10. ГАЛЬМУВАННЯ ТЗ

10.1. Загальні положення

Гальмування існує для уповільнення руху ТЗ чи повної його зупинки. Гальмування - це відбір кінетичної енергії у потягу, який рухається, перетво­ренням її в теплову енергію (за допомогою механічного та електрично-реостатного гальма), чи електричну енергію за допомогою рекуперації (повер­тання у тягову мережу).

Існують три режими гальмування (рис. 10.1):

1. Службове гальмування - використовують при номінальних режимах ро­боти РС на лінії для підгальмування РС при наявності обмежування швидкості чи повної зупинки.

2. Екстрене - використовують у виняткових (екстрених) випадках, при не­безпеці зіткнення, чи наїзду для екстреної зупинки ТЗ при мінімальному галь­мовому шляху.

З. Зупинкове гальмо - використовують для запобігання неконтрольованого руху під дією зовнішніх сил (вітру, схилу, удару тощо).

Кожний режим гальмування пред'являє специфічні вимоги до гальмових пристроїв, тому ТЗ обладнаний кількома видами гальм і застосовують їх у спо­лученнях, які найбільш повно відповідають потребам кожного гальмового ре­жиму.

Тролейбуси обладнані трьома видами гальм, незалежно працюючими один від одного:

Службове (механічне гальмо) - з пневматичним або пневмо-гідравлічним приводом. Воно знаходиться на всіх ходових колесах із роздільним приводом.

Допоміжне - електродинамічне гальмо, ТЗ гальмується за допомогою тя­гового двигуна з передачею гальмового моменту на центральний редуктор, а далі - на ведучі колеса.

Зупинкове - із приводом на задні ведучі колеса.

Підчас службового гальмування повинен бути забезпеченийуватися галь­мовий шлях (за нормативного навантаження а = 5 чол/м ) на горизонтальній ді­лянці шляху із сухим асфальтовим покриттям підчас гальмування з початковою швидкістю V = 60 км/год не більше 36,7 м.

Допоміжне гальмо повинне забезпечувати уповільнення за таких же умов (дивись вище) не менше ніж Ь = 0,8 м/с , в інтервалі швидкостей 40 - 10 км/год.

Зупинкове гальмо повинне забезпечити утримання тролейбуса, який стоїть, з максимальним навантаженням а = 8 чол/м2 при сухому асфальтовому покритті шляху необмежений час на схилі в 5 о/оо.

Екстрене гальмування повинне забезпечуватись одночасною дією робочо­го та допоміжного гальмування, які починають діяти від натискання однієї пе­далі.

10.2. Гальмові механізми

Гальмовий механізм механічного гальмування - пристрій, що перетворює кінетичну енергію транспортного засобу, що рухається, в теплову енергію, яка виникає в процесі тертя між гальмовими колодками та гальмовим барабаном.

Головні елементи гальмівного механізму - фрикційна пара, а додаткові -пристрої кріплення фрикційної пари та відведення теплоти, яка утворюється в результаті дій сил тертя.

Фрикційна пара складається з двох елементів (рис. 10.2):

- першим елементом є деталі тягової передачі, що обертаються, чи спеціа­льно встановлені на них гальмові барабани або диски;

- другим елементом є гальмові колодки, що конструктивно зв'язані з кузо­вом чи з балками або мостами ходових частин (докладніше дивись нижче).

барабан диск

Матеріали фрикційних пар підбирають так, щоб зношувались більше галь­мові накладки, а не елементи гальмового механізму, які обертаються. Як еле­мент фрикційної пари, що обертається, застосовують гальмові барабани, чи гальмові диски. Вони вбудовуються в ходове колесо (барабанне або дискове гальмо), або на поверхню катання бандажа колеса (колісно-колодкове гальмо, яке використовувалось на старих вагонах трамваю та метро). Існують барабанні гальма із зовнішньою дією колодок (трамвайний вагон та вагон метрополітену), або з внутрішньою дією колодок (тролейбус).

В залежності від місця розташування фрикційних пар (рис. 10.3) розрізня­ють гальма:

1) колісні (вбудовані в ходове колесо чи на ньому);

2) осьові (розташовані на осі колісної пари) та центральні (розташовані на валі ТЕД чи в тяговій передачі між ТЕД та тяговим редуктором);

3) на вхідному валі редуктора;

4) на валі ТЕД з боку редуктора;

5) на вільному кінці вала ТЕД.

Потужність гальмових пристроїв N залежить від місця їх розташування. Коли зменшується частота обертання п гальмового барабана чи диска повинне бути зростання гальмового моменту або необхідна сила натискання гальмових колодок на елемент гальма, що обертається.

N = кпМ, (10.1)

де к - коефіцієнт, що враховує розмірність.

Враховуючи вищесказане, осьові гальма повинні мати більш міцний при­від та конструктивно підсилені елементи кріплення гальмових колодок. Треба дати перевагу центральним гальмам, які мають меншу масу. Розміщення гальм на вхідному валі редуктора також має перевагу, тому що навантаження діє тіль­ки на редуктор та вісь колісної пари. При розташуванні гальма на вільному кін­ці вала якоря ТЕД, додатково ще навантажується вал якоря та вся тягова пере­дача.

На гальмовому барабані чи диску, гальмові колодки розташовані симет­рично відносно осі обертання (гальма з двобічним тиском колодок), чи з однієї (гальма з однобічним тиском колодок).

На сучасних трамвайних вагонах колісно-колодкові гальма не застосову­ють, щоб не прискорювати знос бандажів, зменшити масу та не перегрівати гу­мові пружні елементи коліс.

У колісно-колодковому гальмі з однобічним тиском (рис. 10.4), сила Хкп тиску колодок на бандаж передається на букси і урівноважується реакцією Бр рами візка, навантажуючи вісь згинаючими моментами МР.

 

Внаслідок тиску гальмових колодок на бандажах з'являються сили тертя Т = ХКП-фКП, які створюють на колісну пару момент Мг = 2ТЯ. При наявності зче-

М

плення коліс з колією момент Мг реалізується як сила В = —г- = Т, одна з яких

передається колесом на колію та урівноважується силою зчеплення Б = В, адруга - передається на конструкцію кузова чи візка в площині осі КП та урів­новажується рамними зусиллями Бр. На колісну пару будуть діяти реакції сили Б на колесах та сили Бр від конструкції кузова чи візка, які навантажують вісь згинаючими моментами МР. Оскільки Т < ХКП, то і МР < МХ , але вони склада­ються і додатково навантажують вісь КП.

При двобічному тиску колодок сили ХКП взаємно врівноважуються і вісь КП навантажується тільки МР (рис. 10.5). Окрім того, для створення однакового гальмового ефекту в цьому випадку потрібна сила ХКП вдвічі менша, але схема гальмової передачі складніша. Прикладом такої системи приводу гальм явля­ються колісно-колодкові гальма вагонів метрополітену серій Д та Е (рис. 10.6).

 

В цій системі гальмові колодки 5 підвішені на підвісках 4 плаваючих ва­желів 3 і середніх важелів 10. Вони регулюються від зниження на бандажі коліспідвіскою 2, що регулюється. Зусилля від штока гальмового циліндра 1 переда­ється на гальмові колодки 5, через плаваючий важіль 3, з'єднуючи втулку 7, нижню тягу 8, дірчасту вилку 9 та середній важіль 10. Пружина 11 та зворотні пружини гальмових циліндрів відтягують гальмові колодки від бандажів коліс при відпусканні гальм. Грубе регулювання гальм здійснюється перестановкою важеля 10 в отворах дірчастої вилки 9, а тонке регулювання - обертанням з'єднуючої втулки 7 на гвинті 6.

 

В трамваї пневматичні гальма відсутні, немає пневмосистеми, що спрощує конструкцію трамваю. Всі гальма електричні, є електродинамічне гальмо (як у тролейбусі).

10.3. Основні елементи гальмової системи тролейбуса

Вивчення даного питання можливе на прикладі пневмосистеми тролейбуса ЗіУ-9 (рис. 10.7).

Компресор існує для стискання повітря (докладніше дивись нижче).

Запобіжний клапан існує для запобігання пневмосистеми тролейбуса від надмірного підвищення тиску у випадку несправності регулятора тиску. Він спрацьовує при підвищенні тиску більше ніж 0,9 МПа.

Регулятор тиску існує для підтримання тиску в пневмосистемі в межах 0,8 - 0,65 МПа. При підвищенні тиску більше ніж 0,8 МПа регулятор вимикає електродвигун компресора, а при зниженні тиску менше за 0,65 МПа - вмикає його і компресор подає стиснене повітря в систему.

 

Позиції 14-18 стосуються системи ресорного підвішування (дивись розділ "Ресорне підвішування").

Гальмовий кран є основним повітророзподільним механізмом гальмової системи і існує для подачі стисненого повітря з гальмових резервуарів (ресиве­рів) до гальмових виконавчих механізмів (гальмових циліндрів або гальмових камер). Він керується лівою педаллю водія.

Гальмовий механізм тролейбуса складається (рис. 10.8) із силових органів 1, які сприймають тиск стиснутого повітря і діють на вихідний шток 2. Шток повертає важіль 3, вал 4 і поворотний кулак 5, який розводить гальмові колодки 6, притискає останні до гальмових барабанів 7 коліс.

 

Силових органів може бути два види: поршневий та діафрагмовий. В за­лежності від цього силовий орган може бути: 1) гальмовий циліндр, 2) гальмова камера. Останній варіант більш сучасний, але обидва вони механізми прямої

1дії, тобто створюють силу при дії стиснутого повітря.

Позитивною стороною гальмового циліндра є великий хід поршня (не пот­ребує тонких регулювань системи приводу), а негативною є:

- тертя і зменшення сили дії, особливо при поганому змащенні;

- наявність початкової несприятливості Ро (графік залежності тиску Р від ходу поршня 5, рис. 10.8, б), та вплив нещільності елементів тертя.

 

Гальмова камера (рис. 10.9) складається: з самої камери 10, поршня 9 та гумовокордової діафрагми 11, що підпружинена пружиною 12. Позитивними сторонами є:

- відсутність втрат на тертя, від нещільності, та високий ККД завдяки ма­лому опору;

- малий знос, висока довговічність, мала початкова нечутливість (на гра­фіку залежності Р = г(8) відсутня зона Ро, рис. 10.9,б;

- простота, мала трудомісткість промислового виробництва та технічного обслуговування.

Негативні сторонами гальмової камери:

- малий хід штока;

- пошкодження діафрагми в місцях перегину. 10.4. Розрахунок гальмового механізму на нагрів

Розрахунок ведеться за рівнянням теплового балансу гальмового механіз­му при одиничному гальмуванні:

Мі(1 + У)Уті -У2 = Мб ■ с ■ Тп + Бб ■ 1К - Тп - сії, (10.2)

2 о

де М; = — - розрахункова маса тролейбуса, яка припадає на розглянуту g

вісь чи колесо при гальмуванні, кг, при О; - розрахункове вертикальне наван­таження і-тої осі при навантаженні, кН;

1 + у - коефіцієнт інерції мас рухомого складу, що обертаються;

УТ1, УТ2 - початкова та кінцева швидкість гальмування тролейбусу, м/с;

Мб - маса гальмових барабанів та зв'язаних з ними деталей, які нагріва­ються, кг;

с - теплоємність матеріалу гальмового барабана (для сталі і чавуну с = 0,525 Дж/кг°С);

Тп - підвищення температури гальмового барабана над температурою на­вколишнього повітря, °С;

Бб - поверхня охолодження гальмового барабана;

К - коефіцієнт теплопередачі між гальмовим барабаном та повітрям;

ї - час гальмування, с;

Якщо зневажити випромінюванням тепла (при інтенсивному короткочас­ному гальмуванні) до навколишнього середовища, із рівняння можемо знайти перебільшення температури гальмового барабана за одне гальмування:

т   = М; ■ (і + У) ■ (Ут2і - (10 3)

п 2Мб ■ с

З досліджених даних для нормальної роботи гальмових накладок перебі­льшення температури гальмового барабану за одно гальмування не повинно пе­ребільшити 15°С. Інтенсивність тепловіддачі гальмового барабана в повітря ви­значають розмірами його поверхні та коефіцієнтом тепловіддачі, який залежить від його конструктивного компонування в гальмовому механізмі та гальмового механізму відносно інших вузлів ходової частини.

Зменшення нагріву гальм забезпечують за рахунок збільшення поверхні охолодження оребрінням гальмових барабанів, використанням барабанів із алюмінієвого сплаву, які відрізняються високою питомою теплоємністю та ін­шими конструктивними даними.

10.5. Принцип дії та розрахунок компресора

Компресор - це, як правило, машини із зворотньо-поступовим рухом пор­шня у циліндрі. Вони потрібні для стиснення та нагнітання повітря до пневмо-магістралі тролейбуса (рис. 10.10).

 

Принцип роботи компресора розглянемо за індикаторною діаграмою (фун­кція тиску Р від ходу поршня її) Р = цЬ). З ходом поршня 1 зліва направо в ци­ліндрі 2 створюється розрядження і відкривається впускний клапан 3. Циліндр наповнюється повітрям, що характеризує крива (сі-а). З ходом поршня вліво ві­дбувається стиснення, яке характеризує крива (а - в). Процес стиснення визна­чається умовами теплообміну між газом і стінками циліндра. Збільшення тиску повітря виникає до тих пір, доки воно не стане більше Р2. Під дією різниці цих тисків відкривається нагнітаючий клапан 4 і здійснюється процес виштовху­вання - крива (в-с).

При зворотному русі поршня повітря, що лишилося в мертвому просторі Уо циліндра, розширюється політропно і тиск падає (с - а).

Нагнітаючий клапан при цьому закритий . Як тільки тиск повітря в цилін­дрі стане нижчим за Рі, відкриється впускний клапан і почнеться знову процес наповнення. Однак цей процес із-за впливу мертвого об'єму Уо, почнеться з положення с, а не в крайньому лівому, що знизить наповнення циліндра повіт­рям і зменшить продуктивність компресора К. Тому мертвий об'єм (5 -10 % від повного Уп) прагнуть скоротити. Після підвищення тиску в пневмосистемі до заданого рівня компресор за допомогою регулятора тиску вимикається.

При наявності регулятора тиску можливі 4 варіанти відключення компре­сора: 1) з'єднання нагнітаючої магістралі з атмосферою через розвантажуючий клапан регулятора; 2) подача стисненого повітря в розвантажуючий пристрій, який зупиняє стиснення шляхом примусового відкриття впускного чи спеціаль­ного розвантажувального клапана; 3) подача тиску чи електричних сигналів до муфти, яка вимикає компресор від приводу; 4) відключення живлення електро­двигуна.

На тролейбусах застосовують останній варіант. Компресори марок ЕК-4 (ЗіУ-9) - одноступеневі, розташування циліндрів - горизонтальне, однорядний з повітряним охолодженням, барботажним змащенням, та двохступеневим ре­дуктором для зниження швидкості обертання.

Теоретична продуктивність компресора розраховується за формулою:

От = Бші, м3/хв., (10.4)

де Б - площа поршня, м2;

h - хід поршня, м;

п - число обертів вала, хв-1

Дійсна продуктивність:

Од = Отії, (10.5) де h = 0,9 + 0,95 - коефіцієнт подачі, що враховує витоки. Останній залежить від технічного стану компресора, коефіцієнта дроселю­вання, коефіцієнта підігріву повітря, що всмоктується.

Робота стиску 1 кг повітря від атмосферного тиску Ро до тиску стиску Рк

p

L = J VdP. (10.6)

p

o

При ізотермічному стиску в циліндрі компресора питомий об'єм та тиск Р підпорядковується закону:

PV = RT = const. (10.7) Після підстановки (4) рівняння в (3) і проінтегрувавши від Ро до Рк, отри­маємо рівняння для роботи ізотермічного стиску.

Lh = 2,303RT ■ logP. (10.8)

Потрібна міцність для ізотермічного стиску повітря вагової продуктивнос­ті , що задана Ок (мається на увазі, що 1 кВт є еквівалентом 102 кГ/с) визнача­ється:

Nіз =   із"   к,кВт. (10.9) із   102 ■ 60