|
|
Авторы:
В.Г. ИНОЗЕМЦЕВ, член-корреспондент РАН
В.В. КРЫЛОВ, кандидат технических наук
Для перспективных условий эксплуатации грузовых вагонов Министерством путей сообщения Российской Федерации сформулированы и выданы промышленности для разработки конструкций основные параметры грузовых вагонов нового поколения с осевой нагрузкой до 25 тс при скорости до 120 км/ч. При меньших осевых нагрузках конструкционная скорость может достигать 140 км/ч. В соответствии с этим параметрами ВНИИЖТом разработаны и утверждены МПС России технические требования к тормозным системам грузовых вагонов с осевой нагрузкой до 25 тс и максимальной скоростью 120 км/ч, а также грузовых вагонов, предназначенных для эксплуатации со скоростью 140 км/ч.
ТОРМОЗНЫЕ системы новых вагонов рассчитаны на работу в специализированных грузовых поездах, обращающихся со скоростями до 120 км/ч с составами до 50 вагонов и до 140 км/ч с составами меньшей длины, а также в обычных грузовых поездах любого установленного в эксплуатации веса и длины. Эти вагоны оснащаются композиционными тормозными колодками, при этом механическая часть тормоза рассчитывается именно на этот тип колодок. МПС может в техническом задании на разработку конструкции предусмотреть возможность установки на вагоны не только композиционных, но и чугунных тормозных колодок. Однако при принятии такого решения заказчику следует иметь в виду связанное с этим усложнение и утяжеление тормозной системы. При расчёте на применение только композиционных колодок система тормоза получается в оптимальном варианте.
На вагонах нового поколения целесообразно использовать разрабатываемую промышленностью модификацию воздухораспределителя №483 с ускоренными процессами наполнения тормозных цилиндров и пассажирским режимом торможения и отпуска (в дополнение к обычному грузовому режиму). Это позволяет при прочих равных условиях обеспечить заданный тормозной путь при несколько меньшем (на 10 – 15%) расчётном нажатии тормозных колодок, что важно с точки зрения обеспечения лучших условий работы колёсных пар и их сохранности. Прорабатывается также возможность применения электропневматического тормоза.
Существующая тормозная система грузовых вагонов с одним тормозным цилиндром и громоздкой рычажной передачей обладает рядом недостатков, затрудняющих её использование не только на грузовых вагонах нового поколения, предназначенных для скоростей движения до 120 – 140 км/ч, но и на вагонах с переменной по их длине загрузкой, а также вагонов-хопперов. К таким недостаткам относятся сложность регулировки рычажной передачи, неравномерность усилий нажатия колодок по тележкам, существенные потери усилий в рычажной передаче, отсутствие возможности регулирования тормозных сил в соответствии с нагрузкой на тележки. Это приводит в эксплуатации к нестабильности удельных тормозных сил тележек и вагона в целом, а также к повышенной повреждаемости поверхности катания колёс при торможениях с больших скоростей.
Для грузовых вагонов нового поколения в целях обеспечения повышенной и стабильной в эксплуатации тормозной эффективности рекомендуется применять два тормозных цилиндра, воздействующих на соответствующую тележку, или тормозные цилиндры, размещаемые на этих тележках. В последнем случае, естественно, количество тормозных цилиндров увеличивается, а сами они соединены с источником сжатого воздуха, т.е. воздухораспределителем или с реле давления через гибкие шланги. Для присоединения таких тормозных цилиндров целесообразно использовать резино-текстильные рукава, бронированные металлом в целях защиты их от повреждений.
Обязательно применение автоматических регуляторов грузовых режимов торможения (авторежимов). Для вагонов, эксплуатирующихся в порожнем состоянии или с загрузкой более 90% от максимально расчётной (цистерны и ряд других специализированных вагонов), допускается использование специального автоматического переключателя режимов «порожний-гружёный» по давлению воздуха в тормозных цилиндрах.
На вагонах с неравномерной по длине загрузкой необходимо применять два авторежима (по одному на каждую тележку). При наличии двух авторежимов количество тормозных цилиндров должно быть также не менее двух и каждый авторежим должен работать на свой тормозной цилиндр или на группу цилиндров, расположенных на тележках.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ вагоны должны иметь повышенную эффективность тормозных средств в связи с более высокими скоростями движения, и это предъявляет особые требованы к авторежиму по точности его работы и диапазону регулирования давления в цилиндре в зависимости от загрузки вагона. Грузовой авторежим должен регулировать давление в тормозном цилиндре практически во всём диапазоне (90 – 95%) грузоподъёмности вагона.
Для перспективного авторежима потребуется применение специального рычажного привода для регулирования давления порожнего режима в зависимости от массы тары вагона. Давление в тормозном цилиндре при полной загрузке вагона, как известно, не может быть выше того, которое даёт воздухораспределитель. Рычажный привод необходим также и при использовании типового авторежима №265А-1 с целью увеличения диапазона регулирования давления в цилиндре до 90 – 95% от полной загрузки вагона. Без этого привода авторежим №265А-1 производит регулирование давления только до 55 – 60%.
В тормозном воздухопроводе должны применяться стальные усиленные бесшовные холоднодеформированные трубы: для тормозной магистрали с наружным диаметром 42 мм и толщиной стенки 4 мм; подводящих трубопроводов – с наружным диаметром 27 мм и толщиной стенки 3,2 мм. Для отвода от тормозной магистрали к воздухораспределителю следует применять устанавливаемый магистрали специальный тройник и вворачиваемый в него разобщительный кран с атмосферным отверстием. Магистральный воздухопровод между тройником и концевыми кранами не должен иметь резьбовых соединений. Только для отдельных специализированных грузовых вагонов могут допускаться резьбовые соединения по согласованию с МПС. Радиус изгиба трубопроводов для тормозной магистрали должен быть не менее 500 мм, для подводящего трубопровода – не менее 100 мм. Резьбу трубопровода следует выполнять методом накатки. Монтаж трубопровода тормозной магистрали необходимо выполнять без провисания его ниже горизонтальной плоскости, проходящей через продольную ось концевых кранов. Разобщительные и концевые краны, а также соединительные рукава должны быть типовыми. На вагоне необходимо применять один запасной резервуар независимо от количества тормозных цилиндров. Его тип определяется объёмом тормозных цилиндров из расчёта реализации нормативных величин давлений. Для выпуска сжатого воздуха из запасных резервуаров рекомендуется устанавливать на трубопроводе перед резервуаром выпускной клапан без поводка.
Конструкция тормозной рычажной передачи должна обеспечивать равномерное распределение сил, действующих на тормозные колодки, независимо от степени их износа, а также равномерный по длине колодок зазор между ними и поверхностями катания колёс при отпущенном тормозе вагона. Элементы тормозной рычажной передачи рассчитываются на механическую прочность при расчётном давлении в тормозных цилиндрах 4,5 кгс/см2. Механическое тормозное оборудование должно обеспечивать надёжную работу тормоза вагонов при допустимых в эксплуатации выходах штоков тормозных цилиндров до полного износа тормозных колодок и круга катания колес и без взаимодействия элементов тормозной рычажной передачи с другими частями кузова и тележки вагона. Тормозная передача должна быть рассчитана на применение композиционных тормозных колодок толщиной до 65 мм. Ручное регулирование рычажной передачи в тележках с оптимальным расположением рычагов можно использовать только по мере износа поверхности катания колёс.
Количество автоматических регуляторов тормозной рычажной передачи на вагоне должно быть не менее одного регулятора на один тормозной цилиндр; в многоцилиндровых установках целесообразно использовать регуляторы, встроенные в тормозной цилиндр. Для авторегуляторов, расположенных на тормозной рычажной передаче, необходимо применять рычажный привод с усилием пружины авторегулятора, приведённым к штоку тормозного цилиндра, эквивалентным давлению воздуха в тормозном цилиндре не более 0,15 кгc/см2.
Каждый вагон должен быть оснащён стояночным тормозом с приводом, размещённым на боковой стороне вагона. При этом отпуск тормоза должен обеспечиваться без вращения штурвала. Стояночный тормоз следует рассчитывать на удержание вагона с полной расчётной загрузкой на уклоне крутизной не менее 0,03.
Имеющиеся на вагоне переключающие устройства («равнинный-горный» и «пассажирский-грузовой» режимы, воздухораспределитель «включён-выключен») должны быть доступны с любой стороны вагона, и положение этих переключателей должно быть ясно видимым. Если вагон не имеет грузового авторежима, то для переключения вручную трёх режимов воздухораспределителя по загрузке вагона (порожний, средний, гружёный) должен быть установлен специальный привод с рукоятками, положение которых чётко зафиксировано и видно по типу используемого режима.
При наличии авторежима, одного или двух, делается соответствующая надпись на вагоне.
ТОРМОЗНАЯ эффективность вагона по композиционным тормозным колодкам должна соответствовать расчётному тормозному коэффициенту 0,25 при включении воздухораспределителя на гружёный режим и расчётном давлении в цилиндрах 4 кгс/см2 и 0,17-0,18 — при включении воздухораспределителя на средний режим и давлении в цилиндрах 3 кгс/см2.
Для указанных значений расчётного тормозного коэффициента обращение грузовых поездов с составами из вагонов нового поколения возможно без ограничения скоростей или увеличения действующих (установленных) расстояний ограждения мест препятствий:
на гружёном режиме со скоростями до 120 км/ч на участках обращения пассажирских поездов с максимальными скоростями до 140 км/ч и до 140 км/ч на участках обращения пассажирских поездов с максимальными скоростями более 140 до 160 км/ч;
на среднем режиме со скоростями до 100 км/ч на участках обращения пассажирских поездов со скоростями до 140 км/ч.
Кроме того, тормозная система должна быть обеспечена необходимыми условиями работы по тепловым процессам торможения. Проверяется мощность, приходящаяся на одну тормозную колодку (она регламентирована соответствующими нормами), а также условия работы колёс независимо от числа действующих на колесо колодок.
При действии на колесо не менее двух тормозных колодок осевая нагрузка вагонов практически ограничивается не колодками, а условиями работы колеса.
Предельная статическая нагрузка, приходящаяся на одно колесо, может быть рассчитана с учетом тепловых процессов и напряженного состояния колёс по формуле:
P = 0,427D Δτ / {[0,05(1+γ)V2 / (S – i)] αR√VS}, mc
где D – диаметр колеса вагона, м; Δτ – расчетное максимально допустимое повышение температуры поверхности катания колеса (°C) при наиболее эффективном торможении (принимается 400 – 450 °C); V – максимальная скорость, м/с; i – уклон пути, ‰; S – тормозной путь, м; αR – коэффициент распределения тепловых потоков.
Входящая в формулу температура Δτ для высокоэффективных тормозных процессов с высоким градиентом температур по глубине от поверхности трения является параметром, характеризующим не только условия работы фрикционного материала, но и напряженное состояние колеса. При композиционных тормозных колодках, применение которых необходимо для грузовых вагонов нового поколения, можно принимать αR = 1.
Расчет мощности, приходящейся на одну колодку при экстренном торможении на площадке, выполняется по формуле N = 0,255PV3 / mS, кВт, где m – число колодок, воздействующих на колесо.
Допускаемая максимальная мощность при торможении, приходящаяся на одну композиционную колодку, – 70 кВт. Исходя из этого требования при указанных выше значениях тормозных коэффициентов на тележках грузовых вагонов для скоростей 120 – 140 км/ч при осевых нагрузках более 16 тс должно применяться двустороннее нажатие композиционных колодок на колесо либо одностороннее с использованием секционных композиционных колодок (по две колодки в одном башмаке).
В настоящее время по заданию Департамента вагонного хозяйства МПС РФ разработаны технические требования на ряд новых устройств и приборов для грузовых вагонов нового поколения – компактных авторегуляторов рычажной передачи и тормозных цилиндров, в том числе и со встроенным регулятором, авторежимов с увеличенным диапазоном регулирования давления в цилиндрах в зависимости от загрузки вагона, автопереключателя грузовых режимов «порожний-гружёный» и др. Ведутся также работы по модернизации тормозного оборудования тележек модели 18-100 эксплуатационного парка грузовых вагонов.
|
