от путевого трансформатора 3ПТ проходит по рельсам к обмотке путевого реле 3П. Фронтовые контакты реле 3П замыкают цепи прибо0 ров, фиксирующих незанятость контролируемого участка (зеленый свет). Когда на блок0участок въезжает поезд, то путевое реле обесточи0 вается. Замыкаются его тыловые контакты, а фронтовые – размыкаются. В результате этого включаются приборы, фиксирующие занятость уча0 стка (красный свет светофора).

84

85

12.3 Автоблокировка Автоблокировка предназначена для регулирования движения поез0 дов по показаниям светофоров, работающих автоматически в результате воздействия на ограждаемые участки пути. При занятости или повреж0 дении рельсовой цепи блок0участка светофор, ограждающий этот уча0 сток, автоматически закрывается (загорается красный свет). При оборудовании автоблокировкой путь делится на блок0участки. Блок0участок – участок пути, расположенный между смежными свето0 форами. Его длина соответствует тормозному пути поезда при полном служебном торможении с максимальной реализуемой скорости движе0 ния (рисунок 12.1). В пределах блок0участка рельсовая цепь представля0 ет собой непрерывную электрическую цепь, изолированную от сосед0 них и состоящую из участка рельсовой линии, источника тока и прием0 ника, подключенными на ее концах.

З

ЗПТ

ЗП

Рисунок 12.1 – Принципиальная схема автоблокировки

43

На рисунке 12.3 приведена структурная схема системы АЛС0АРС. Система состоит из путевых и поездных устройств. К путевым устрой0 ствам относятся датчик пути ДП, шифратор Ш, путевой генератор ПГ и линия связи ЛС. На подвижном составе располагаются: приемные ка0 тушки ПК; блоки – согласующих устройств БСУ, локомотивных прием0 ников БЛПМ, сигнальный БСМ, управления БУМ, измерителя скорости БИС; локомотивный указатель ЛУ; электропневматический клапан ЭПК; приборы контроля эффективности торможения КТ; кнопка бди0 тельности; датчик скорости ДС.

Рисунок 12.2 – Схема совмещения защитных участков на длине блок0участка

Автоблокировка допускает минимальный интервал между поездами с обеспечением их безостановочного и безопасного движения.

ДКПТ ДКЭТ

БУМ

При установке автостопов образуются защитные участки. Защитный участок располагается между светофором с автостопом и их ограждае0 мым участком. Его длина должна быть не менее длины тормозного пути экстренного торможения при максимальной скорости движения поезда. Автостоп вызывает автоматическое экстренное торможение поезда и его остановку в пределах защитного участка, не допуская наезда на огра0 ждаемый участок. Обычно длину блок0участка выбирают такой, чтобы она удовлетворяла требованиям защитного участка, т. е. соответствовала тормозному пути служебного и экстренного торможений (рисунок 12.2).

12.4 Автоматическая локомотивная сигнализация с автоматическим регулированием скорости Система АЛС0АРС предназначена для непрерывного контроля и ре0 гулирования скорости поезда, ограничения ее в пределах допустимой по условиям безопасности движения. При ее использовании увеличивается пропускная способность и при этом гарантируется безопасность движе0 ния благодаря автоматизации торможения при сближении с препятстви0 ем. Систему АЛС0АРС можно накладывать на устройства автоблоки0 ровки и использовать те же рельсовые цепи, т. е. обеспечивается воз0 можность совместной работы этих устройств, а также раздельное дейст0 вие автоблокировки и АЛС0АРС.

Система работает следующим образом. Путевыми реле0датчиками ДП проверяется состояние пути, определяется число и длина свободных блок0участков. Информация, вырабатываемая путевыми реле, использу0

86

87

Рисунок 12.3 – Структурная схема АЛС0АРС

44

ется шифраторами Ш – управляющими реле. Шифратор выбирает час0 тоту сигнального тока для посылки в рельсовую цепь из ряда 75, 125, 175, 225, 275 Гц, что соответствует допустимой скорости движения 80, 70, 60, 40 и 0 км/ч. Сигнальный ток частотой 275 Гц используется для формирования команды на торможение до полной остановки. Выбор частоты сигнального тока производится по результатам сравнения числа и длин свободных блок0участков с длинами тормозных путей. Шифра0 тор включает путевой генератор для выработки соответствующей час0 тоты сигнального тока. При протекании по рельсовой цепи тока сигнальной частоты вокруг рельсов создается переменное магнитное поле с такой же частотой. В приемных катушках ПК поезда, подвешенных перед первой колесной парой над ходовыми рельсами, при пересечении магнитного поля наво0 дится ЭДС. Суммарная ЭДС двух катушек подается через согласующее устройство БСУ на вход локомотивного приемника БЛПМ. Согласую0 щее устройство согласует амплитудно0частотные характеристики БЛПМ и сигнала, наведенного в приемных катушках. Блок локомотивных приемников принимает кодовый сигнал, рас0 шифровывает его и усиливает до уровня срабатывания исполнительных реле, расположенных на выходе каждого приемника. Каждый приемник настроен на прием сигналов в определенном диапазоне частоты. Вклю0 чение исполнительного реле говорит о наличии в рельсовой цепи соот0 ветствующего кодового сигнала. Сигнал, принятый блоком БЛПМ, пе0 редается в сигнальный блок БСМ. Сигнальный блок определяет допус0 тимую скорость движения и запоминает ее. В сигнальном блоке БСМ сравнивается фактическая скорость поезда с допустимой, и по результа0 там формируется команда для воздействия на схему управления поездом. Фактическая скорость определяется с помощью датчика ДС на буксе вагона, который связан с осью колесной пары. Частота вырабатываемо0 го сигнала пропорциональна частоте вращения колеса. Полученные импульсы поступают в блок измерителя скорости БИС, где определяет0 ся скорость поезда. далее информация передается в сигнальный блок. Если фактическая скорость не превышает допустимую, устройства АРС не влияют на процесс управления поездом. В противном случае сиг0 нальный блок формирует сигнал и передает его в блок управления БУМ, который воздействует на схему управления поездом. По магистрали хода МХ блок управления выдает команду на отключение тяговых дви0 гателей на всех вагонах. Затем по магистрали торможения МТ подает команду на электрическое служебное торможение, т. е. двигатели пере0

ключаются на генераторный режим. Одновременно начинается отсчет времени выдержки электропневматического клапана для приведения в действие экстренного пневматического тормоза в случае, если произой0 дет отказ на одном из вагонов электрического или электропневматиче0 ского тормозов. Для обеспечения надежного торможения предусмотрен контроль эффективности электрического тормоза. При отказе на одном из ваго0 нов электрического тормоза он заменяется на этом вагоне электропнев0 матическим также с контролем эффективности его действия. Если отка0 зывает и электропневматический тормоз, то ЭПК, выдержав замедле0 ние, приводит в действие зкстренные пневматические тормоза на всех вагонах. Выдержка ЭПК устанавливается в зависимости от ступени допустимой скорости. Машинист при управлении поездом руководствуется сигналами о допустимой скорости, которые высвечиваются на локомотивном указа0 теле ЛУ пульта управления поездом в виде цифровых показаний, а так0 же указателей фактической скорости движения. Кроме того, на ЛУ пре0 дусмотрена информация об отсутствии сигнальной частоты в рельсовой линии, отключении двигателей и контроля торможения. Ведение поезда по некодируемому участку или по участку, на кото0 рый по неисправности подается сигнал, запрещающий движение, осу0 ществляется при нажатии на кнопку бдительности со скоростью не вы0 ше 20 км/ч. Отпуск тормозов после остановки осуществляется только в результа0 те действий машиниста. Это сделано с целью исключения скатывания поезда назад при остановке на затяжном подъеме и потери в это время машинистом способности к управлению поездом. Применение быстродействующей АЛС0АРС по сравнению с авто0 блокировкой позволяет увеличить пропускную способность линии на 20–25 %. На некоторых метрополитенах регулирование движения поез0 дов осуществляется по сигналам АЛС при выключенных путевых све0 тофорах. На метрополитенах также находят применение системы автомати0 ческого управления движением поездов (системы автоведения). В системах автоведения используются управляющие ЭВМ. С их помощью производится централизованное управление всеми поездами с одного поста. Точность выполнения графика движения при этом повышается и достигает ±3 с. Точность остановки поезда на станции составляет ±1 м.

88

89

45

Внедрение систем автоведения поездов метрополитена позволяет снизить расход электроэнергии на 5–10 % за счет повышения точности выполнения графика движения, сокращения лишних торможений поез0 дов, применения рациональных режимов ведения поездов и уменьше0 ния времени на прицельное торможение у платформ. 13 ТОРМОЗНЫЕ РАСЧЕТЫ 13.1 Уравнение движения тормозящегося подвижного состава Движущееся транспортное средство обладает кинетической энер0 гией, Дж, Э=

Mv 2 (1 + γ ) , 2

(13.1)

где M – масса транспортного средства, кг; v – скорость движения, м/с; γ – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс, для троллейбуса γ = 0,17. Коэффициент γ введен для упрощения расчетов. Энергия вращаю0 щихся масс может быть определена по формуле Э вм = ∑

I ρi ω i2 2

,

(13.2)

где Iρi – полярный момент инерции i0й вращающейся детали, кгˆм2; ωi – угловая скорость вращения i0й детали, с01. Произведение M (1+ γ) называют приведенной массой. Физическая сущность механического торможения заключается в превращении кине0 тической энергии движущегося транспортного средства в работу тор0 мозной силы. Исходя из этого для остановочного торможения можно записать равенство Mv н2 (1 + γ ) = Bт S , 2

где vн – скорость начала торможения, м/с; Bт – полная тормозная сила подвижного состава, Н; S – тормозной путь, м.

90

(13.3)

На тормозящееся транспортное средство кроме тормозной силы дей0 ствуют силы основного сопротивления движению, а также могут дейст0 вовать силы сопротивления от уклона пути. Формула (13.3) с учетом этих сил примет вид Mv н2 (1 + γ ) = (Wо + Bт + Bi ) S , 2

(13.4)

где Wо – основное сопротивление движению, Н; Bi – сопротивление от уклона пути, Н. В связи с тем, что сопротивление движению, кроме сопротивления воздуха, пропорционально массе транспортного средства, оно дается обычно в виде удельного сопротивления. Полное основное сопротив0 ление движению транспортного средства Wо = Mwо ,

(13.5)

где M – масса транспортного средства, т; wо – удельное основное сопротивление движению, Н/т. Основное сопротивление движению определяется эксперименталь0 ным путем. На основании экспериментальных данных получают эмпи0 рические формулы. Так, для определения удельного основного сопро0 тивления движению троллейбусов на асфальтовом дорожном покрытии рекомендуется формула wо = 137 + 5,4v + 0,467v 2 .

(13.6)

При движении троллейбусов по булыжной мостовой первое слагае0 мое уравнения (13.6) необходимо увеличить на 60 Н/т. Для трамвайных вагонов МТВ082 с независимой подвеской двигате0 лей и карданным валом основное удельное сопротивление движению при выбеге wо = 15 +

250 + 8,04v 2 , M

(13.7)

где M – масса вагона, т. Для вагонов метрополитена при движении в однопутном туннеле удельное сопротивление движению без тока

91

46

wо = 10 +

F 2 520 + 3,24v + 1,19 v , M Mn

bi =

(13.8)

где M – масса секции, т; F – эквивалентная поверхность поезда (29–47 м2); n – число вагонов в составе. В формулы (13.6)–(13.8) значения скорости v подставляют в м/с. При движении на уклоне на подвижной состав действует дополни0 тельная сила сопротивления. Величина уклона обычно характеризуется тангенсом угла α между профилем пути и горизонталью (рисунок 13.1).

Bi = gi ≈ 10i . M

(13.11)

На подъеме сила bi препятствует движению и является положитель0 ной величиной, а на спуске – ускоряет движение вагона и является от0 рицательной величиной. Сопротивление от уклона пути, действующее на транспортное сред0 ство, Н, Bi = Mbi . (13.12) Уравнение движения тормозящегося транспортного средства, ис0 пользуемое при тормозных расчетах, получают в соответствии с зако0 ном механики, устанавливающим связь между массой и ускорением движущегося тела с приложенной к нему силой: −

dv Bт + Wо + Bi = , dt M (1 + γ )

(13.13)

где dv/dt – замедление транспортного средства, м/с2. Уравнение (13.13) можно получить путем преобразований уравнения (13.4), используя зависимость − Рисунок 13.1 – Схема действия сил сопротивления от уклона пути

Обычно величину уклона выражают в тысячных долях с условным обозначением ‰, поэтому можно записать i = 1000 tg α .

(13.9)

На подъеме i принимается со знаком «+», на спуске – со знаком «–». Согласно рисунку 13.1 сопротивление от уклона пути Bi, Н, можно оп0 ределить по формуле Bi = 10 3 Fg sin α ≈ 10 3 Fg tg α = 10 3 Mg tg α ,

где Fg – сила тяжести транспортного средства, кН; M – масса транспортного средства, т. g – ускорение свободного падения, м/с2. Отсюда удельное сопротивление от уклона пути, Н/т, 92

dv v 2 = . dt 2 S

(13.14)

Умножив обе части уравнения (13.13) на dt/dS и учитывая, что dt/dS = 1/v, получают другую форму уравнения движения тормозящегося транспортного средства:  B + Wо + Bi  vdv =  т dS .  M (1 + γ ) 

(13.15)

В формулах (13.13) и (13.15) масса M транспортного средства при0 нимается в кг.

(13.10) 13.2 Расчет тормозного пути, замедления и времени торможения Эффективность торможения транспортного средства определяется величинами замедлений и тормозных путей, которые могут быть реали0 зованы тормозной системой. 93

47

Тормозные расчеты выполняют методом «конечных приращений», который основан на допущении постоянства тормозного усилия за пе0 риод небольшого изменения скорости движения. Для каждого интерва0 ла приращения скорости принимается значение тормозной силы, равное среднему значению в данном интервале. Для проведения тормозных расчетов методом «конечных прираще0 ний» уравнение (13.13) несколько видоизменяется. Вместо бесконечно малых приращений скорости и времени (dv и dt), берутся малые конеч0 ные приращения этих величин (†v и †t), а Bт, Bi и Wо считаются посто0 янными за этот малый элемент приращения скорости. Приращение времени при торможении %t т =

M (1 + γ ) %v , Bт + Wо + Bi

t '2 – время от начала нажатия на тормозную педаль или поворота ру0 коятки крана до начала подъема давления воздуха в тормозной системе; " t 2 – время наполнения тормозной системы сжатым воздухом, т. е. время повышения давления в тормозном цилиндре от нуля до конечного давления, в зависимости от типа тормозного крана принимается t2" = 0,6 ... 0,9 с; t3 – время режима установившегося торможения.

(13.16)

Приращение тормозного пути †S, м, для выбранного приращения скорости †v %S = v ср %t т ,

(13.17)

vн + vк %v или vср = vн − . 2 2 Среднее замедление в принятом интервале

где vср =

a=

%v vн + vк vн2 − vк2 . = = %t %t 2%S

(13.18)

По результатам расчетов строят кривые v = f(s), v = f(t). Вышеуказанные расчеты характерны для режима установившегося торможения. Однако время торможения и тормозной путь зависят также от ряда факторов, предшествующих этому режиму. Рассмотрим график зависимости давления в тормозных цилиндрах от времени, представ0 ленный на рисунке 13.2. За начальный момент отсчета времени принят момент появления аварийной ситуации. Общее время торможения до полной остановки выражается отрезком Т, T = t1 + t'2 + t"2 + t3 ,

(13.19)

Рисунок 13.2 – График зависимости давления в тормозных цилиндрах от времени

Время от момента начала торможения до полной остановки t 4 = t '2 + t "2 + t 3 .

(13.20)

Время приведения тормозов в действие (время нажатия на тормоз0 ную педаль), обозначенное на рисунке 13.2 отрезком t2, принимается в пределах 0,15–0,25 с. Повышение давления в тормозных цилиндрах для тормозов с пневматическим приводом происходит и после окончания движения тормозной педали. Соответственно общий тормозной путь от момента появления пре0 пятствия до остановки подвижного состава

где t1 – время реакции водителя, по наблюдениям составляет 0,4–0,5 с, в расчетах принимают t1 = 1 c;

S = S1 + S 2' + S "2 + S 3 ,

94

95

(13.21) 48

S1 = v н t1 ; S '2 = v н t '2 .

(13.22)

Тормозной путь S "2 можно найти, решая уравнение движения (13.13) методами численного интегрирования по интервалам времени в пред0 положении, что тормозная сила возрастает по линейному закону от нуля до максимальной. Путем интегрирования уравнения движения (13.15) можно опреде0 лить тормозной путь S3. Уравнение решают методами численного ин0 тегрирования по интервалам скорости. Расчетное замедление транспортного средства при полном давлении в тормозных цилиндрах может быть найдено по формуле (13.13). Сред0 ние замедления за весь процесс торможения будут меньшими за счет времени t1 , t '2 и t "2 . В связи с нелинейной зависимостью действующих на транспортное средство тормозных сил и сил сопротивления его движение является неравномерно замедленным. Поэтому при определении среднего замед0 ления за весь период торможения различают два понятия – замедление, рассчитанное по времени торможения tт, и замедление, рассчитанное по длине тормозного пути S. Среднее замедление по времени торможения at =

vн . tт v н2 . 2S

96

13.3 Распределение тормозных сил по колесам транспортного средства При торможении происходит перераспределение нагрузок между пе0 редними и задними колесами. Задние колеса разгружаются, а перед0 ние – нагружаются. Это необходимо учитывать при проектировании тормозов, так как максимальная эффективность торможения обеспечи0 вается при полном использовании сцепления. Распределение макси0 мальных тормозных сил между колесами должно быть пропорциональ0 но нагрузке на колеса. Схема сил, действующих на троллейбус при торможении, приведена на рисунке 13.3.

Рисунок 13.3 – Схема сил, действующих на троллейбус при тормо0 жении

(13.23) Распределение нагрузок между колесами можно найти из условий равновесия моментов относительно точек Б и А:

Среднее замедление по длине тормозного пути as =

Значения средних замедлений, рассчитанные по указанным форму0 лам, различаются между собой. Каждое из понятий среднего замедления имеет свою область применения. Если рассматривать экстренное тор0 можение, то его целью является получение кратчайшего тормозного пути. В этом случае интерес представляет замедление as. При служеб0 ном торможении основным является тормозное время, которое влияет на расход электроэнергии и другие экономические показатели. Для это0 го торможения рассчитывают замедление at.

hд

где S1 – путь, проходимый за время реакции водителя; S '2 – путь, проходимый от момента начала торможения до начала подъема давления воздуха в тормозной системе; " S 2 – путь, проходимый за время наполнения тормозной системы сжатым воздухом; S3 – путь, проходимый при установившемся давлении в тормозных цилиндрах. В период времени t1 и t '2 транспортное средство движется с началь0 ной скоростью vн. Тогда

(13.24)

Z1 (a + b ) − Mgb − Pи hд = 0 ;

(13.25)

Z 2 (a + b) − Mga + Pи hд = 0 ,

(13.26)

97

49

или Z1 = Z2 =

Mgb + Pи hд a+b Mga − Pи hд a+b

ψ=

;

(13.27)

,

(13.28)

где Z1, Z2 – нагрузки, приходящиеся соответственно на передние и зад0 ние колеса при торможении; M – масса троллейбуса; g – ускорение свободного падения; Pи – сила инерции; hд – высота расположения центра тяжести троллейбуса. Безъюзовое торможение передних и задних колес обеспечивается при выполнении следующих условий: Bт1 ≤ Z1ψ; Bт2 ≤ Z 2 ψ ,

(− dv dt ) ,

где – dv/dt – замедление троллейбуса при торможении. С учетом выражений (13.32) и (13.34), уравнения (13.30) и (13.31) можно записать в виде

Bт1

Bт 2

 dv  hд b + −   dt  g = Mg a+b

 dv  −  dt  ; ⋅ g

 dv  h a − −  д  dt  g = Mg a+b

 dv  −  dt  , ⋅ g

Bт1 = Mg

где Bт1, Bт2 – тормозные силы, реализуемые соответственно на передних и задних колесах; ψ – коэффициент сцепления колес с дорогой. Решая совместно уравнения (13.27), (13.28) и (13.29), получаем

Bт 2 = Mg

Bт1 =

Bт 2 =

a+b Mga − Pи hд a+b

ψ;

(13.30)

ψ.

(13.31)

Сила инерции троллейбуса  dv  Pи = M  −  .  dt 

(13.32)

(13.35)

(13.36)

или

(13.29)

Mgb + Pи hд

(13.34)

g

b + ψh д a+b a − ψhд a+b

ψ;

(13.37)

ψ.

(13.38)

По уравнениям (13.35) и (13.36) определяют тормозные силы перед0 них и задних колес при заданном замедлении троллейбуса, а по уравне0 ниям (13.37) и (13.38) – при заданном коэффициенте сцепления. При расчетах тормозных систем экстренного торможения рекомен0 дуется принимать для троллейбусов ψ = 0,6 … 0,8, для рельсового под0 вижного состава ψ = 0,4. Добавочную нагрузку передних (разгрузку задних) колес можно определить по одной из формул  dv  M  − hд h dt  †Z = ; †Z =  ; †Z = Mgψ д . a+b a+b a+b Pи hд

(13.39)

Полное значение тормозной силы  dv  Bт = M  − ; Bт = Mgψ ,  dt 

откуда 98

13.4 Расчет стояночного тормоза (13.33)

Сила нажатия тормозных колодок (накладок) должна быть достаточ0 ной для удержания транспортного средства в заторможенном состоянии 99

50

на нормируемом уклоне. Схема сил, действующих на заторможенное на уклоне транспортное средство, приведена на рисунке 13.4. Максимальная тормозная сила, необходимая для удержания транс0 портного средства на месте при всех заторможенных колесах, Bmax ≤ M max g cos αψ , (13.40)

Рисунок 13.4 – Схема сил, дей0 ствующих на заторможенное на уклоне транспортное средство

где Mmax – масса транспортного сред0 ства при максимальной за0 грузке пассажирами; ψ – коэффициент сцепления; α – нормируемый уклон. При задних заторможенных ко0 лесах Bmax = Z 2 ψ ,

(13.41)

где Z2 – нагрузка от задних колес на дорожное покрытие. Для двухосного экипажа Z2 = Bmax =

M max g (a cos α − hд sin α ) ; L

(13.42)

ψM max g (a cos α − hд sin α ) , L

(13.43)

где L – база транспортного средства; а – расстояние от центра тяжести до передней оси; hд – высота центра тяжести от уровня дорожного покрытия. Наибольший уклон αпр, на котором можно удержать заторможен0 ное транспортное средство, определяется по формулам: – при всех заторможенных колесах – tg α пр = ψ; α пр = arctg ψ ;

(13.44)

– при задних заторможенных колесах – tg α пр =

aψ aψ . ; α пр = arctg L + ψhд L + ψh д

100

(13.45)

При расчетах механической части стояночного тормоза максимальная расчетная сила на рукоятке маховика колонки ручного тормоза прини0 мается равной 200–300 Н, а на рычаге привода рычажного типа – 400 Н. 14 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ТОРМОЗНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА Для поддержания подвижного состава городского электрического транспорта в технически исправном состоянии, обеспечивающем безопасную и бесперебойную работу, производят его техническое обслуживание и ремонт. Техническое обслуживание и ремонт осуще0 ствляют в определенной системе в зависимости от времени нахожде0 ния транспортного средства в эксплуатации, объема выполняемых работ, потребности в ремонте либо профилактических ремонтах. Сис0 тема технического обслуживания и ремонта определяет виды, сроки, содержание и чередование работ. Техническое обслуживание и ре0 монт тормозного оборудования выполняют в сроки, определенные для проведения технического обслуживания и ремонта транспортного средства в целом. В основу обслуживания и ремонта подвижного состава положена планово0предупредительная система, в соответствии с которой через регламентированные промежутки времени или пробега на подвижном составе выполняют работы по установленному перечню. 14.1 Техническое обслуживание тормозного оборудования троллейбусов При ежедневном техническом обслуживании (ЕО) осматривают приводы рабочего и стояночного тормозов, проверяют состояние тяг, наличие шплинтов и гаек, затяжку контргаек, работу компрессора, давление в пневмосистеме. Давление в пневматической системе трол0 лейбуса ниже 0,64 МПа и выше 0,74 МПа указывает на необходимость регулировки регулятора давления. Если давление в тормозных каме0 рах ниже 0,50 МПа при полностью нажатой тормозной педали, то не0 обходимо отрегулировать ее ход. При вывешенном ведущем мосте 101

51

проверяют действие тормозов по быстроте затормаживания вращаю0 щихся ходовых колес. Основным видом ухудшения технического состояния аппаратуры напорной и тормозной систем является засорение магистралей и камер пневматического оборудования продуктами коррозии, консистентными соединениями масла и частицами минерального происхождения. При0 чиной коррозии является наличие влаги в сжатом воздухе, не задержан0 ной влагомаслоотделителем. Образование влаги в пневматической системе троллейбуса является неизбежным процессом, так как вследствие сжатия и нагрева воздуха даже с относительно низкой влажностью наступает его насыщенное состояние. Понижение температуры воздуха приводит к образованию конденсата. В зимнее время его наличие является причиной отказа тор0 мозов. Поэтому при всех видах технического обслуживания из ресиве0 ров сливают накопившийся конденсат. В холодную погоду перед этой операцией пневмосистему продувают горячим воздухом для размора0 живания льда в пневматических приборах. Во время первого технического обслуживания (ТО01), кроме работ в объеме ЕО, проверяют состояние и крепление тормозных цилиндров (камер) и воздухопроводов, действие пневматического привода, отсут0 ствие заеданий, измеряют зазоры между накладками тормозных коло0 док и тормозным барабаном, регулируют выход штоков тормозных цилиндров. Проверяют действие тормозов на переднем и заднем мостах в вывешенном состоянии. Действие механических тормозов ведущего моста определяют по “срыву сцепления” (по началу вращения колес при включении тягового электродвигателя на первых позициях контроллера управления при заторможенных колесах) или по быстроте остановки вращающихся колес. О работе механических тормозов управляемых колес судят по невозможности проворачивания их вручную в затормо0 женном состоянии. Второе техническое обслуживание (ТО02) является переходным ме0 жду техническим обслуживанием и ремонтом троллейбуса. Вначале выполняют работы в объеме ТО01. Затем снимают тормозные барабаны, осматривают их и проверяют надежность крепления. Проверяют время наполнения системы сжатым воздухом и величину его общей утечки. Оценивают работу тормозных кранов, состояние тормозных цилиндров (камер). Производят диагностику тормозных устройств. К диагностиче0 ским характеристикам относятся: – тормозной путь и среднее замедление троллейбуса при торможении;

Существует два основных метода контроля эффективности тормоз0 ных систем троллейбусов: – дорожные испытания; – стендовые испытания. Дорожные испытания проводят на прямом горизонтальном участке дороги с высоким коэффициентом сцепления. В процессе торможения водитель не должен менять траекторию движения троллейбуса. Показа0 телями эффективности тормозов при дорожном испытании являются: – тормозной путь; – установившееся замедление; – время срабатывания тормозов. Основные нормативные показатели тормозных свойств определяют0 ся в режиме испытания при полной загрузке транспортного средства. При дорожных испытаниях замедление троллейбуса измеряют с по0 мощью деселерометра. Принцип работы деселерометра основан на фик0 сации пути перемещения подвижной инерционной массы прибора отно0 сительно его корпуса, жестко связанного с конструкцией транспортного средства. При торможении троллейбуса подвижная масса прибора пе0 ремещается под действием силы инерции. Перемещение пропорцио0 нально замедлению. Деселерометр фиксирует максимальное замедление. Имеются десе0 лерометры с записью значений замедления на специальную ленту. Это позволяет одновременно с замедлением определить и время срабатыва0 ния тормозов. Есть деселерометр с сигнализацией. В случае, если за0 медление равно или больше заданного, на приборе загорается сигналь0 ная лампочка. Если она не загорается, техническое состояние тормозов неудовлетворительное. Нормативные показатели тормозов необходимо определять при пол0 ной загрузке троллейбуса. Это трудно выполнимо из0за большой трудо0

102

103

– выходы штоков тормозных цилиндров; – время срабатывания тормозов; – величина тормозных сил и распределение этих сил по колесам (разность между тормозными силами на левых и правых колесах не должна превышать 15–20 %); – усилие свободного вращения колес; – постоянство тормозного момента по углу поворота ходовых колес. 14.2 Методы контроля эффективности тормозных систем

52

емкости таких испытаний. Дорожные испытания обычно проводят при приемке водителем троллейбуса перед выездом на маршрут. Проведе0 ние этих испытаний при техническом обслуживании и ремонте вызыва0 ет значительные трудности в связи с невозможностью маневра троллей0 буса вне связи с контактной сетью, а это требует большого объема ма0 невровых работ. По результатам дорожных испытаний невозможно дать полное за0 ключение об исправности тормозов. При испытании нельзя определить равномерность распределения тормозных сил по колесам. Различие в тормозных силах колес одной оси выше нормы при испытании может не привести к выводу за пределы допустимых тормозного пути и замедле0 ния из0за большой суммарной тормозной силы и хорошего сцепления. Во время эксплуатации на дорогах с худшим качеством сцепления при торможении троллейбуса может произойти потеря поперечной устойчи0 вости (занос) и увеличение тормозного пути. Стендовые испытания осуществляют на специальных стендах, на которых торможение происходит подобно торможению на дороге. По0 верхность дороги, которая в контакте с колесами реализует тормозную силу, заменяют роликами или подвижной платформой. Стендовые ис0 пытания тормозов троллейбуса проводят двумя методами: – инерционным; – силовым. При и н е р ц и о н н о м м е т о д е параметры тормозной системы измеряют во время поглощения тормозами кинетической энергии вра0 щающихся частей стенда или движущегося троллейбуса. Вращающиеся массы стенда раскручивают специальным электродвигателем или дви0 гателем троллейбуса. При с и л о в о м м е т о д е со стороны стенда к заторможенному колесу прикладывается сила, характер изменения которой определяет состояние тормозов. Эта сила создается на стендах с частичным прово0 рачиванием колес электромеханическими, пневматическими или гид0 равлическими устройствами, а на стендах с постоянной частотой вра0 щения – затормаживанием колеса троллейбуса электродвигателем через редуктор. Стендовый метод позволяет производить испытание тормозов непо0 средственно в помещении, требует меньших затрат времени и энергии, обладает большой точностью, воспроизводимостью и объективностью результатов. Кроме этого, метод позволяет оценить техническое состоя0 ние тормозного механизма каждого колеса, получить параметры и уста0

Для испытания тормозных систем троллейбусов реальное примене0 ние получили следующие стенды: – роликовые инерционные; – роликовые силовые; – площадочные инерционные; – площадочные силовые. Применение стендов позволяет обеспечить измерение тормозных показателей с высокой точностью и регистрацией, имитировать различ0 ные дорожные условия, а также безопасность испытаний, малые затраты времени на диагностику. Принципиальная схема роликового инерционного стенда приведе0 на на рисунке 14.1. Троллейбус устанавливают на опорные ролики 1. «Разгон» троллейбуса осуществляется собственным двигателем с по0 мощью ведущих колес, передаточного вала 6, редукторов 7 и цепных передач 4. Маховые массы 3 стенда при этом получают запас кинетиче0 ской энергии, которая имитирует поступательное движение троллейбу0 са. Для раздельного торможения колес используются электромагнитные муфты 8. Частота вращения («скорость» движения) фиксируется тахоге0 нераторами 2, тормозной путь – импульсными счетчиками оборотов 5, а наибольшее замедление каждого колеса – инерционными датчиками 9. При установке дополнительного электропривода роликов расширяются возможности стенда. Появляется возможность имитации движения на подъемах и спусках. Площадочный инерционный стенд состоит из четырех площадок, подвижных в горизонтальном направлении. Каждая из них связана с динамометрической пружиной, препятствующей перемещению площа0 док. При испытании тормозов транспортное средство выезжает на под0 вижные площадки с точно зафиксированной скоростью (5–7 км/ч) и резко затормаживает. Возникающая при этом сила инерции пропорцио0 нальная тормозной силе, перемещает площадки на расстояние, пропор0 циональное массе транспортного средства, его замедлению и обратно пропорциональное жесткости пружин. Значение этой силы фиксируется на каждой площадке.

104

105

новить конкретную причину снижения эффективности тормозов, прово0 дить повторный контроль после регулировки и ремонтных работ. 14.3 Средства стендового контроля

53

Площадочный силовой стенд имеет площадки, которые переме0 щаются по отношению к транспортному средству, прокручивая затор0 моженные колеса последнего. Значение силы прокручивания каждого колеса, характеризующее тормозную силу, регистрируется соответст0 вующими датчиками.

цепной передачей 4, измерительное устройство 3, установленное на вал 2, редуктор 1 и электродвигатель 7, обеспечивающий вращение роликов с крутящим моментом до 3 кНˆм. Для съезда троллейбуса со стенда пре0 дусмотрена выталкивающая площадка 6. Ролики 5 выполнены с про0 дольной нарезкой, что позволяет реализовать высокий коэффициент сцепления даже при мокрых шинах (0,65–0,75). В качестве измеритель0 ного устройства использован магнитоупругий преобразователь (МУП). Он позволяет измерять крутящий момент без механического или элек0 трического контактов с вращающимся валом. Блок0схема стенда СКТ приведена на рисунке 14.3.

Рисунок 14.1 – Принци0 пиальная схема ролико0 вого инерционного стенда: 1 – опорные ролики; 2 – та0 хогенератор; 3 – маховик; 4 – цепная передача; 5 – им0 пульсный счетчик оборотов; 6 – передаточный вал; 7 – ре0 дуктор; 8 – электромагнит0 ная муфта; 9 – инерционный датчик замедления

Рисунок 14.2 – Схема блока роликов стенда СКТ

Недостатком площадочных стендов является большая погрешность. Кроме того, они требуют значительных площадей для установки самого стенда и места для разгона транспортного средства. Преимущества инерционных стендов хорошо реализуются для диаг0 ностики тормозов пневмоколесных машин, рассчитанных на высокие скорости движения. Однако применительно к троллейбусам они несу0 щественны, так как их максимальная скорость движения до 60 км/ч, а торможение до скорости 5–6 км/ч осуществляется электрическим тор0 мозом. По мнению специалистов наиболее приемлемыми являются ро0 ликовые силовые стенды. Наибольшее распространение в эксплуатации получил силовой ро0 ликовый тормозной стенд типа СКТ. Он состоит из идентичных бло0 ков роликов (рисунок 14.2) для каждого колеса троллейбуса. Блок включает в себя два ролика 5, кинематически связанных между собой

Рисунок 14.3 – Блок0схема стенда СКТ

106

107

54

С измерительного устройства 4, измеряющего крутящий момент на валу между роликами 5 стенда и редуктором 2, приводимом во враще0 ние электродвигателем 3, сигнал поступает на прибор 12, по которому считывают текущее значение тормозной силы. Этот же сигнал поступа0 ет в блоки сравнения 9 и 6. Перед началом испытаний оператор вводит в блок уставок 11 нижнее значение тормозной силы, а в блок уставок 8 – верхнее значение тормозной силы. В процессе испытаний при нажатии педали 1 замыкается датчик 14, по сигналу которого блок 13 запускает секундомеры 7 и 10. Как только от датчика 4 в блок сравнения 9 посту0 пает сигнал о достижении тормозной силы нижней величины, блок 9 останавливает секундомер 10, а в момент достижения тормозной силы верхней величины блок 6 останавливает секундомер 7. Стенд позволяет измерять время нарастания тормозной силы до двух заранее заданных значений и установившееся значение этой силы, т. е. дает возможность реализовать на стенде различные режимы измерений. Для диагностирования пневматических систем троллейбусов приме0 няются переносные стенды (СКП). Они позволяют измерять следую0 щие параметры: – производительность компрессора; – давление сжатого воздуха, при котором открываются регуляторы давления; – давление сжатого воздуха, при котором включается и выключается электродвигатель компрессора; – давление сжатого воздуха, развиваемое тормозным краном в тор0 мозных механизмах колес при нажатии тормозной педали; – время нарастания и спада давления воздуха в тормозных цилинд0 рах при всех режимах торможения; – плотность пневматической системы во всех режимах; – проверку точности манометров на панели приборов.

ется углом поворота тормозной педали по принципу следящего дейст0 вия тормозного крана. Подача же сжатого воздуха в тормозные цилинд0 ры ведомого троллейбуса осуществляется двухступенчато посредством системы электропневмовентилей. В процессе контролируют так называемую статическую характери0 стику. При этом определяют: – давление настройки редукционного клапана электропневмовентиля первой ступени торможения; – давление в приводе ведущей машины, при котором происходит включение электропневмовентилей второй ступени торможения ведо0 мой машины; – давление настройки редукционного клапана электропневмовентиля второй ступени торможения ведомой машины; – максимальное установившееся давление в приводе ведущей машины; – взаимное положение углов поворота тормозной педали, при кото0 рых начинается нарастание давления соответственно в ведущей и ведо0 мой машинах. Этот контроль производится с помощью переносного стенда СКП. Контроль эффективности тормозов каждого из колес поезда осуществ0 ляется на стенде СКТ. 14.5 Техническое обслуживание тормозного оборудования трамваев

Особенности контроля тормозов троллейбусных поездов обусловли0 ваются тем, что между троллейбусами поезда нет пневматической свя0 зи. При торможении механическим тормозом (дотормаживание после злектрического торможения или при экстренном торможении) давление воздуха в тормозных цилиндрах (камерах) ведущей машины определя0

При ежедневном техническом обслуживании (ЕО) проверют ис0 правность тормозного оборудования, устраняют мелкие неисправности по заявкам водителей, сливают конденсат. В зимнее время прогревают пневматическую систему. При контрольно0профилактическом осмотре (КПО) проверяют про0 изводительность и работу компрессора, уровень масла в картере, отсут0 ствие утечек в пневматической системе. При наличии утечек их устра0 няют. Систему продувают сжатым воздухом. Проверяют состояние и надежность крепления тормозного оборудования, работу тормозных цилиндров, регулируют выходы штоков, проверяют четкость работы и легкость вращения рукоятки крана водителя. Контролируют зазор меж0 ду тормозными накладками и барабаном у барабанного тормоза и поло0 жение башмака относительно рельса у рельсового тормоза. Проверяют работу всех видов тормозов трамвая.

108

109

14.4 Особенности контроля тормозных систем троллейбусных поездов

55

Техническое обслуживание тормозного оборудования производят при ТО01, ТО02 и ТО03 с целью предупреждения отказов и поддержания его в работоспособном состоянии, обеспечивающем безопасность дви0 жения в период между соответствующими видами ТО. При этом осуще0 ствляют осмотр состояния, испытание и регулировку оборудования. При текущих ремонтах вагонов ТР01, ТР02 и ТР03 выполняют ремонт и замену отдельных деталей или узлов в зависимости от их состояния, а также испытания, регулировку и частичную модернизацию оборудова0 ния. Цель текущего ремонта – восстановить основные технические ха0 рактеристики и обеспечить работоспособность в период между соответ0 ствующими ремонтами. Сроки проведения видов технического обслуживания и ремонта ус0 танавливают по пробегу. При ТО01 производят внешний осмотр тормозной рычажной переда0 чи и тормозных колодок, проверяют их состояние и крепление. При толщине средней части тормозной колодки менее 4 мм или наличии раковин колодку заменяют. Контролируют зазор между колодками и бандажом колесной пары. Проверяют крепление и состояние пневмати0 ческого оборудования, наличие утечек воздуха на слух, сливают кон0

денсат из резервуаров и маслоотделителей, устраняют неисправности по записям локомотивной бригады. При ТО02 кроме работ, предусмотренных по ТО01, проверяют регу0 лировку тормозной передачи и величину выхода штока. На всех вагонах проверяют состояние соединительных рукавов, шлангов, целостность и плотность воздухопроводов на слух. Утечки воздуха устраняют. В го0 ловных вагонах проверяют работу компрессора, правильность срабаты0 вания регуляторов давления, действие крана машиниста, срывного кла0 пана. Контролируют уровень масла в картере компрессора. При ТО03 дополнительно к объему работ по ТО02 на головных ваго0 нах проверяют состояние деталей крана машиниста и смазывают их. Замеряют расстояние от нижней точки скобы срывного клапана до уровня головки рельса. На всех вагонах проверяют действие воздухо0 распределителей и пневматических аппаратов. ТР01 выполняют без отцепки вагона от состава. Производят осмотр, ремонт и частичную ревизию всего тормозного оборудования, смазку и регулировку всех узлов. Особое внимание обращают на состояние руч0 ного тормоза и тормозной рычажной передачи. Разбирают кран маши0 ниста. Детали его протирают, проверяют их состояние, устраняют неис0 правности, смазывают. Кронштейн срывного клапана снимают для маг0 нитной дефектоскопии. Ремонтируют компрессор, при необходимости заменяют клапанную коробку. При ТР02 выполняют ревизию автотормозного и пневматического оборудования. Кран машиниста, предохранительный и обратный клапа0 ны, реле давления и тормозной цилиндр подвергают ревизии в объеме ТО01 на вагоне. Остальные тормозные приборы и аппараты демонтиру0 ют с вагона и отправляют в цех, где их ремонтируют и регулируют. При ТР03 производят ремонт тормозной рычажной передачи и руч0 ного тормоза. Тормозное и пневматическое оборудование подвергают ревизии, ремонту и испытанию. Продувают и ремонтируют воздухопро0 воды, осуществляют техническое освидетельствование воздушных ре0 зервуаров, ремонт и испытание компрессоров, ревизию и гидравличе0 ское испытание пневматических рукавов. После ремонта и сборки тор0 мозной рычажной передачи ее регулируют. Затем на вагоне проверяют плотность всех воздухопроводов, производительность и вибрацию ком0 прессора, регулировку пневматического тормоза при всех видах тормо0 жения, работу стоп0кранов. При капитальном ремонте все тормозное оборудование демонтируют с вагона и отправляют в цех для разборки, ремонта, испытания и регулировки.

110

111

При текущем ремонте (ТР) дополнительно к работам, выполняемым в объеме КПО, снимают клапанную коробку, проверяют и прочищают ее детали. Проверяют плотность тормозных цилиндров. Производят проверку плотности пневматической системы при давлении 0,60 + 0,05 МПа при полном торможении и закрытых дверях, а также при полном торможении и открытых дверях. Время падение давления в системе на 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) не должно превышать 2,5–4,0 минут в зависимости от модели трамвая. Проверяют износ тормозных накладок. Износ тормозного башмака электромагнитного рельсового тормоза про0 веряют по риске. При плановых видах ремонта основное тормозное оборудование трамвая демонтируют и направляют в специализированные цехи или мастерские. При ревизии и осмотрах снимают только те детали, объем ремонта которых не может быть выполнен на месте. 14.6 Техническое обслуживание тормозного оборудования вагонов метрополитена

56

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Иванов, М. Д. Механическое оборудование электроподвижного состава городского транспорта / М. Д. Иванов. – М. : Транспорт, 1980. – 208 с. 2 Троллейбусы. Устройство и техническое обслуживание / М. В. Богдан [и др.] : под ред. М. В. Богдана. – Мн., 1997. – 256 с. 3 Веклич, В. Ф. Диагностирование технического состояния троллейбусов / В. Ф. Веклич. – М. : Транспорт, 1990. – 295 с. 4 Ефремов, И. С. Теория и расчет механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта / И. С. Ефремов, Б. П. Гущо0 Малков. – М. : Стройиздат, 1970. – 480 с. 5 Ефремов, И. С. Технические средства городского электрического транспор0 та : учеб. пособие для студентов вузов специальности «Городской электриче0 ский транспорт» / И. С. Ефремов, В . М. Кобозев, В. В. Шевченко. – М. : Выс0 шая школа, 1985. – 448 с. 6 Ефремов, И. С. Механическое оборудование троллейбусов / И. С. Ефре0 мов, В. М. Кобозев. – М. : Транспорт, 1978. – 309 с. 7 Максимов, А. Н. Городской электротранспорт: Троллейбус / А. Н. Мак0 симов. – М. : Академия, 2004. – 256 с. 8 Богдан, Н. В. Троллейбус. Теория, конструирование, расчет / Н. В. Богдан, Ю. Е. Атаманов, А. И. Сафонов : под ред. Н. В. Богдана. – Мн. : Ураджай, 1999. – 346 с. 9 Махмутов, К. М. Устройства интервального регулирования движения по0 ездов на метрополитене / К. М. Махмутов. – М. : Транспорт, 1986. – 351 с.

Учебное издание ЛИСИЧКИН Эрнст Афанасьевич РУДОВ Павел Корнеевич ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА Учебно0методическое пособие Редактор И. И. Эвентов Технический редактор В. Н. Кучерова Подписано в печать 14.07.2009 г. Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 6,51. Уч.0изд. л. 6,58. Тираж 95 экз. Зак. № . Изд. № 23 Издатель и полиграфическое исполнение Белорусский государственный университет транспорта: ЛИ № 02330/0133394 от 19.07.2004 г. ЛП № 02330/0494150 от 03.04.2009 г. 246653, г. Гомель, ул. Кирова, 34.

112

113

57