Определение действительных нажатий тормозных колодок

     Аннотация:
     В дипломном проекте проведен расчёт тормозного пути при маневровой работе с использованием тормозов только локомотива и сделан вывод о том, что данный подход является одним из путей повышения эффективности работы на станциях и может снизить затраты времени и расходы на ее выполнение. Расчет выполнен с учетом особенностей тормозных рычажных передач тепловозов М62в/и, ТЭМ2, ТЭМ18, ТЭМ18Д, ТЭМ18ДМ. По результатам расчетов составлены номограммы для определения тормозных путей маневровых составов при использовании только пневматических тормозов локомотивов.  
     В дипломной работе использовано __ таблиц, __ рисунков, __ приложений, __ источника литературы. Общее количество страниц дипломной работы - __.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     Содержание:
Введение
Основная часть:
Обоснование актуальности проблемы.
1. Определение усилий в тормозных рычажных передачах маневровых локомотивов.
1.1.  Определение передаточных отношений тормозных рычажных передач.
 Тормозная рычажная передача тепловозов М62, 2М62, ТЭМ2.
 Тормозная рычажная передача тепловозов ТЭМ18Д, ТЭМ18ДМ, 2М62У.
 Определение усилий на штоках тормозных цилиндров при различных давлениях.
 Определение действительных нажатий тормозных колодок.
 Определение расчетных нажатий тормозных колодок.
 Проверка возникновения юза при торможении локомотивом
2. Составление расчетной модели определения тормозного пути маневрового поезда при включении тормозов только локомотива.
2.1.  Время наполнения тормозных цилиндров одиночного локомотива.
2.2.  Время реакции машиниста от внезапно возникшего препятствия.
2.3.  О влиянии степени загрузки вагонов на тормозной путь.
2.4.  Основные соотношения и алгоритм расчетной модели.
     2.4.1. Определение длины тормозного пути поезда 
     2.4.2. Определение максимально допустимого веса состава для остановки
     2.4.3. Определение допустимой скорости движения 
3. Расчет номограмм и таблиц  для определения тормозного пути
Заключение
     
     
     
     Введение:
     Маневровая работа - важная составная часть всего перевозочного процесса. За время оборота грузовой вагон подвергается нескольким переработкам на сортировочных, участковых и грузовых станциях. Большая часть средств, затрачиваемых на перевозки, расходуется на выполнение маневровой работы. Более 20% локомотивного парка занято на маневрах.
     Рациональная организация маневров во многом определяет успешную работу станций, уровень их перерабатывающей способности и выполнение основного качественного показателя - затраты времени на обработку вагонов.
     Маневровая работа должна производиться в соответствии с технологическим процессом работы станции по плану, предусматривающему:
    - своевременное формирование и отправления поездов;
    - своевременную подачу вагонов под грузовые операции и уборку их после завершения грузовых операций;
    - наименьшие затраты времени на переработку вагонов;
    - рациональное использование всех маневровых средств и технических устройств;
    - бесперебойный прием поездов на станцию;
    - безопасность движения, безопасность работников, связанных с маневрами, и сохранность подвижного состава.
     Основная часть:
     Обоснование актуальности проблемы.
     Одним из путей повышения эффективности маневровой работы на станциях на протяжении многих лет является перемещение маневровых составов в пределах станционных путей без включения и опробования тормозов составов. При этом подходе для остановки поезда используются только тормозные средства локомотива, выполняющего маневровую работу. Данный подход позволяет существенно снизить затраты времени и расходы на выполнение маневровой работы. С другой стороны безусловным должно быть обеспечение безопасности движения.
     Распоряжением ОАО «РЖД» №2555р от 28 октября 2015 года с 01 ноября 2015 года введены в действие «Методические рекомендации для работников структурных подразделений ОАО «РЖД», определяющие требования к порядку включения и опробования тормозов при маневровой работе» .
     В данном документе указано, что «маневровая работа на станционных путях, где выполняется включение автотормозов на части вагонов или остановка маневрового состава обеспечивается тормозными средствами только локомотива, должна производиться из расчета гарантированной остановки состава на расстоянии 200 метров при экстренном торможения с учетом максимального уклона на определённых участках (маневровых районах) станции по маршруту движения, в том числе перед местом производства работ или внезапно возникшего препятствия требующих остановки…».
     Согласно п.16 указанного документа, «Расчёт тормозных средств маневрового состава  выполняет работник эксплуатационного локомотивного депо в соответствии с «Нормами минимального количества осей маневрового состава» (Приложение №1), которые в последующем применяются при составлении ТРА и технологического процесса работы станции» (таблица №1)».
      Таблица №1. Нормы минимального количества тормозных осей маневрового состава.  
Величина уклона (о/оо)
Скорость, (км/час)
ЧМЭ3 – в/и, ТЭМ – в/и 
(6-ти осные)
ТЭМ7 – в/и


Масса состава при торможении одним локомотивом
Включение порожних тормозных осей на 1000 т. веса состава (в т.ч. смешанного)
Включение груженых тормозных осей на 1000 т. веса состава
Масса состава при торможении одним локомотивом
Включение порожних тормозных осей на 1000 т. веса состава (в т.ч. смешанного)
Включение груженых тормозных осей на 1000 т. веса состава
1
2
3
4
5
6
7
8
До 1
15
1150
16
8
1800
16
8

25
320
28
16
540
28
16
До 2
15
1020
16
8
1600
16
8

25
250
36
20
420
36
20
До 4
15
920
24
12
1450
24
12

25
198
40
20
335
40
20
До 6
15
750
28
16
1200
28
16

25
177
44
24
300
44
24
До 8
15
570
32
20
900
32
20

25
142
48
28
244
48
28
Свыше 8
Выполнение маневровых передвижений с включенными и опробованными тормозами при любой скорости движения
     
     Однако приведенные данные в таблице вызывают ряд сомнений: согласно ей, таблицы, для уклона до 1 о/оо при скорости движения 25 км/ч максимально допустимая масса состава при торможении одним локомотивом ТЭМ2 составляет 320 т, что составляет менее четырех груженых или порядка пятнадцати порожних четырехосных вагонов.
	Проверочный расчёт показал, что действительный тормозной путь поезда весом 320 т составит 126,2 м за время торможения 30,4 секунд, что значительно меньше допустимого тормозного пути, равного 200 м.
     Это значит, что выполнение данного распоряжения может привести к необоснованному снижению производительности маневровых локомотивов, следствием которого в некоторых случаях будет увеличение потребного парка маневровых локомотивов и существенное ухудшение эксплуатационных показателей работы железных дорог.
     Основной ошибкой вычислений при составлении рекомендации вероятно является, то что разработчики определяли тормозной путь используя номограммы для определения тормозного пути грузового поезда при экстренном торможении. Однако в данном случае их вряд ли можно использовать, так как время наполнения тормозных цилиндров  одного локомотива значительно меньше времни наполнения тормозных цилиндров в среднем по поезду.
     В дипломном проекте проработана уточненная методика тормозных расчетов при использовании тормозных средств только локомотива, позволяющая решать 3 задачи:
     -	определять длину тормозного пути поезда в зависимости от заданной скорости, уклоне и весе состава;
     -	определять  максимально допустимый вес состава для остановки , учитывая заданный тормозной путь,уклон и скорость движения;
     -	 определять допустимые скорости движения при заданном тормозном пути, весе состава и величине уклона.
     Для упрощения хода решения данных тормозных задач на практике составлены расчетные номограммы и таблицы  тормозных путей поездов при торможении локомотивом.
     
     1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ТОРМОЗНЫХ РЫЧАЖНЫХ ПЕРЕДАЧАХ МАНЕВРОВЫХ ЛОКОМОТИВОВ.
     В дипломном проекте рассмотрены две группы локомотивов, выполняющих маневровую работу. К первой группе отнесены тепловозы типа М62, 2М62, ТЭМ2, ко второй – ТЭМ18ДМ, ТЭМ18Д, 2М62У.
     
     1.1. Определение передаточных отношений тормозных рычажных передач.
     Важным параметром для тормозных передач стоит отметить передаточное число (отношение). Оно определяется из соотношения ведущих и ведомых плеч рычагов и показывает, во сколько раз с помощью системы рычагов увеличивается усилие, развиваемое на штоке тормозного цилиндра.
     Расчет передаточного отношения необходимо вести последовательно от штока цилиндра к каждой  колодке или паре колодок  в случае симметричной рычажной передачи, а затем полученные передаточные числа сложить и получить общее число для рычажной передачи от данного тормозного цилиндра (далее – ТЦ). 
     Поэтому, целесообразно вначале для расчета отношения к первой колодке считать, что остальные условно неподвижны. Аналогично после прижатия первой  колодки к колесу для расчета ко второй колодке условно считать, что кроме нее, штока ТЦ и связывающих их рычагов, остальные неподвижны.
     
1.1.1.Тормозная рычажная передача тепловозов М62, 2М62, ТЭМ2.
     На каждой тележке тепловоза имеются две автономные рычажные передачи, которые приводятся в действие одним тормозным цилиндром, диаметр которого равен 10 дюймов.
     Рычажная система данного тепловоза (рисунок 1) состоит из двух главных рычагов 1 и 2 и четырёх вертикальных рычагов 3, 4, 5 и 6. Главные рычаги установлены горизонтально и связаны между собой затяжкой 10, а вертикальные рычаги 3 и 4, а также 5 и 6 попарно связаны нижними точками регулируемыми стяжками 8 и 9.  Причем рычаги 3 и 6 имеют две функции – это и рычаги, и подвески, которые шарнирно связывают тормозные башками №1 и №3 с рамой тележки.

Рисунок 1. Схема тормозной рычажной передачи тепловозов М62, 2М62, ТЭМ2.

     Рычаги 4 и 5 только передают усилие, одновременно его преобразуя. Имеется и чистая подвеска 7, присоединяющая только шарнирно тормозной башмак №2 с рамой тележки. В идеальном случае – рычаги 1,2 должны быть перпендикулярными относительно рычагов 4,5, положение затяжек 10 должно быть перпендикулярно по отношению к 1, 2. Тогда от штока цилиндра усилие передается на тормозные колодки, а не на растяжку или сжатие рычагов.
     Силу нажатия тормозной колодки на колесо можно определить, зная усилие в штоке тормозного цилиндра и длину плеч рычагов. Таким путем находим теоретическая сила нажатия на колесо, так как в действительности нажатие колодки на колесо меньшее, ввиду сопротивления в шарнирах и в тягах.
     Рассчитаем передаточное отношение к тормозной колодке №1.
     Рычаги 1,4 и 3 задействованы для прижатия колодки к колесу. К главному рычагу 1 сила приложена в верхней точке, а передана нижней точкой с поворотом в шарнире между этими точками. По определению, ведущее звено рычага – расстояние от точки приложения силы до точки поворота рычага (плечо а=358 мм), а ведомое – расстояние от точки передачи силы до точки поворота (плечо б=178 мм).
     В рычаге 4 вверху сила приложена, внизу передана, а в точке поворота она определяется после установления этих важных точек приложения и передачи силы. Ведущее звено этого рычага – это в=410 мм, а ведомое – это г=340 мм.
      И наконец, третий рычаг 3 имеет точку приложения силы внизу, точка передачи силы – на башмаке, а точка поворота вверху. Значит, плечо д является ведомым, а плечо (д + е) – ведущим.
     Запишем вышесказанное в виде формул и вычислим передаточное отношение для колодки №1, обозначив его n1:
;  ;  ;
;  ;  ;
;  ;  .
     Направление силы  образует угол  с направлением радиуса, проходящего через центр колеса и середину тормозной колодки, т.е. с направлением нормального давления колодки. Величина силы нажатия на тормозную колодку: 
;

где  – передаточное число к первой тормозной колодке, 
 – угол подвеса колодки.
     В результате – для определения передаточного числа достаточно, перемножив ведущие плечи, записать их в числитель, а ведомые – в знаменатель. 
;
;
;
.
     Рассчитаем также передаточное число к колодке №2.
     Прижатие колодки №2 к колесу осуществляется через рычаги 1, 2 и 5. Рычаг 1 принимает усилие вверху, передаёт её собственной серединой, а его точка поворота уходит вниз. Ведущее звено рычага 1 будет расстоянием от места приложения силы до шарнира поворота, т.е. (а + б). Далее по цепи сил следует рычаг 2, у которого ведущее плечо – это ж, а ведомое – (ж + з).
     Наконец, третий рычаг 5 передает силу башмаку, условно в середине, а шарнир его поворота находится внизу, чтоб прижать колодку №2 к колесу, принятая же сила рычагом 5 – вверху.
     Обозначив данное передаточное число через n2, вычислим аналогично n1:
;  ;  ;
;  ;  ;
;  ;  ;
;
;
;
;
.
     Получаем, что средняя колодка больше давит на колесо, чем первая. Это объяснимо тем, что при торможении края рамы могут подниматься, то правый, то левый, в зависимости от направления движения тепловоза. Поэтому крайние колеса то догружаются, то разгружаются, а среднее колеса находятся под постоянной нагрузкой и могут тормозить сильнее.
     Для убеждения выполним расчёты по колодке №3:
     В прижатии тормозной колодки №3 участвуют рычаги 1,2,5 и 6. Режим работы рычагов 1 и 2 остается такой же, как и при нажатии на колодку №2, а у рычага 5 – верхняя точка принимает силу, а нижняя его точка передает усилие, поворот же происходит на башмаке №2. Рычаг 6 аналогичен рычагу №3, а значит, точка приложения силы внизу, точка передачи силы – на башмаке, а точка поворота вверху.
     Аналогично определив ведущие и ведомые плечи данных рычагов, выразим передаточное число n3 :
;  ;  ;
;  ;  ;
;  ;  ;
;  ;  ;
;
;
;
;

     Получаем следующие значение передаточных чисел: для первой колодки - ,  для второй -  и для третьей - .
     1.1.2. Тормозная рычажная передача тепловозов ТЭМ18Д, ТЭМ18ДМ, 2М62У.
     Тормоза этих тепловозов устроены по принципу: один тормозной цилиндр на одно колесо. Три цилиндра установлены с правой стороны тележки и столько же – с левой. На рисунке 2 представлен тормоз для одного колеса на тепловозе ТЭМ18ДМ.

Рисунок 2. Тормозная рычажная передача тепловозов ТЭМ18Д, ТЭМ18ДМ,2М62У.

     Пара тормозных башмаков 1 и 2 шарнирно установлена на подвесках 3 и 4, причём подвеска 3 выполняет также функцию рычага. Тормозной башмак 1 прижимается к колесу рычагом 5. Концы рычага 5 и подвески 3 связаны между собой стяжкой с набором отверстий для перестановки валиков по мере износа тормозных колодок и обточки колёс.
     Рычаг 5 шарнирно связан с главным рычагом 7, установленным на валике, который приварен к раме тележки. Рычажная передача приводится в действие тормозным цилиндром 8, диаметр которого равен 8 дюймов, т.е. 203 мм. Усилие в штоке цилиндра при давлении воздуха в среднем примем 1,05 тс. Поскольку данная рычажная система является несимметричной, незамкнутой, то тормозной цилиндр испытывает отрывающие усилия, а шток – шарнирное исполнение.
     Прижатие тормозной колодки 1 осуществляет главный рычаг 7 и рычаг 5, причем ведущее плечо главного рычага равно 393 мм, ведомое – 247 мм; а рычаг 5 поворачивает в нижнем шарнире и передает силы башмаку 1. Ведущим плечом рычага 5 является сумма (380 + 302) мм, а ведомым плечом – расстояние от нижней точки поворота до шарнира башмака, равное 302 мм.
     В результате, выразим передаточное число тормозной колодки 1 через отношение ведущих и ведомых плечей:
;  ;  ;
;  ;  .
     Величина силы нажатия на тормозную колодку: 
;
;
;
.
     Тормозная колодка №2 прижимается к колесу с левой стороны работой рычага 5 с ведущим плечом, которое равно 380 мм, и с ведомым плечом 302 мм.
     Сам рычаг 3 – подвеска действует с ведущим плечом, равным (397 + 316) мм, и с ведомым, равным 397 мм. Для определения n2 тормозной колодки 2 запишем следующее выражение: 
;  ;  ;
;  ;  ;
;  ;  .
;
;
;
.
     Получаем, что левая и правая тормозные колодки прижимают колесо с одинаковой силой от каждой колодки. Но с учётом коэффициента полезного действия фактическое нажатие будет меньшим.

     1.2. Определение усилий на штоках тормозных цилиндров при различных давлениях.
     Рассмотрим общую принципиальную пневматическую схему  торможения локомотивом (рисунок 3). 
     Компрессор нагнетает сжатый воздух в главные резервуары , откуда он поступает в питательную магистраль и далее из неё через блокировочное устройство поступает к крану машиниста.
     При автоматическом торможении тепловоза краном машиниста  №394 воздух из тормозной магистрали через кран выпускается в атмосферу. При этом срабатывает на торможение воздухораспределитель №483, который далее сообщит запасный резервуар с импульсной магистралью. Сжатый воздух из запасного резервуара, пройдя через воздухораспределитель, блокировочный клапан  и переключательный клапан, поступит к крану вспомогательного тормоза №254, который сработает в режиме повторителя, сообщив питательную магистраль с реле давления через устройство блокировки тормозов .  Реле давления, в свою очередь, наполняет тормозные цилиндры  тележек из питательного резервуара. 
     

Рисунок 3. Принципиальная пневматическая схема торможения локомотивным тормозом. 
     
     Отметим, что одними из основных элементов любой тормозной системы являются тормозные рычажные устройства, которые предназначены для передачи силы, возникающей на штоке тормозного цилиндра, на тормозные колодки с целью их прижатия к поверхности трения колёс, а также для обеспечения равномерного отвода колодок при отпуске тормоза.  
     Из известной зависимости определим необходимое на штоке тормозное усилие, действующее на поршень при наполнении тормозного цилиндра сжатым воздухом.
      
     Для максимального и минимального выхода штока и давления от крана вспомогательного тормоза для тепловозов первой группы это усилие равно:
=

где   – усилие, развиваемое по штоку поршня тормозного цилиндра; 
 – давление воздуха в тормозном цилиндре;
 – усилие предварительной затяжки отпускной пружины тормозного цилиндра;
 – максимально допустимый ход поршня тормозного цилиндра;
 – жесткость отпускной пружины;
 – КПД тормозного цилиндра (потери на трение),
 – диаметр цилиндра.
=
 ,
где   – минимальный  ход поршня тормозного цилиндра.
     Для тепловозов второй группы:
=

=

     По результатам расчёта получаем, что тормозное усилие на штоке будет  для первого случая в промежутке 1,65 – 1,8 тс и для второго 0,97 – 1,08 тс.
     Дополнительно были рассчитаны усилия при давлениях в ТЦ, равных , по ступеням торможения, а результаты представлены в таблице 2.
      Таблица 2.Расчёт усилий на штоке в зависимости от давлений в ТЦ.
Давления
в ТЦ, 
Усилие на штоке
для первой группы тепловозов
Усилие на штоке для второй группы тепловозов

Минимальный выход штока
Максимальный выход шока
Минимальный выход штока
Максимальный выход шока
1
311,0716
261,5716
131,77084
82,27084
2
807,3932
757,8932
448,79167
399,2917
3
1303,715
1254,215
765,81251
716,3125
4
1800,04
1750,54
1082,83
1033,33
     
     1.3. Определение действительных сил нажатий тормозных колодок.
     Создание тормозной силы можно проследить по следующему алгоритму: машинист краном приводит тормоз в действие, штоки из цилиндров выдвигаются и через рычажную передачу создаётся сила нажатия каждой тормозной колодки на поверхность катания колеса.
      Тормозная сила от каждого колеса определяется силой трения Т, которая пропорциональна силе нажатия К на колодку:
     Т=К??
где ? – коэффициент трения между тормозной колодкой и колесом.
     Данный коэффициент является важнейшим параметром, определяющим силу трения тормозных колодок и показывает, какую часть силы нажатия К она составляет. Для чугунных колодок коэффициент ? определяется так:
      
где v – скорость в км/ч,
К - нажатие на одну тормозную колодку.
     Однако, важно отметить, что данная формула была получена экспериментальным путем и величина К в данной формуле является нажатием на вагонную тормозную колодку, которое можно записать через удельное давление на площадь колодки:
      
     где j – удельное давление на вагонную тормозную колодку,
     Sваг = 304 см2 - площадь трения чугунной вагонной колодки.
     На рисунке 4а представлена  чугунная вагонная колодка типа С, а на рисунке 4б -  локомотивная колодка чугунная типа М, которая установлена как на первой, так и на второй группе рассматриваемых тепловозов. 
     Рисунок 4а. Колодка вагонная чугунная типа С.
     
     Поскольку чугунная колодка локомотива отличается от вагонной, необходимо учесть этот фактор для точности расчётов.
     
     Рисунок 4б. Колодка локомотивная чугунная типа М.
     
     Зная размеры локомотивной колодки, можно вычислить площадь трения колодки о колесо и она составит:
     S_ЛОК=138?340=46920 ?мм?^2=469 см2
     Действительное нажатие на колодку локомотива равно
     ,
где - число колодок рычажной передачи, действующих от одного тормозного цилиндра;
     Но также можно записать данную формулу через удельное давление:

	В результате, при равенстве удельных давлений  j получим:

     Возвращаясь к формуле для определения коэффициента трения между тормозной колодкой и колесом, подставляем выше полученное преобразование:
.
     Теперь подставляя числовые значения в формулы, определим величины.
     Для первой группы тепловозов:
- при минимальном выходе штока и максимальном давлении:

- при максимальном выходе штока и минимальном давлении:

Для второй группы тепловозов:
- при минимальном выходе штока и максимальном давлении:

- при максимальном выходе штока и минимальном давлении:

     Дальнейший расчет сведен в таблицу №2 и на ее основании построены графические зависимости  = f( PТЦ)(Рисунок 4,5) .
Таблица №2. Расчет действительного нажатия тормозных колодок.
Давления в ТЦ
Первая группа
Вторая группа

Минимальный выход штока
Максимальный выход штока
Минимальный выход штока
Максимальный выход штока

KД
KД
1
0,913151
0,7678
0,4257516
0,26581
2
2,370103
2,2247
1,4500459
1,29011
3
3,827055
3,68174
2,4743402
2,31440
3,8
4,99262
4,8473
3,29377
3,13384
4
5,284
5,1387
3,498
3,3387

Рисунок 4. Зависимость действительного нажатия тормозных колодок от давления в цилиндрах для первой группы тепловозов. Рисунок 5. Зависимость действительного нажатия тормозных колодок от давления в цилиндрах для второй группы тепловозов.
     1.4. Определение расчетных нажатий тормозных колодок.
      Подсчитать по величинам  и  соответствующим фактическим, действительным значениям, тормозную силу локомотива затруднительно. Поэтому ее определяют методом приведения условным способом, при котором действительные значения величины  и   заменяют расчетными. При этом должно быть выполнено условие:

где  - действительная тормозная сила, реализуемая между колесом и рельсом;
 - расчетная тормозная сила;
 -  расчетный коэффициент трения тормозной колодки;
 - расчетное нажатие тормозной колодки.
     Расчётный коэффициент трения чугунных колодок определяем по формуле:
=
     Выразим из условия выше и получим формулу расчетного тормозного нажатия :
      
     Для первой группы тепловозов:
- при минимальном выходе штока и максимальном давлении:

- при максимальном выходе штока и минимальном давлении:

Для второй группы тепловозов:
- при минимальном выходе штока и максимальном давлении:

- при максимальном выходе штока и минимальном давлении:

Расчет также сведен в таблицу №3.
Таблица №3.Определение расчетного нажатия тормозных колодок.
Давления в ТЦ
Первая группа
Вторая группа

Минимальный выход штока
Максимальный выход штока
Минимальный выход штока
Максимальный выход штока

КР
КР
1
1,506043
1,316265
0,73616381
0,5329241
2
2,940738
2,822464
2,113795821
1,9456406
3
3,97658
3,882341
3,02339667
2,8958378
3,8
4,68735
4,602367
3,622618
3,5116495
4
4,855280826
4,77194
3,761316673
3,65335
     По результатам таблицы приведем графические зависимости   = f () (Рисунок 6,7).

Рисунок 6. Зависимость расчетного нажатия на колодку от тормозных цилиндров для первой группы.

      Рисунок 7. Зависимость расчетного нажатия на колодку от тормозных цилиндров для второй группы.
      
     Для визуального сравнения, добавим графики для вагонных колодок, полученных их расчетов по стандартной формуле (Рисунок 6а, 7а):

Рисунок 6а.Сравнение  полученных расчетных и стандартных нажатий на колодку для первой группы тепловозов.

      Рисунок 7а. Сравнение  полученных расчетных и стандартных нажатий на колодку для второй группы тепловозов.
     Из приведенных зависимостей видно, что для обоих групп тепловозов расчетные нажатия тормозных колодок при максимальном и минимальном выходах штока, рассчитанных по стандартном формуле, значительно меньше полученных в расчете выше. 
     Также сравним с помощью таблицы 4, полученные численные значения КР в дипломном проекта со значениями КР, согласно Правилам тяговых расчетов и нормативным документам.
      Таблица №4.Сравнение расчетных сил нажатия чугунных тормозных колодок на ось локомотивов.
Тепло-возы
Норма-тивное значе-ние
КР, тс/ось
Давле-ние  ТЦ, тс
Усилие пружи-ны ТЦ, кгс
Выход штока,
мм
Усилие на штоке ТЦ, тс
Дейст-витель-ное нажатие
по расчету, тс/ось
Расчет-ное нажатие по расчету, тс/ось
М62
12
3,8 - 4
120-126
125-75
1,65 -1,8
9,7-10,56
9,2-9,71
ТЭМ18
ДМ

11
3,8 - 4
120-126
125-75
0,969-1,08
12,5-13,96
14,04-15,04
     
     Таким образом получаем, что нормативные значения расчетного нажатия отличаются от полученных по расчету и не попадают в данный диапозон.
     
     1.5. Проверка возникновения юза при торможении локомотивом.
     Явление, когда колесо прекращает вращение и скользит по рельсу при продолжающемся движении поезда. Наиболее опасным последствием юза может быть  увеличение  тормозного пути поезда. Юз наиболее опасен при следовании одиночного локомотива с несколькими вагонами при манёврах, когда вагоны с невключенными тормозами подаются по уклону вниз.
     Важным условием является, что тормозная сила не должна превышать силу сцепления колеса с рельсом :
     В_Т=???К_Р??_КР^Ч ?? В_(Т СЦ)=?_СЦ?Р_СЦ
где ??К_Р  – суммарное расчетное нажатие всехколодок,
    ?_КР^Ч - расчётный коэффициент трения чугунных колодок,
    ?_СЦ- коэффициентом сцепления колеса с рельсом,
         Р_СЦ - сцепной вес локомотива ( для М62 – 119 т, для ТЭМ18ДМ -126 т)
     Согласно Правилам тяговых расчетов, для тепловозов с электрической передачей коэффициент сцепления рассчитывается по формуле:
     ?_сц=0,118+5/(27,5+v)
     Расчет тормозных сил и сил сцепления по формулам, представленным выше, представлен в виде таблицы №5. 
      Таблица №5.Определение тормозной силы и силы сцепления первой группы тепловозов.
В_Т
Скорости движения, км/ч

0
5
10
15
20
25
Тормозная сила при максимальном выходе штока
14,91167
12,5258
10,93522
9,799097
8,947001
8,28426
Тормозная сила при минимальном выходе штока
15,73111
13,21413
11,53615
10,33759
9,438666
8,739505
Нормативная тормозная сила
19,44
16,3296
14,256
12,77486
11,664
10,8
Сила сцепления колеса с рельсом
35,67836
32,34969
29,90867
28,042
26,56832
25,37533
      
      Таблица №6.Определение тормозной силы и силы сцепления второй группы тепловозов.
В_Т
Скорости движения, км/ч

0
5
10
15
20
25
Тормозная сила при максимальном выходе штока
22,75549
19,11461
16,68736
14,95361
13,65329
12,64194
Тормозная сила при минимальном выходе штока
24,37333
20,4736
17,87378
16,01676
14,624
13,54074
Нормативная тормозная сила
17,82
14,9688
13,068
11,71029
10,692
9,9
Сила сцепления колеса с рельсом
37,77709
34,25262
31,668
29,69153
28,13116
26,868
      
     По результатам данных таблиц, приведем графические зависимости тормозных сил от скорости Bт= f(v) (Рисунок 8, 9).

Рисунок 8. Зависимости тормозных сил от скорости для первой группы локомотивов.

Рисунок 9. Зависимости тормозных сил от скорости для второй группы локомотивов.

     На рисунках 8-9 видно,что тормозная сила не превышает силу сцепления, и значит торможение одним локомотивом происходит без заклинивания колесных пар.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     2. СОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОРМОЗНОГО ПУТИ МАНЕВРОВОГО ПОЕЗДА ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ТОРМОЗОВ ТОЛЬКО ЛОКОМОТИВА.
     
     2.1. Время наполнения тормозных цилиндров одиночного локомотива.
     Время наполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом непосредственно влияет на эффективность тормозов, тормозной путь и величину продольных динамических сил, которые возникают в поезде во время торможения. 
     При переводе ручки крана вспомогательного тормоза из поездного в крайнее тормозное положение время наполнения тормозного цилиндра от 0 до 3,5 кгс/см2 равно не более 4 секунд, а в головной части поезда ( или на отдельном вагоне) процесс наполнения через воздухораспределитель до этого же давления  составит от 7 до 15 секунд.
     Отсюда учитываем, что скорость наполнения тормозных цилиндров одного локомотива  намного выше, чем у поезда.
     В таблице 7, согласно ПТР и справочной литературе, приведены значения повышения расчетного тормозного коэффициента локомотивов в процессе наполнения тормозных цилиндров по интервалам времени . Расчётное давление в тормозных цилиндрах локомотивов при полных торможениях  принято 0,38 МПа.
      Таблица № 7. Повышение расчетного тормозного коэффициента локомотивов в процессе наполнения тормозных цилиндров.
?t , с
Значения расчётного тормозного коэффициента ?_(р , )  в % от полного значения
0-3
15
3-6
62
6-9
87
9-12
97
12-15
100
     
     Т.е. при расчете тормозного пути по интервалам времени, процесс изменения расчетного тормозного коэффициента ?_(р  ) делится на малые временные интервалы (?t = 3 секунды), в пределах которых величина ?_(р  ) считается постоянной  (Рисунок 10).

      Рисунок 10. График наполнения тормозного цилиндра локомотива.

     2.2. Время реакции машиниста от внезапно возникшего препятствия.
     Еще одним фактором, который надо учесть при определении тормозного пути, является время реагирования машиниста. Время реакции – это время с момента зрительной фиксации нештатной ситуации до момента поворота ручки крана машиниста в тормозное положение. Оно необходимо на осмысление сложившейся ситуации и принятие решения.
     К факторам, влияющих на время реакции при маневровой работе, можно отнести:
- состояние здоровья,психо- и физподготовка машиниста,
- качество отдыха перед сменой,
- природно-климатические условия,
- время суток,
- условия труда (температура, влажность воздуха, вибрации,шум в кабине),
- правильное распределение внимания при работе.
     Время реакции можно условно разделить на три периода:
1. восприятие сигнала (0,15 - 0,3);
2. осмысление  и принятие решения (0,2 - 2 с);
3. двигательное время реакции (0,1 - 0,2 с).
      «Общее время реагирования составляет в среднем от 0,5 – 2 секунд, для большинства расчетов принимается 1 секунда, но при оценке сложной обстановки оно увеличивается до 3 – 4х секунд, иногда до 5-ти секунд, ...».[5] Оно оказывает существенное влияние на тормозной путь и является весьма индивидуальным. За каждую секунду поезд проходит при скорости 40 км/ч  около 11 метров, при 25 км/ч около 7 метров. Как правило, это могут быть те метры, которых не хватает, чтобы предотвратить проезд запрещающего сигнала,сбитие или крушение.
     Для исследования влияния времени реакции машиниста на увеличение  тормозного пути были проведены вариантные расчеты для различных скоростей в диапозоне от 0 до 7 секунд. Итоги расчетов представлены на рисунке 11.
     
     
      Рисунок 11. Зависимость тормозного пути от времени реагирования.
     
     «В реальных условиях невозможно скорость своей реакции довести до получаемой в лабораторных условиях. Ведь машиниста никто не предупреждает заблаговременно, что начинается отсчет времени реагирования. Поэтому он часто внутренне еще перестраивается, когда пора уже действовать. Чтобы перестроиться и освоиться с изменившейся ситуацией, дополнительно требуется еще 1-2 с, да и перенос руки на орган управления (кран машиниста, главную рукоятку контроллера) занимает около 0,25 с.»[5]
     Для анализа влияния времени реакции машиниста и сравнения результатов для двух тепловозов представлена таблица №8 – 9. В таблицах отражена зависимость допустимой скорости торможения от величины уклона при нескольких вариантах  веса состава и времени реакции машиниста.
     
      Таблица 8. Влиние времени реакции на скорость торможения для тепловоза М62. 

Расчетный уклон, о?оо
Вес состава, тс
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8

Допустимая скорость при t реакции = 0 с , км/ч
Q =1000
11
14
16
19
21
23
25
26
28
Q=2000
-
6
10
14
16
19
21
23
25
Q= 3000
-
-
6
11
14
17
19
22
24

Допустимая скорость при t реакции = 3 с , км/ч
Q =1000
10
13
16
18
20
22
24
26
27
Q=2000
-
5
10
13
16
18
21
23
25
Q= 3000
-
-
6
10
14
17
19
21
23

      Таблица 9. Влиние времени реакции на скорость торможения для тепловоза ТЭМ18ДМ. 

Расчетный уклон, о?оо
Вес состава, тс
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8

Допустимая скорость при t реакции = 0 с , км/ч 
Q =1000
17
19
21
23
24
26
28
29
31
Q=2000
8
11
14
17
19
21
23
25
27
Q= 3000
-
6
11
14
17
19
21
23
25

Допустимая скорость при t реакции = 3 с , км/ч
Q =1000
16
18
20
22
23
25
27
28
30
Q=2000
7
11
14
16
18
21
23
24
26
Q= 3000
-
6
10
13
16
19
21
23
25
     
     Из таблицы № 8 - 9 видно, что при увеличении времени реакции на 3 секунды максимально допустимая скорость в среднем уменьшается на 1 км/ч при заданном значении уклона и веса состава для двух тепловозов.
     Результаты таблицы также предтавлены в графическом виде на рисунках 12 – 13.

Рисунок 12. Влияние времени реакции машиниста на допустимую скорость торможения для тепловоза М62.

Рисунок 13. Влияние времени реакции машиниста на допустимую скорость торможения для тепловоза ТЭМ18ДМ.
     2.3. О влиянии степени загрузки вагонов на тормозной путь. 
     Определение влияния степени загрузки на тормозной пути при торможении тормозными средставами локомотива рассмотрим на примере расчета из трех случаев со следующими исходными данными:
     тепловоз М62: расчётный вес =120т, число тормозных осей N=6, расчетное тормозное нажатие на одну ось = 12тс , тип колодок – чугунные; 
     вес состава Q = 2000т;
 1 случай – количество вагонов = 100 вагонов (т.е осевая нагрузка на рельсы  q_бр1= 5т/ось);
 2 случай – количество вагонов = 50 вагонов (т.е осевая нагрузка на рельсы q_бр2 = 10т/ось);
 3 случай -  количество вагонов = 25 вагонов (т.е осевая нагрузка на рельсы  q_бр3 = 20т/ось).
     Расчет выполнен известным методом численного интегрирования по интервалам времени и сведен в таблицах №10.
Таблица №10. Влияние степени загрузки вагонов на тормозной путь.

Загрузка вагонов
Заданная скорость, км/ч


10
15
20
25

Тормозной путь S, м на уклоне
 0 о?оо
q_бр1=5т/ось
57,64
128,67
231,15
365,86

q_бр2=10т/ось
58,36
131,13
237,6
379,85

q_бр3=20т/ось
58,75
132,46
241,19
387,77
Тормозной путь S, м на уклоне
-4 о?оо
q_бр1=5т/ось
106,93
250,2
468,24
765,80

.......................