Предъявлены новые требования к тормозным системам грузовых вагонов
Ю.Я. Водянников, канд. техн. наук, старший научный сотрудник,
М.И. Яланский, К.Л. Жихарцев, государственное предприятие «Украинский научно-исследовательский институт вагоностроения»
Согласно новым требованиям НБ ЖТ ЦВ 01—98 «Вагоны грузовые железнодорожные. Нормы безопасности» их реализация осуществляется путем обязательного включения в нормативные документы, технические задания (технические требования) и технические условия на вагоны.
К настоящему времени ни одно из этих требований не нашло отражения в нормативных документах, в соответствии с которыми проектируются и изготавливаются грузовые вагоны. Это вызывает значительные трудности как при проектировании грузовых вагонов, так и при проведении сертификационных испытаний. Особенно это касается тормозных систем грузовых вагонов.
Тормозные системы вновь проектируемых грузовых вагонов, безусловно, должны удовлетворять всем требованиям НБ ЖТ ЦВ 01—98. В то же время они проектируются в соответствии с «Нормами для расчета и проектирования...», а их характеристики должны соответствовать требованиям ЦВ-ЦЛ-945 «Инструкция по ремонту тормозного оборудования вагонов» и ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИИЖТ/277 «Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог».
Так, время нарастания силы нажатия тормозных колодок до максимальной величины при выполнении экстренного торможения должно составлять не более 15 с. Его определяют по времени нарастания давления в тормозном цилиндре до 95 % от максимального значения с момента воздействия на устройство управления тормозами.
В то же время требованиями установлены допускаемые пределы изменения давления в тормозном цилиндре при торможении (табл. 1). Минимальные значения используются для оценки тормозной эффективности, максимальные — для проверки отсутствия юзовой ситуации.
При экстренных торможениях в тормозных цилиндрах, как правило, реализуются максимальные давления. Их значения находятся в пределах, указанных в табл. 1. Вместе с тем, отсутствие конкретных значений в НБ ЖТ ЦВ 01—98 максимальных давлений в тормозном цилиндре с учетом режимов воздухораспределителя и загрузки вагона не позволяют однозначно провести проверку на соответствие пункта 12 новых требований.
Следует также отметить, что для воздухораспределителя 483М, применяемого для грузовых вагонов, время наполнения тормозного цилиндра при полном служебном торможении до 3,5 кгс/см2 составляет 7 — 15 с.
Анализ табл. 2 показывает, что заданные предельные значения тормозных путей не соответствуют требуемой тормозной эффективности по расчетному коэффициенту силы нажатия колодок на колеса (для груженого вагона не менее 0,14, порожнего — 0,22). Такое несоответствие имеет место для груженого вагона при скоростях 80 и 90 км/ч, для порожнего вагона соответственно 90 и 100 км/ч (табл. 3).
Пересчет расчетного коэффициента силы нажатия композиционных колодок на чугунные свидетельствует, что заданные предельные значения тормозных путей (см. табл. 2) не соответствуют нормам единого наименьшего тормозного нажатия на 100 т веса поезда (рис. 1, 2).
Особые трудности возникают при расчетах тормозной эффективности грузовых вагонов с учетом новых требований НБ ЖТ ЦВ 01—98. Большинство магистральных грузовых вагонов проектируют на максимальную конструкционную скорость 120 км/ч.
Тормозной путь вагона в пересчете на поезд не должен превышать 1040 и 1200 м при скоростях 100 и 120 км/ч, соответственно. Расчетные исследования тормозной эффективности на примере полувагона с передаточным отношением тормозной рычажной передачи при композиционных колодках 5,72 показывают, что указанные тормозные пути можно получить при давлении в тормозном цилиндре для скоростей 100 и 120 км/ч 3,49 и 4,81 кгс/см2 соответственно (рис. 3). Эти значения превышают давления (3,0 и 4,0 кгс/см2), принятые для оценки тормозной эффективности.
Очевидно, что для выполнения требований при минимальных давлениях в тормозном цилиндре 3,0 и 4,0 кгс/см2 необходимо увеличить передаточное отношение тормозной рычажной передачи. Выполненные многовариантные расчетные исследования показали, что при давлении в тормозном цилиндре 3,0 кгс/см2 для скорости 100 км/ч передаточное число составляет 6,72, для скорости 120 км/ч—9,47, при давлении 4,0 кгс/см2 для скорости 120 км/ч — 6,97 (рис. 4).
Проверка на отсутствие юза показала, что для полученных передаточных отношений не выполняется условие отсутствия юза (табл. 4).
Максимальное значение средней эксплуатационной мощности, приходящейся на одну композиционную колодку, при скорости 120 км/ч и тормозном пути 1200 м составляет 90,7 кВт. Это на 29,5 % больше предельно допустимой величины 70 кВт, для скорости 140 км/ч превышает эксплуатационную мощность на 68 % (117,5 кВт).
Результаты поездных испытаний полувагона на площадке в груженом состоянии методом «бросания» в диапазоне скоростей в начале торможения (40 — 120 км/ч) при давлениях в тормозном цилиндре 3,0 кгс/см2 (средний режим воздухораспределителя), 3,8 кгс/см2 и 4,0 кгс/см2 (груженые режимы воздухораспределителя) показаны на рис. 5, 6 и 7. При скорости 100 км/ч тормозные пути грузового поезда удовлетворяют требованиям при включении воздухораспределителя на груженый режим. Для скорости 120 км/ч тормозные пути грузового поезда при включении воздухораспределителя на груженый режим превышают максимально допустимые значения, равные 1200 м.
Диаграммы, построенные по результатам поездных тормозных испытаний полувагона в груженом состоянии, свидетельствуют, что тормозной путь 1470 м для скорости 140 км/ч не может быть получен в пределах допустимого изменения давления в тормозном цилиндре. Для скорости 120 км/ч давление должно составлять не менее 4,4 кгс/см2, для скорости 100 км/ч — не менее 3,1 кгс/см2 (рис. 8).
На основании анализа новых требований НБ ЖТ ЦВ 01—98 к тормозным системам грузовых вагонов установлено следующее: > отсутствие числового значения для максимального давления в тормозном цилиндре при экстренном торможении (п. 12 (1)) не позволяет однозначно определить время нарастания давления в тормозном цилиндре до 95 % от максимального значения с момента воздействия на устройство управления тормозами при проведении сертификационных испытаний;
- предельно допустимые значения тормозных путей, указанные в табл. 2, не соответствуют нормативному значению расчетного коэффициента силы нажатия композиционных колодок (см. табл. 3), а также единому наименьшему тормозному нажатию в пересчете на чугунные колодки для максимально допустимых скоростей 80 (90) км/ч на 100 т веса поезда (см. табл. 2);
- расчет тормоза грузового вагона, а также поездные тормозные испытания показали, что для грузовых вагонов с односторонним нажатием невозможно реализовать требования для скоростей 120 и 140 км/ч, так как:
- не выполняется условие отсутствия юза для порожнего вагона при среднем режиме воздухораспределителя (гарантировано заклинивание колесных пар при торможении);
- средняя мощность, приходящаяся на одну тормозную композиционную колодку при экстренном торможении, превышает предельно допустимую величину 70 кВт для скорости 120 км/ч на 29,5 %, для скорости 140 км/ч — на 58 %.
Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы:
- тормозные пути, приведенные в табл. 2 для скоростей 80, 90 и 100 км/ч, не соответствуют минимальным требованиям по тормозной эффективности;
- требования для скоростей 120 и 140 км/ч (см. табл. 2) могут быть реализованы для грузовых вагонов только с двухсторонним нажатием композиционных колодок;
- для эксплуатации груженых грузовых поездов со скоростями от 90 до 100 км/ч включительно воздухораспределитель должен быть установлен на «груженый» режим.
