Классификация вагонных замедлителей. Кинематические схемы двухсиловых и трехсиловых вагонных замедлителей. Аппаратура управления замедлителями на тормозных позициях.

7.3.1. Классификация вагонных замедлителей

и область их применения

 

Скорость скатывания отцепов с горки и остановка их в нужном месте подгорочных путей регулируются вагонными замедлителями. По способу создания тормозного эффекта они делятся на зажимающие колесные пары вагонов и незажимающие (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Способы создания тормозного эффекта: а - двухсиловой;

б - трехсиловой; в - электромагнитный; г - башмачный

 

Зажимающие вагонные замедлители содержат механизм, действие которого основано на принципе захвата бандажей колес шинами (балками), выступающими над головкой рельсов с обеих его сторон. Нельзя создавать тормозную силу только на одной стороне колеса, так как в этом случае не исключается передача каких-либо изгибающих сил на ось. В горочной технике различают зажимающие вагонные замедлители двух систем: нажимные (двухсиловые) и весовые (трехсиловые). В последнем случае нажатие тормозных шин Р_к создается весом q колеса вагона, катящегося по нижнему выступу тормозной балки, приподнятой над рельсом и поворачивающейся относительно точки О.

К не зажимающим вагонным замедлителям относятся электромагнитные, с упругим тормозным элементом, плунжерные гидравлические, башмачные и др. Электромагнитные замедлители могут иметь различное конструктивное исполнение, в частности, представлять собой магнитопровод, проходящий под подошвой рельса и заканчивающийся с двух сторон его тормозными шинами. Катушки управления, надетые на магнитопровод, создают между тормозными шинами магнитный поток, силовые линии которого разомкнуты, если на замедлителе нет вагона. При вхождении на замедлитель колесной пары контур силовых линий замыкается, резко возрастает магнитный поток. В результате в колесе возбуждаются вихревые токи, которые протекают в массиве колеса в плоскости, перпендикулярной направлению наводящего их потока. Поскольку колесо в задней части пересекает магнитные силовые линии снизу вверх, а в передней сверху вниз, то направление токов Фуко в этих частях будет разное. В передней части колеса магнитные силовые линии токов Фуко ослабляют основное магнитное поле, а в задней усиливают, чем и достигается тормозной эффект.

Электромагнитный замедлитель соленоидного типа представляет собой катушку, диаметр которой позволяет пропускать внутри себя вагоны. Вагоны играют роль ферромагнитного сердечника. При включении тока внутри катушки создается магнитное поле, которое может быть ускоряющим или тормозящим в зависимости от места положения вагона относительно центра катушки.

Плунжерный гидравлический замедлитель представляет собой цилиндр, укрепленный внутри колеи и имеющий выступающий плунжер (шток) с полукруглой головкой. При малой скорости движения отцепа нажатие колеса на плунжер ведет к перемещению жидкости из-под поршня цилиндра через калиброванное отверстие; при большой скорости такое перемещение не может произойти за короткий промежуток времени, поэтому плунжер образует на пути вагона как бы перекатываемую горку.

У вагонных замедлителей с упругим тормозным элементом тормозной эффект создается за счет потерь энергии на сжатие колесом вагона специальной резины и на движение его на подъем.

У башмачных замедлителей тормозной эффект достигается за счет заклинивания колесной пары башмаком и использования трения скольжения башмака и второго колеса.

Большинство механизированных горок в России оборудованы двухсиловыми и трехсиловыми механическими замедлителями. Электромагнитные замедлители находятся в стадии испытаний и поиска оптимального варианта. На горках малой мощности предпочтение на парковых путях отдается башмачным замедлителям с автоматическими или полуавтоматическими башмаконакладывателями.

 

 

7.3.2. Теоретические основы конструкций зажимающих

вагонных замедлителей

 

Для выявления факторов, влияющих на конструкцию зажимающих вагонных замедлителей, рассмотрим расчетную схему, представленную на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Расчетная схема силы торможения

двухсилового нажимного замедлителя

 

Сила трения, приложенная к любой элементарной площадке dw на поверхности давления шины и колеса

 

,

 

где f - коэффициент трения;

Р_к - среднее значение силы нажатия шины на колесо;

w - площадь поверхности соприкосновения шины и колеса.

Обозначим мгновенный радиус поворота площадки dw относительно мгновенного центра качения А через r. Тогда момент трения определится как

 

,

 

а полный (для двух заштрихованных полусегментов):

 

,

 

где интеграл представляет собой статический момент всей заштрихованной площади относительно точки А. Обозначив расстояние от центра ее тяжести до точки А через r и решая интеграл по частям, получим

.

Из равенства тормозного момента и момента трения имеем:

 

.

 

Отсюда легко определяется тормозная сила нажимного замедлителя, отнесенная к одной колесной паре (оси) с учетом четырех шин:

 

, (7.10)

 

где j - коэффициент приведения, который условно "переносит" тормозную силу, создающуюся на ободе колеса, к ее оси.

Коэффициент трения f зависит от рода материала, из которого сделаны шины, состояния трущихся поверхностей (сухие, мокрые, покрытые маслом). В расчетах рекомендуется принимать f = 0,1.

Коэффициент приведения j тем больше, чем выше уровень тормозной шины в и меньше ее ширина а. Значение в ограничивается габаритом подвижного состава. С введением в 1994 г. нового пункта в Инструкцию по применению габаритов предельное возвышение тормозных шин над уровнем головки рельса (УГР) устанавливается в пределах 100-110 мм вместо прежних 110-120 мм. Использование для тормозных балок слишком узких шин ускоряет износ последних, поэтому обычно принимают а = 50 мм.

Сила нажатия Р_к зависит от давления воздуха в цилиндрах, связанных с тормозными балками. Однако чрезмерно увеличивать ее нельзя, так как при некоторых критических значениях Р_к может произойти выдавливание (выжимание) вагонных колес или выкрашивание кромки бандажа.

При выжимании вокруг мгновенного центра вращения колеса m имеет место равенство моментов максимальной силы торможения и силы тяжести:

 

,

 

откуда

 

(7.11)

 

где - вес вагона, приходящийся на одну ось.

После подстановки в левую часть выражения (7.11) значения F_онм из (7.10) и решения его относительно максимальной силы нажатия имеем:

 

. (7.12)

 

Для существующих вагонных замедлителей расчеты по (7.12) дают значение Р_км < 4q_о.

Зная длину замедлителя l_т, в пределах которой реализуется сила нажатия Р_к, можно определить работу торможения

 

, (7.13)

 

а также погашаемую замедлителем энергетическую высоту

 

, (7.14)

 

где n - число осей в отцепе;

Q - вес тормозимого отцепа.

Рис. 7.11. Расчетная схема силы торможения

трехсилового весового замедлителя

 

Согласно расчетной схеме торможения весового замедлителя (рис. 7.11) относительно точки поворота тормозной балки О действуют моменты сил

 

,

 

где l, h - плечи рычага весового замедлителя.

Отсюда

 

, (7.15)

 

где - коэффициент передачи замедлителя.

Подставляя значение Р_к из (7.15) в (7.10), для рассматриваемого случая получим:

 

, (7.16)

 

где g = 2f jk - тормозная характеристика замедлителя.

Таким образом, сила нажатия на колесо прямо пропорциональна нагрузке на него. Работа торможения и погашаемая замедлителем энергетическая высота определяются по формулам:

 

; (7.17)

 

. (7.18)

 

Весовые замедлители мощнее нажимных, что объясняется более высоким значением коэффициента j. Кроме того, они принципиально не допускают выжимания вагонов.

 

7.3.3. Устройство и работа зажимающих

вагонных замедлителей

 

На начало 1996 г. на сортировочных горках России находилось в эксплуатации 3762 вагонных замедлителя, в том числе Т-50 - 428, КНП-5 - 306, КВ - 455, РНЗ-2 - 2400, ВЗПГ-ВНИИЖТ - 173.

Двухсиловой замедлитель Т-50 работает по принципу клещей (рис. 7.12), которые образуются из двух рычагов - одноплечего 1 и двуплечего 2, насаженных на общую ось 3, укрепленную на опоре 4. Концы рычагов соединены шарнирно с корпусом 5 и штоком 6 тормозного цилиндра. На площадке рычагов уложены тормозные балки 7 с прикрепленными к ним тормозными шинами 8. Положение тормозной системы по отношению к поверхности рельса регулируется пружинами 9.

Рис. 7.12. Кинематическая схема замедлителя Т-50

 

Замедлитель имеет два положения - расторможенное, когда в тормозном цилиндре сжатый воздух отсутствует, а тормозные балки разведены на расстояние 172 мм, и заторможенное, при котором под действием сжатого воздуха в цилиндре тормозные балки сближаются на расстояние 118 мм, а верхняя грань тормозных шин поднимается над уровнем головки рельса на 83 мм. При входе колеса вагона в замедлитель балки раздвигаются на ширину бандажа (130 мм), и происходит торможение вагона. Сила торможения зависит от давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре.

Замедлитель Т-50 состоит из секций и звеньев. Каждая секция снабжена двумя комплектами клещевидного рычажного механизма. Звеном называется часть вагонного замедлителя между осями двух ближайших секций. Различают четырех-, пяти- и шестизвенные замедлители. Они используются как на спускной части горок, так и на парковых тормозных позициях. Новые вагонные замедлители Т-50 не изготавливаются и при проектировании не предусматриваются.

Клещевидно-нажимной подъемный замедлитель КНП-5-73 в своей конструкции использует то обстоятельство, что с увеличением возвышения тормозных шин над уровнем головки рельса сила торможения повышается. В связи с этим замедлитель кроме тормозной системы по типу замедлителя Т-50 содержит еще и подъемную. Она состоит из расположенного в горизонтальной плоскости дополнительного цилиндра и связанного с его штоком шибера, имеющего наклонную поверхность. По последней перекатывается ролик, насаженный на ось клещей тормозной системы. При перемещении шибера вперед или назад тормозная система поднимается или опускается.

Вагонный замедлитель может иметь следующие положения: отторможенное при нижнем положении тормозной системы, отторможенное при верхнем положении тормозной системы и заторможенное при верхнем положении тормозной системы с доведением высоты шин над уровнем головки рельсов до 110 мм. Во втором и третьем положениях пропуск локомотивов через замедлитель запрещен из-за габаритных ограничений.

Замедлители КНП-5-73 изготавливаются пятизвенными и используются преимущественно на спускной части сортировочных горок при модернизации.

Клещевидно-весовой замедлитель КВ (рис. 7.13) состоит из внутренней тормозной балки 1 и внешней качающейся 2, объединенных рамой 3. К балкам прикреплены тормозные шины 4. Одноплечий рычаг 5, связанный с корпусом тормозного цилиндра 8, и двуплечий 6, связанный со штоком 9, насажены на общую ось 7 и через посредство промежуточных звеньев 10 соединены с рамой. В отторможенном положении замедлителя подпорная шина качающейся балки расположена ниже головки рельса, чем обеспечивается свободный проход отцепа. При подготовке замедлителя к торможению в тормозной цилиндр подается сжатый воздух. В результате рама поднимается вверх, подпорная шина качающейся балки возвышается над головкой рельса на 43 мм, а тормозные шины сближаются до 140 мм при высоте подъема 120 мм изнутри и 110 мм снаружи колеи. При входе вагона на заторможенный замедлитель его колеса накатываются на подпорную шину качающейся балки и отпускают ее на 31 мм. Вследствие этого тормозные балки поворачиваются и колеса зажимаются тормозными шинами.

Замедлители КВ изготавливаются одно-, двух- и трехзвенными, эксплуатируются на спускной части сортировочных горок и парковых тормозных позициях, при новом строительстве не предусматриваются.

Рис. 7.13. Кинематическая схема замедлителя КВ

 

Рычажно-нажимной замедлитель РНЗ-2 состоит из двух независимых тормозных систем, монтируемых на общем шпальном основании. Кинематическая схема системы для одного рельса пути представлена на рис. 7.14. Она состоит из тормозных балок 1, тормозных шин 2, расположенных по обе стороны рельса 3, большого 4 и малого 5 приводных рычагов, продольной 6 и поперечных 7 тяг, тормозного цилиндра 8, корпус которого шарнирно соединен с опорной площадкой, а шток - с большим приводным рычагом.

Рис. 7.14. Кинематическая схема замедлителя РНЗ-2

 

При подаче сжатого воздуха через ниппель 9 в полость тормозного цилиндра большого диаметра перемещается свободный поршень 10 до упора его в торец полости меньшего диаметра. При этом ход штока тормозного цилиндра через посредство рычагов и тяг обеспечивает сближение тормозных балок по наклонным профилям основания замедлителя. В результате система занимает поднятое положение. При подаче сжатого воздуха через боковой штуцер 11 поршень малого диаметра 12 перемещает шток цилиндра дальше, приводя систему в заторможенное состояние.

Замедлитель РНЗ-2 изготавливается однозвенным и устанавливается на парковых тормозных позициях.

Вагонный замедлитель с пневмогидравлическим приводом ВЗПГ-ВНИИЖТ (рис. 7.15) состоит из тормозных балок 1 с шинами 2, которые закреплены на рычагах 3, шарнирно связанных между собой и стойкой 4. Один из рычагов шарнирно соединен с корпусом гидроцилиндра 5, а другой - со штоком поршня 6. Тормозные балки уравновешиваются пружинами 7. Гидроцилиндр через трубопровод и рукав высокого давления управляется пневмогидравлическим приводом (на рис. 7.15 не показан). Вагонный замедлитель имеет три положения: отторможенное, подготовленное к торможению (тормозная система переводится в верхнее положение) и заторможенное.

Рис. 7.15. Кинематическая схема замедлителя ВЗПГ-ВНИИЖТ

 

Замедлители ВЗПГ-ВНИИЖТ изготавливаются в основном пятизвенными и предназначены для установки на спускной части горок.

С введением в 1994 г. ограничений на возвышение тормозных шин вагонных замедлителей над уровнем головки рельса до 100 мм в расторможенном и до 110 мм в заторможенном положении ВНИИЖТом были модернизированы замедлитель РНЗ-2 и находившийся в опытной эксплуатации перспективный замедлитель клещевидно-нажимного типа ВЗП-ВНИИЖТ.