Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ развития фрикционно-рельсовых систем торможения и закрепления вагонов 11
1.1 Анализ устройств торможения и закрепления подвижного состава... 11
1.2 Конструктивные особенности устройств закрепления подвижного состава на станционных путях 20
1.3 Оценка характеристик станционного тормозного устройства 28
2. Предлагаемые конструкции устройств торможения и закрепления подвижного состава на станционных путях 34
2.1 Технические требования к станционным средствам торможения вагонов 34
2.2 Описание схем действия исследуемых станционных фрикционно-рельсовых тормозных устройств 35
3. Математическая модель процесса торможения и закрепления вагонов при их гравитационном скатывании 43
3.1 Физическая модель тормозного процесса 43
3.2 Математическая модель движения вагонов по наклонному спуску 44
3.3 Накат колесной пары на удлиненный полоз тормозного устройства 45
3.4 Взаимодействие первой колесной пары вагона с выступом упора тормозного башмака 49
3.5 Движение колесной пары по наклонной поверхности упора башмака и вместе с башмаком
3.6 Аналитическое интегрирование дифференциальных уравнений движения элементов системы
3.7 Оценка характеристик тормозного устройства без учета упругих сил подвески вагона 61
4. Методика расчета характеристик упругих элементов буферного упора пружинного типа с фрикционным гасителем колебаний 74
4.1 Анализ и выбор характеристик упругих элементов амортизатора пружинного типа 74
4.2 Методика исследования характеристик станционного тормозного устройства с фрикционным гасителем колебаний пружинного типа 77
4.3 Анализ результатов численного моделирования характеристик фрикционно-рельсовой системы торможения 85
4.4 Условия идеального отката вагонов в системе « колесная пара-амортизатор» 89
5. Экспериментальные исследования фрикционно-рельсового тормозного устройства с амортизатором пружинного типа 92
5.1 Результат испытания амортизатора пружинного типа 92
5.2 Результаты испытание опытного образца тормозного устройства 95
5.3 Рекомендации по совершенствованию средств торможения и закрепления подвижного состава 98
5.4 Технико-экономическая оценка эффективности применения тормозного устройства предлагаемой конструкции (ФРБ-2) 105
Основные выводы и результаты работы 108
Список использованных источников 110
Приложение 121
- Конструктивные особенности устройств закрепления подвижного состава на станционных путях
- Описание схем действия исследуемых станционных фрикционно-рельсовых тормозных устройств
- Математическая модель движения вагонов по наклонному спуску
- Методика исследования характеристик станционного тормозного устройства с фрикционным гасителем колебаний пружинного типа
Введение к работе
На железнодорожном транспорте постоянно действующей проблемой является безопасность движения поездов и сокращение доли ручного труда, в частности связанного с закреплением и регулированием скорости вагонов на путях сортировочного парка при их свободном скатывание под уклон, где используются тормозные устройства в виде башмаков при их ручной укладке под колесную пару вагона. Основным недостатком фрикционно-рельсового башмака (ФРБ) типовой конструкции, состоящего из полоза и упора, является низкое тормозное усилие. В результате наблюдаются случаи произвольного «ухода» подвижного состава со станционных путей, приводящие к аварийной ситуации. Использование ФРБ указанной конструкции для регулирования скорости скатывания вагонов в глубине сортировочного парка приводит в результате юза одного из колес к неравномерности износа поверхности его катания и подрезу гребня, восстановление указанных дефектов связанных с большими материальными затратами.
Современные станции, при уклоне до 3%о и удлиненных участках приемочных путей, требуют применения достаточно мощных устройств для закрепления подвижного состава. Статистические данные показывают, что на сети железных дорог ежегодно наблюдаются случаи ухода вагонов со станционных путей, создающие аварийные ситуации для движения поездов. Возможность ухода вагонов обусловлена, полным переводом железнодорожных транспортных средств с подшипников скольжения на подшипники качения, в то время как технические средства закрепления вагонов на протяжении десятилетий остаются практически неизменными.
МПС СССР и РФ многократно объявляло конкурсы на разработку более эффектных устройств закрепления вагонов на станционных путях и на немеханизированных сортировочных горках малой мощности, в результате
появился целый ряд новых технических решений, в виде замедлителей, зажимов, упоров и тормозных башмаков более совершенной конструкции [4,6,7,11,13,82].
Тормозной башмак обладает целым рядом достоинств и в результате является основным средством закрепления подвижного состава на станционных путях, однако, в условиях эксплуатации выявляются его недостатки [16, 55, 92]:
ограниченное удерживающее усилие до 2 ТС;
необходимость при постановке и удалении башмака применять ручной
труд;
отсутствие надежных средств от случайного вывода вагонов с неубранными башмаками;
не однородность воздействия на поверхности катания колесной пары приводящий к «ползуну», то есть к неравномерности износа поверхности колеса контактирующего с рельсом.
По данным Восточно - Сибирской дороги ежемесячно в текущий ремонт поступало более 130 вагонов с односторонними «ползунами», превышающими предельно допустимый размер и являющими причиной браковки колесных пар. Подобная ситуация характерна таюке и для других дорог, где регулирование скорости вагонов на горках осуществляется тормозными башмаками при их ручной укладке.
При этом если не принять мер по своевременной выбраковке поврежденных колесных пар, существует реальная угроза их разрушения в процессе дальнейшей поездной работы со всеми возможными отрицательными последствиями.
Результаты проведенных исследований позволили выявить несколько путей борьбы с «ползунами» при сортировке вагонов на немеханизированных горках, основанных, как например, на разработке способов понижающих коэффициент трения скольжения нерабочего рельса.
К числу альтернативных путей снижения местного износа колес вагона относятся мероприятия по недопущению длины юза колеса более 15-20 м. Для достижения указанной цели предлагается использовать установку двух башмаков
(первого - под головную тележку - заблаговременно, до подхода вагона, второго - под хвостовую тележку - непосредственно при подходе вагона).
Известно техническое решение, основанное на использования фрикционно-рельсовых башмаков с амортизатором пружинного типа которое устраняет прямой контакт затормаживаемых колесных пар с рельсом, путем размещения между ними комплекта полозьев тормозного устройства [5,6].
С целью повышения уровня безопасности движения поездов, Департаментом управления перевозками ОАО «РЖД» была разработана Программа механизации горок малой мощности с заменой «башмачного» торможения вагонов на механизированное с использованием вагонных замедлителей и внедрением станционных упоров типа УТС-380. К основным недостаткам УТС относятся повышенные требования, связанные с необходимостью уплотненной установки колесной пары относительно устройства. Так как, в случае свободного наката вагонов на упор возникает ударный импульс разрушительной силы.
Широкое внедрение УТС и энергонезависимы вагонозамедлителей подтверждает целесообразность и необходимость продолжения работ по совершенствованию их конструкции, направленных на повышение уровня безопасности движения поездов. Творческий вклад ученых нашей страны значительно расширил диапазон разновидности фрикционно-рельсовых систем торможения (ФРСТ), включая сравнительно легко управляемые системы, созданные на основе электромагнитных рельсовых тормозов и сложно поддающиеся управлению механические системы, к числу которых относится рельсовый тормозной башмак. Однако именно механические системы за счет своей высокой надежности и возможности легко сочетаться с дополнительно вводимыми элементами, находят широкое применение при проектировании станционных средств закрепления вагонов.
В качестве дополнительных элементов, способствующих снижению динамических нагрузок и автоматизации вспомогательных процессов, используются пружинные демпфирующие устройства. Следует отметить, что
аналогичные устройства используются в конструкциях вагона [26, 53, 63]. В отличие от пружинных амортизаторов динамические характеристики пневматических систем не являются линейными и сравнительно легко поддаются процессу автоматизации, однако следует учитывать, что утечки воздуха через неплотности в пневмоприводах могут оказывать существенное влияние на динамику последних. Различают внешние утечки воздуха из цилиндра в атмосферу и внутренние утечки, обусловленные перетеканием из полостей высокого давления в полости с низким давлением. Выбор параметров пневмопривода, несмотря на простоту конструкции устройства, является достаточно сложной проблемой, которая в теории полностью не решена. Поэтому, в большинстве своем, конструктор может полагаться только на свою интуицию, опыт и, как правило, немногочисленные экспериментальные проверки. Особый интерес представляют амортизаторы комбинированного действия.
Для управления тормозным процессом в автоматическом режиме широко используются типовые устройства, выполняющие логические функции в виде бесконтактных напольных элементов, в частности широко применяемых в системах железнодорожной автоматики магнитные датчики Штанке, рекомендованные для сортировочных горок.
Основное направление исследований в предлагаемой работе находится в соответствии с постановлением Правительства РФ и программой МПС «О первоочередных мерах по реализации потенциала энергосбережения на железнодорожном транспорте и обеспечения безопасности движения» [70, 91], а также стратегическая программа обеспечения устойчивого взаимодействия в системе «колесо-рельс».
В результате поиска выявлены оригинальные технические решения, в том числе авторские разработки, включающие положительные признаки аналогов которые могут быть положены в основу создания новых станционных тормозных устройств. Особый интерес представляют технические решения ученых изобретателей В.М. Рудановского, А.Ф. Горина, К.С. Исаева, В.В. Бычкова, В.В.
Гора, В.П. Шейкина, Е.А. Сотникова, И.С. Авакуцкого, Н.И. Сушкова, О.Ю. Наркевича, В.А. Кобзева, Н.И. Пачеса и других.
При анализе устройства для закрепления вагонов на станционных путях следует выделить разработки авторов Буракова В.А., Буракова А.В. и Буракова М.В., с использованием гибких оболочек и механических приводов с дополнительными источниками энергии «Устройство для закрепления железнодорожных вагонов и составов», отличается той особенностью, что зацепление подпружиненного упора осуществляется с боковиной тележки вагона [42].
Значительную лепту в современный уровень знаний в области продольной динамики при исследовании амортизаторов и создании технических средств торможения вагонов внесли отечественные ученые: СВ. Вершинский, И.И. Галлиев, А.А. Хохлов, Л.Н. Шадур, Г.С. Шапиро, П.С. Анисимов, В.А. Кобзев и ряд других авторов.
Особый интерес представляют работы Л.Н. Никольского и Б.Г. Кеглина, в которых достаточно подробно представлены разновидности амортизаторов, их силовые характеристики, а также математические модели и программы расчетов поглощающих аппаратов.
Теория исследования характеристик ФРСТ с буферным упором пружинного типа с учетом процессов торможения, закрепления и отката вагонов раскрыта в работах ученых СамГУПС Л.В. Кудюрова, Ю.Д. Карышева и др.
Основной целью разработчиков станционных средств закрепления подвижного состава является создание устройств с регулируемым тормозным усилием в широком диапазоне мощности при ресурсосберегающей технологии. Для достижения поставленной цели сформулированы задачи исследования:
проанализировать преимущества и недостатки станционных средств торможения и закрепления подвижного состава:
разработать математическую модель исследования параметрических характеристик элементов конструкции фрикционно-рельсовых устройств
с учетом загруженности затормаживаемого вагона, скорости его наката, уклона пути и других сопутствующих факторов;
разработать конструкцию станционного фрикционно-рельсового устройств с регулируемым тормозным усилием;
разработать практические рекомендации и оценить экономическую эффективность применения предлагаемого станционного средства закрепления вагонов при действующей технологии.
Конструктивные особенности устройств закрепления подвижного состава на станционных путях
Современное состояние систем закрепления железнодорожных транспортных средств находится в развитии их совершенствования, и чаще всего, это связано с изменением их конструкции.
Анализ технических решений, направленных на совершенствование станционных тормозных устройств позволил установить, что в большинстве разработок решаются задачи связанные с повышением удерживающей силы.
На основании патентных исследований установлено, что конструкция башмака, как основного средства закрепления подвижного состава (ПС), в ходе многолетней практики применения претерпела лишь незначительные изменения. К числу таких видоизменений относится «Удерживающий башмак» (рис. 1.6), в упоре которого выполнена камера для размещения фрикционного материала (песка), истекающего из отверстия в полозе в процессе перемещения его по головке рельса. Благодаря этому коэффициент трения между полозом и головкой рельса возрастает, что повышает эффективность торможения и закрепления ПС.
Интерес представляет «Удерживающий башмак», который содержит полоз и шарнирно-соединенный с ним упор с зубчатым вырезом, опирающимся на головку рельса, что способствует повышению эффективности торможения.
Другие, выявленные технические решения отличаются сложностью конструкции и лишь незначительно изменяют эффективность типового тормозного башмака.
В результате патентного поиска выявлено «Путевое тормозное устройство», работающее в автоматическом режиме, состоящее из полоза и шарнирно-соединенного с ним упора, возвращаемого в исходное положение посредством пружины.
В том месте, где упор башмака должен отойти от поверхности колеса транспортного средства, рельс снабжен выемкой для опускания в нее упора башмака, выполненного поворотным около горизонтальной оси и электромагнит, удерлшвающий упор в выемке рельса (рис.1.8) [10]. Основным достоинством известного технического решения является то, что впервые показана новая технология торможения и закрепления подвижного состава на станционных путях. Недостатком данного устройства является необходимость выполнения в рельсе выемки, снижающей долговечность рельса и; следовательно, безопасность движения.
Особый интерес представляют технические решения ученых В.М. Рудановского, А.Ф. Горина, К.С. Исаева, В.В. Бычкова, В.В. Гора, В.П. Шейкина, Е.А. Сотникова, И.С. Авакуцкого, Н.И. Сушкова, О.Ю. Наркевича, В.А. Кобзева, Н.И. Пачеса и других.
В авторском свидетельстве «Железнодорожное путевое тормозное устройство», которое предназначено для торможения вагонов и отцепов преимущественно в конце полезной длины путей подгорочных парков, весьма оригинально решается проблема исключения возможности переката колесной пары через упор башмака путем автоматического регулирование скоростью движения затормалсиваемого вагона. Работа устройства основана на использовании потенциальной энергии тормозного процесса которая реализуется за счет применения пневмоцилиндра одностороннего действия (рис.1.9) [14].
Эффективность устройства обеспечивается тем, что упорная головка тормозного башмака, взаимодействующего с элементами подвижного состава содержит обратную связь с бесштоковой полостью цилиндра 4, причем шток 5 цилиндра подпрулшнен. Тормозной башмак включает соединенный со штоком указанного цилиндра промелсуточный элемент, связанные с ним колодку 9 для взаимодействия с и ползун, установленный в направляющей, причем промежуточный элемент 7 выполнен в виде полоза для установки на головке рельса и снабжен сообщенным с атмосферой нормально открытым клапаном для взаимодействия с поверхностью катания колеса, ползун тормозного башмака жестко связан с колодкой, шарнирно закрепленной на полозе.
Автоматическое регулирование тормозного эффекта предлагаемым устройством достигается следующим образом. При наезде колеса тормозного вагона на полоз (при одновременном упоре круга катания в колодку башмака) колесо закрывает клапан 11, при этом рабочий объем цилиндра оказывается замкнутым. Вагон, продолжая движение, начинает давить на шток цилиндра, при этом рабочий объем цилиндра уменьшается, а воздух сжимается. Это приводит к нарастанию тормозного эффекта устройства. Тормозной эффект нарастает до тех пор, пока не достигнет такой величины, что колесо вагона начинает приподниматься, открывая клапан 11,давление в рабочем объеме цилиндра падает, тормозной эффект устройства несколько уменьшается, что приводит к опусканию колеса вагона на полоз и закрытию клапана, после чего тормозной эффект устройства опять начинает увеличиваться и т.д. Возврат тормозного башмака в исходное положение осуществляется пружиной 14, установленной в бесштоковой полости цилиндра 4. Наличие обратной связи в конструкции устройства позволяет не потреблять энергию от внешних источников при торможении вагонов и автоматизировать управление устройством.
Анализируемая конструкция, работающая в автономном режиме, позволяет повысить эффективность торможения, однако существенными ее недостатками является прямая зависимость величины тормозного усилия от качества состояния поверхности катания колеса транспортного средства. Данная конструкция принята автором в качестве прототипа для дальнейшего совершенствования. Практически таким же недостатком обладает устройство для остановки транспортных средств, разработанных автором, данной работы основанное на использовании подпружиненных полозьев, размещенных внутри железнодорожной колеи. В рабочем режиме полозья контактируют с боковой поверхностью головки рельса с возможностью закатывания гребней колесных пар на их поверхность.
Полозья шарнирно взаимосвязаны с упорами расположенными в направляющих с возможностью ухода вниз (рис. 1.10). Известно техническое решение, [11] основанное на действии распорных клиньев, одновременно взаимодействующим с головкой рельса и внутренним выступом колесной пары, «Устройство для закрепления подвижного состава (рис. 1.11).
Описание схем действия исследуемых станционных фрикционно-рельсовых тормозных устройств
Для изучения конструкции фрикционно-рельсовых башмаков (ФРБ) представлены описания принципиальных схем их работы и технические характеристики (табл. 2.1.). ВАРИАНТ ФРБ - 2 устройство предназначено для закрепления отцепов из 10 вагонов, размещенных на участке пути с уклоном до 3 %о.
Сущность предлагаемых устройств ФРБ поясняется чертежами, общий вид - (рис. 2.1) и макет ФРБ-1 в работе - (рис. 5.4) А.С.№2167074
Устройство состоит из установленного на головку рельса 1 тормозного башмака, включающего полоз 2 и упор 3 жестко закрепленного на промежуточном элементе 4, который выполнен поворотным около вертикальной оси 5, смонтированной на пластине 6, жестко закрепленной на боковой поверхности полоза, взаимосвязанного через подпружиненный цилиндр 7 с неподвижным штоком 8. Фиксатор 9 выполнен в виде подпружиненного пальца, контактирующего с промежуточным элементом 4 и фиксирующей рейкой, которая имеет возможность входить во взаимодействие с упорной рейкой 12. Для удаления башмака с головки рельса 1 (для пропуска подвижного состава) используется шарнирное звено 13.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении упор 3 тормозного башмака размещен на поверхности полоза 2. При накате колеса транспортного средства на упор 3 полоз 2 приобретает скольжение по головке рельса 1 и посредством штока 8 воздействует на упругие элементы силового цилиндра 7, которые создают дополнительное сопротивление движению транспортного средства. Фиксатор 9 препятствует повороту промежуточного элемента 4 около оси 5, смонтированной на пластине 6, тем самым, удерживая упор 3 на поверхности полоза 2. При дальнейшем перемещении тормозного башмака по головке рельса 1 фиксирующая рейка 11с горизонтального участка выходит на наклонный участок и выводит фиксатор 9 из зацепления с промежуточным элементом 4. Под воздействием усилий от колеса транспортного средства упор 3 поворачивается вместе с промежуточным элементом 4, пропуская колеса затормаживаемой тележки. Упругие элементы силового цилиндра 7, расслабляясь, перемещают тормозной башмак в исходное положение. При этом пружина силового цилиндра 7, расслабляясь, перемещают тормозной башмак в исходное положение. При этом пружина силового цилиндра 7, воздействуя на промежуточный элемент 4, обеспечивает разворот упора 3 на поверхности полоза 2, а фиксатор 9, возвращаясь на горизонтальный участок фиксирующей рейки 11, поднимается и закрепляет промежуточный элемент 4 от поворота. Для пропуска подвижного состава, вручную или с помощью привода, полоз 2 разворачивается относительно шарниров 13 и укладывается внутри железнодорожной колеи. Воздушный клапан - 14, предназначен для выравнивания скорости вагонов после затормаживания.
Основными отличительными особенностями предлагаемых разновидностей ФРБ-2 являются: длина полоза определяется возможностью размещения на его поверхности всех колесных пар затормаживаемого вагона, что способствует возрастанию величины тормозного усилия; шарнирное соединение полоза с упором выполненное по вертикальной оси, позволяет высвободить вагон без производства маневровых работ, путем удаления фиксатора, удерживающего упор на поверхности полоза; постановка устройства на головку рельса, а также его удаление предусмотрено выполнять дистанционно на основе использования стрелочного привода типа СП; возможность варьирования диапазона тормозных характеристик обеспечивается за счет изменения длины полоза и подбора жесткости упругих элементов амортизатора.
ВАРИАНТ ФРБ - 2 предназначен для торможения и закрепления отцепов до 40 вагонов, размещенных на станционных путях с допустимым уклоном до 5 %о и для регулирования скорости их наката в глубине сортировочного парка. Сущность предлагаемого устройства поясняет чертежами, где на рис. 2.3 изображены: а) - вид сбоку, б) - вид сверху. См. А.св. №37059
Тормозное устройство состоит из установленного на головку рельсов железнодорожной колеи тормозного башмака, включающего основной полоз 1, вспомогательный полоз 2 и упор 3, жестко закрепленный на промежуточном элементе 4, поворотном вокруг вертикальной оси 5, смонтированной на пластине 6, жестко закрепленной на боковой поверхности основного полоза 1, который соединен со вспомогательным полозом 2 посредством соединительного элемента 7, промежуточным элементом 4 и контактирует с фиксирующей рейкой 11, которая взаимосвязанного с подпружиненым штоком 8 буферного упора 9, корпус которого жестко закреплен к основанию пути. Фиксатор положения упора 10, взаимосвязан и имеет возможность входить во взаимодействие с рейкой 12.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении упор 3 тормозного башмака размещен на поверхности основного полоза 1. При накате колеса транспортного средства на упор башмака 3 основной полоз 1 и вспомогательный полоз 2 приобретают скольжение по головке рельса и посредством соединительного элемента 7 воздействуют на шток 8 упругого средства 9, что влечет деформацию упругих элементов последнего. При этом оба колеса каждой затормаживаемой колесной пары располагаются на полозьях тормозного башмака, что устраняет условия возникновения износа поверхности катания колеса, т.е. «юза».
Математическая модель движения вагонов по наклонному спуску
Для математического описания первой стадии движения применим теорему об изменении кинетической энергии [33, 38, 52]. где То, Ті - начальное и конечное значение кинетической энергии системы, X Ак - сумма работ действующих на систему сил.
Если принять, что система состоит из кузова массой Мв и N колесных пар в вагоне, каждая массой Mk, Ni - количество вагонов, и при этом, учитывая, что колеса при накате совершают плоское движение, кинетическая энергия одного вагона будет равна
Если считать, что работу совершают только силы тяжести, то есть, пренебрегая трением на цапфах колес, то получим, где в - угол уклона пути -далее по тексту условные обозначения смотреть в табл.1.
Принимая, что вагоны в начальном положении были неподвижны, то из (3.1), (3.2) и (3.3) получим скорость набегания колесной пары на полоз тормозного устройства (рис. 1.13.).
Пренебрегая вращательным движением вагона при накате первой колесной пары на упор, рассмотрим механическую систему с двумя степенями свободы.
Первая часть системы имеет массу М0 - 2пМк. Сюда входит масса первого вагона без массы заторможенных колесных пар и масса всех других вагонов состава. Все эти массы движутся поступательно вдоль оси X. В эту же часть входят и массы всех колесных пар расположенных на полозе. Таким образом, если у каждого вагона N колесных пар, а всего вагонов N:, то число колесных пар в этой части системы равно N}-(N -п). Все N}-(N - п) колесных пар движутся плоскопараллельно.
При этом скорость поступательного движения центров масс колес равна V = x + xxcosj3, а скорость вращательного движения вокруг мгновенных центров скоростей равна пути от числа порожних вагонов при разных значениях жесткости пружин и количестве ФРБ при начальной скорости 0,327 м/с.
Как показали проведенные численные исследования тормозной путь значительно зависит от начальной скорости поезда. Результаты этих расчетов приведены в виде графиков на рисунках, где показана зависимость тормозного пути от начальной скорости при разном числе порожних и груженых вагонов (рис. 3.6 и рис.3.7).
Приведенные численные методы исследования показали, что при скорости наката до 1 м/с высота подъема на выступ полоза ФРБ не превышает 50-70 мм. Штатная высота выступа упора составляет 150. Были проведены исследования по определению предельной начальной скорости, чтобы первая колесная пара не перескочила через выступ упора. Результаты расчетов приведены в таблице 3.2.
Анализ расчетных значений длины тормозного пути показывает, что при скорости наката до 1м /с, возможно обеспечить закрепление отцепа из десяти вагонов за один этап торможения при рабочем ходе подпружиненного штока амортизатора менее двух метров. При скорости наката более 1 м/с в устройстве предусмотрен вариант повторного торможения за счет подачи башмака в автоматическом режиме под колесную пару второй тележки вагона. Отмечено, что при закреплении отцепа из порожних вагонов сокращения тормозной путь сокращается более чем в 1,3 раза.
Высота подъема колеса по упору башмака зависит от скорости наката, но в пределах до 10 км/ ч не превышает половины номинальной высоты упора; (0,15 м).
На основании анализа параметрических характеристик станционного тормозного устройства с амортизатором пружинного типа можно определить зону его эффективного применения и режим технологического процесса.
Современные технические устройства закрепления подвижного состава на станционных путях представляют собой разновидности свободно устанавливающихся фрикционно-рельсовых башмаков (ФРБ), стационарных жестко смонтированных упоров и реже комбинированных систем с использованием упругих элементов, предназначенных для возврата тормозных устройств в исходное положение.
В инженерной практике широко применяются упругие элементы в устройствах для смягчения ударов (демпфирования), получившие название буферные упоры (БУ). В качестве упругих элементов на транспорте широко используются высокоэластичные материалы, к числу которых относятся и стальные пружины. Это обусловлено тем, что они имеют несложную конструкцию при большом диапазоне прогиба, надежны в работе при толчках и ударах [26, 28, 60]. Согласно принятой в классификации фрикционные гасители колебаний разделяются на гасители, совмещенные с упругим элементом, встроенные в рессорную систему подвешивания, телескопические и рычажные. Гасители первых двух типов неразрывно связаны с упругим элементом, а телескопические и рычажные представляют собой автономную систему (рис.4.1) [96].
Проектируемой гаситель относится к типу гасителей совмещенных, с постоянной силой трения плоскостного действия с изменяющимся усилием при нагружении и разгружении.
Методика исследования характеристик станционного тормозного устройства с фрикционным гасителем колебаний пружинного типа
Предлагаемая схема предназначена для управления приводами ФРБ и амортизатора на участке регулирования скорости вагонов в подгорочном парке. При наезде вагона на контролируемый участок срабатывает электронная педаль, которая выдает разрешающий импульс для включения аппаратуры из ждущего режима в рабочий режим. При наезде первой колесной пары (вагона или нескольких вагонов) на магнитно-электрический датчик (1) формируется электрический импульс (аналоговый), который поступает в блок счетчика импульсов и временного интервала. Затем, после прохождения первой колесной пары над магнитно-электрическим датчиком (2) формируется второй электрический импульс, который также поступает в блок счетчика импульсов. Для определения скорости накатывающихся вагонов на участке контроля используется формирователь частотно-временных импульсов, .сигнал от которого также поступает на блок управления. Обратной связью с блока управления к формирователю частотно-временных импульсов мы можем задавать время срабатывания исполнительных механизмов. После того как сигналы от датчиков поступили, они обрабатываются и преобразуются в цифровой сигнал, который поступает в блок управления пневмопривода.
Для определения веса вагона используют динамические датчики (2). Сигнал от датчиков, после прохождения вагона (вагонов) поступает в усилитель электронного сигнала, усиливается и преобразуется в цифровой. После преобразования данный сигнал поступает на пороговые элементы (11), которые настраиваются на определенный вес вагона. Сигнал с пороговых элементов также поступает в блок управления пневмоприводом.
Технико-экономические расчеты выполнены согласно рекомендованной методике, учитывающей установленные нормы выработки и времени на производство работ, связанных с закреплением вагонов.
Годовой экономический эффект от применения новых технологических процессов, механизации и автоматизации производства, обеспечивающих экономию затрат при равноценной работе, рассчитывается по формуле:
Где: Э1, Э2 - эксплуатационные расходы по вариантам; К1,К2 - капитальные затраты по вариантам; Ен - нормативный коэффициент эффективности - 0,3; Ео=2 - коэффициент замены башмаков в течение года. Рассчитаем капитальные вложения и эксплуатационные расходы по вариантам.
Вариант I. При использовании ФРБ-2 для закрепления вагонов в количестве до 200 осей типовыми тормозными башмаками, согласно инструкции по движению поездов, на участке пути с уклоном до 5%о, требуется установить более 10 тормозных башмаков, которые необходимо вручную разместить по длине состава. Время, связанное с установкой и удалением тормозных башмаков и их перетаскивании по длине более 100 п.м., составляет как минимум 0,6 часа. В данном случае эксплуатационные расходы рассчитаем по формуле: - затраты времени на закрепление и раскрепление состава; п=16 - условное количество закрепляемых поездов в сутки; Сч =40руб. - часовая ставка работника - по расценке 2002 года. Таким образом: 31=0,6 16 365 40=140,160руб. Капитальные вложения на приобретение тормозных башмаков рассчитывается по формуле: Вариант 2. для закрепления вагонов используется проектируемое железнодорожное путевое тормозное устройство типа ФРБ-2.см. рис. Производственные расчеты показали, что мощность предлагаемой конструкции ФРБ-2 способна обеспечить закрепление заданного количества вагонов. Время, связанное с приведением устройства в рабочее положение и его удалением составляет 0,10 ч. Предусматривается ежесуточный технический осмотр устройства продолжительностью 0,5 ч в сутки. С учетом вышеперечисленного, эксплуатационные расходы предлагаемого варианта составляют: время, связанное с приведением устройства в рабочее положение и его удаление; N=16 -условное количество закрепляемых поездов в сутки; Сч=40 руб. - часовая ставка оперативного работника . Капитальные вложения по предлагаемому варианту см. табл. №1 и №2: Годовой экономический эффект от внедрения одного комплекта предлагаемого железнодоролшого путевого устройства ФРБ согласно принятой методики составляет: По результатам проведенных исследований сделаны следующие выводы: 1. Проанализированы преимущества и недостатки действующих систем торможения и закрепления вагонов на станционных путях. Установлено, что для выполнения указанных функций традиционно применяется устройство, состоящее из полоза и упора - фрикционно-рельсовый тормозной башмак (ФРБ), существенным недостатком которого является малое тормозное усилие при ручном режиме работ. Выявлены тенденции совершенствования его конструкции. 2. На базе аналитических расчетов тормозных характеристик фрикционно-рельсового тормозного устройства с буферным упором пружинного типа при гравитационном скатывании вагонов, конкретизирован диапазон основных параметры ФРСТ. Установлены пути совершенствования систем торможения и закрепления составов на станционных путях и сортировочных горках. Выявлены тенденции совершенствования их конструкции, которые обеспечивают: - увеличение тормозного усилия более чем в 2,5-3 раза и возможность перехода системы в жесткий режим закрепления; - исключение явления «ползун» на поверхности катания затормаживаемой колесной пары; - повышение надежности закрепления вагонов на станционных путях (путем повторного закрепления второй тележки вагона в автоматическом режиме. 3. разработана математическая модель расчета основных параметров элементов конструкции фрикционно-рельсового тормозного устройства с буферным упором в зависимости от скорости движения и загруженности состава. 4. Представлены результаты исследований буферного упора с фрикционным гасителем колебаний при использовании методов численного моделирования. 5. По результатам расчета динамических характеристик упругих элементов буферного упора пружинного типа с фрикционным гасителем колебаний при воздействии сосредоточенной нагрузки от колесной пары затормаживаемого вагона даны рекомендации по созданию амортизатора комбинированного действия. 6. По результатам экспериментальных и теоретических исследований разработана конструкция фрикционно-рельсового тормозного устройства 7. Разработаны рекомендации создания амортизатора комбинированного действия для работы в режиме регулятора скорости вагонов при их гравитационном скатывании под уклон сортировочного пути.
