CC BY
18
РЕМОНТ I ЕКСПЛУАТАЦ1Я ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБ1В УДК: 625.46: 006.354
В.Б. БУДНИЧЕНКО, канд. техн. наук, доцент, (Кшв)
КОНЦЕПЦ1Я ГАЛЬМ1ВНОГО КЕРУВАННЯ ТРАМВАЙНОГО ВАГОНА
Запропановано нову концепцш гальмiвного керування трамвайного вагона, яка передбачае наявнiсть п'яти гальмiвних систем, що забезпечують чотири режими гальмування.
Предложена новая концепция тормозного управления трамвайного вагона, предусматривающая наличие пяти тормозных систем, обеспечивающих четыре режима торможения.
The new conception of braking operate of tram is proposed. The tram must have the five braking system. This system must created four rate of braking tram.
Трамвайний транспорт е учасником дорож-нього руху, на який розповсюджуеться дiя Правил дорожнього руху. Умови руху для трамвайного вагона як одного iз видiв рухомого складу рейкового паспорта вiдрiзняються вщ умов руху поiздiв залiзниць. Висока ймовiрнiсть перешкод для руху змушуе водiя поза графшом руху зни-жувати швидк1сть або зовам зупиняти вагон. Рейкова колiя трамвайного вагона, як правило, частково або повнютю розташована на дорозi за-гального використання, що призводить до за-бруднення рейок i зниження коефiцiента зчеп-лення, особливо шд час листопаду.
За таких умов безпека руху трамвайних ваго-шв визначаеться не тiльки квалiфiкацiею водiя, а й досконалiстю гальмiвного керування трамвайного вагона. Ряд дорожньо-транспортних пригод, що вiдбулися в Укрш'ш, були пов'язанi з вщмовами гальмiвного керування. Це сприяло перегляду концепци побудови гальмiвного керу-вання трамвайного вагона.
1снуюча концепцiя гальмiвного керування трамвайного вагона передбачае визначення ви-мог до ефективносп службового, екстреного та стоянкового режимiв гальмування та регламен-тащю умов здiйснення аварiйного гальмування. У концепци зовшм вiдсутнi поняття: гальмiвноi системи як сукупностi пристроiв, призначених для здiйснення гальмування; гальмiвного приводу, як сукупносп пристроiв гальмiвноi системи, якi забезпечують передачу енергп вiд ii джерела до гальмiвних механiзмiв та керування кiлькiстю ще1' енергii в процесi передачi; гальмiвного ме-ханiзму як пристрою гальмiвноi системи, при-значеного для безпосереднього створення та змiни штучного опору руху.
Дослщження, що були виконаш за останнiй перiод у частит гальмiвних систем трамвайного вагона, в основному торкалися обгрунтування рацiонального коефщента зчеплення, який повинен використовуватися шд час розрахункiв гальмiвних механiзмiв трамвайного вагона та дослiджень щодо вдосконалення самих констру-кцiй гальмiвних механiзмiв. Системний пiдхiд до визначення гальмiвних властивостей трамвайного вагона не застосовувався.
Першим кроком у напрямку створення вдос-коналених гальмiвних систем трамвайного вагона е визначення основних функцiй, як1 повинш виконувати гальмiвнi системи трамвайного вагона.
На основi системного аналiзу визначено, що гальмiвнi системи трамвайного вагона повинш забезпечувати так1 функцii: зупинку вагона iз будь-яко1' швидкостi з необхщною ефективнiстю; зменшення швидкостi руху та и обмеження на спуску; утримання вагона нерухомим пiд час йо-го зупинки, у тому чи^ й на ухилi. Вищезазна-ченi функцii забезпечуються трьома гальмiвни-ми системами: робочою - зупинка вагона з будь-яко' швидкосп, допомiжною - зменшення швидкостi та обмеження и на ухилi; стоянковою - утримання вагона нерухомим на зупинщ. Ви-х1д iз ладу робочо1' гальмiвноi системи вщповщ-но до покладено1' на не1' функцп приводить до неможливостi зупинки трамвайного вагона. Цей недолш виключаеться, якщо трамвайний вагон буде обладнаний запасною гальмiвною системою, яка забезпечуе зупинку трамвайного вагона в разi вiдмови робочо1' гальмiвноi системи.
Вимога щодо наявносп запасно1' гальмiвноi системи ще не означае, що ця система повинна бути окремою. К функцiю може виконувати од-
на з гальмiвних систем (наприклад, стоянкова), якщо вона буде вiдповiдати вимогам, що вста-новленi для запасно! гальмiвно! системи.
Особливостi конструкцп рейкових транспортних засобiв дозволяють створювати додатково штучний опiр руху поза контактом колеса з рейкою. Трамвайш вагони, що перебувають в екс-плуатацп, обладнанi пристроями (рейковими га-льмiвними механiзмами), якi створюють штучний опiр руху за рахунок тертя мiж ними та рейкою. 1накше кажучи, реально здшснюеться ще одна функцiя - шдвищення ефективностi галь-мування за рахунок створення додаткового штучного опору руху поза контактом колеса з рейкою. Цю функцiю виконуе додаткова гальмiвна система трамвайного вагона.
Вщповщно до запропоновано! класифшацп гальмiвних систем, трамвайнi вагони, що екс-плуатуються в Укрш'ш, мають допомiжну, стоя-нкову та додаткову гальмiвнi системи. Робоча гальмiвна система вiдсутня, i 11 функщю вико-нують декiлька систем.
У режимi службового гальмування зупинка вагона забезпечуеться послщовною дiею двох систем: допомiжно! та стоянково!. При цьому допомiжна гальмiвна система при досягненш швидкостi 3.. .7 км/год замiщаеться стоянковою.
У режимi екстреного гальмування зупинка вагона забезпечуеться послщовно: одночасною дiею допомiжноl, стоянково! та додатково! галь-мiвних систем. При цьому додаткова система включаеться одночасно з допомiжною, яка потiм замiщаеться стоянковою у разi досягнення швидкостi 3.. .7 км/год.
У режимi аварiйного гальмування зупинка вагона забезпечуеться одночасною дiею стоянково! та додатково! гальмiвних систем, тобто в усiх режимах гальмування задiяна стоянкова га-льмiвна система, гальмiвний механiзм яко! роз-рахований на зупинку вагона зi швидкосп 3... 7 км/год. Режим аваршного гальмування для га-льмiвного механiзму стоянково! гальмiвно! системи е його перевантаженням, що потребуе (вщ-повiдно до iнструкцi! з експлуатацп вагона) зняття вагона з руху для виконання технiчного огляду гальмiвного механiзму. Вiдповiдно до ю-нуючо! концепцi! гальмiвного керування трам-вайним вагоном режим аварiйного гальмування не передбачае керування гальмування i почина-еться при приведеннi в дда пристрiв, що розта-шоваш бiля пасажирських дверей, або педалi безпеки водiя, або при спрацюванш захисту еле-ктричних кiл системи керування тяговим двигу-ном, або повного вщключення системи низько-вольтного живлення. При цьому найбiльше пе-
ревантаження отримуе гальмiвний механiзм при вщключенш низьковольтного живлення, що призводить до вiдключення i додатково! гальмь вно! системи. Вiдомий випадок повного виго-ряння гальмiвних накладок гальмiвного мехаш-зму пiд час гальмування тшьки стоянковою га-льмiвною системою вагона на ухиш.
Таким чином, покладення функцi! робочо! гальмiвно! системи на стоянкову, як показав до-свщ експлуатацi! трамвайних вагонiв, недоцшь-но i призводить до попршення безпеки паса-жирських перевезень.
Концепцiя гальмiвного управлшня трамвайного вагона, що пропонуеться, показана на рис. 1 i передбачае наявшсть п'яти гальмiвних систем, кожна з яких повинна мати визначене джерело енергп, гальмiвний механiзм та гальмь вний привод. При цьому передбачаеться, що га-лышвш системи можуть мати сшльш елементи.
Галы.нвне керування
Система контролю та си гнал ¡за цн
Галыивш системи
_
ч: «
а Е
т
к
■X X Е" ф
■X —
о с ф X а = а
I
N с: Л
г; I—
I—
Рис. 1. Класифжацшна схема гальм1вного управлшня
Важливим елементом гальмiвно! системи е гальмiвний привод. Вщповщно до концепцi!, що пропонуеться, на трамвайному вагош можуть застосовуватися таю основш типи приво-дiв:
- механiчний, у якому для передачi енергi! використовуеться тшьки мехашчний пристрiй (прикладом такого привода е привод стоянково! гальмiвно! системи вагошв типу Т3, ЛТ10, К1);
- гiдравлiчний, у якому для передачi енергi! використовуеться рiдина;
- пневматичний, у якому для передачi енер-гii використовуеться повiтря;
- електричний, у якому для передачi енергii використовуеться електричний струм;
- змiшаний, у якому для передачi енергii використовуеться два i бiльше типiв робочого тша.
Гальмiвнi приводи трамвайного вагона повинш складатися з наступних основних елеме-нтiв:
- контур гальмiвного приводу - незалежна частина гальмiвного привода, яка здатна здшс-нювати гальмування при вiдмовленнi шшо' ча-стини гальмiвного привода;
- акумулятор енергii гальмiвного приводу -пристрш, призначений для накопичення i збе-реження енергii, яка використовуеться для гальмування (ресивер);
- робоче тшо гальмiвного приводу - носш енергii;
- орган керування гальмiвного приводу -пристрiй, призначений для подачi сигналу i керування енерпею, що надходить вщ джерела або акумулятора енергii до гальмiвних мехаш-змiв (педаль або гальмiвний кран);
- виконавчий орган - пристрш, призначений для передачi енерги гальмiвному механiзмовi (гальмiвний цилiндр).
- апарат гальмiвного приводу - одиничний конструктивно вщокремлений пристрiй гальм> вного приводу (ресивер, трубопровiд, гальмiв-ний цилiндр, зворотний та запобiжний клапани та iн.)
На рис. 2 показано класифшацшну схему гальмiвного привода трамвайного вагона.
Рис. 2. Класифжацшна схема гальмiвного приводу
Галышвний мехашзм як одна i3 складових га-льм1вно1 системи е мехашзмом, який безпосеред-ныо створюе i змiнюе штучний опiр руху. Характеристикою гальмiвного механiзму е гальмiвний момент, що дiе на його обертовий елемент щодо
оа його обертання або гальмiвна сила, яка ство-рюеться при притискання його до головки рейки.
На трамвайному вагош можуть застосовува-тися два типи гальмiвних механiзмiв: фрикцiйний i сповiльнювач.
Фрикщйний механiзм створюе штучний опiр руховi за рахунок тертя мiж його обертовими i нерухомими елементами, або мiж головкою рейки та елементом рейкового гальма, який притис-каеться до головки рейки тд час гальмування вагона.
Конструктивно фрикцiйнi механiзми викону-ються як:
- барабанний гальмiвний механiзм, у якому використовуеться тертя нерухомих елеменпв о внутрiшню або зовнiшню поверхню обертового цилiндра;
- дисковий гальмiвний механiзм, у якому використовуеться тертя нерухомих елеменпв о пло-скi поверхнi обертових елементiв;
- рейковий гальмiвний механiзм, у якому ви-користовуеться тертя елемента, який притисну-тий до головки рейки тд час гальмування трамвайного вагона.
Сповшьнювачем е гальмiвний механiзм допо-мiжноi гальмiвноi системи. Конструктивно сповь льнювач трамвайного вагона можна квалiфiкува-ти як:
- електричний сповшьнювач, у якому штучний ошр руховi створюеться електричним двигу-ном, переведеним у генераторний режим.
На рис. 3 показано класифшацшну схему га-льмiвних механiзмiв.
Рис. 3. Класифжацшна схема гальм1вних механ1зм1в
Вище зазначенi гальмiвнi системи повинш забезпечувати чотири режими гальмування трамвайного вагона, а саме:
- службове гальмування - за рахунок посл> довно' ди допомiжноi та стоянково' гальмiвних систем для забезпечення комфортного (плавного) регулювання гальмування;
- екстрене гальмування - за рахунок пара-лельно' дii стоянково' та додатково' гальмiвних систем для забезпечення нерегульованого га-льмування з максимальною ефективнютю;
- стоянкове гальмування - за рахунок дп стоянково! гальм1вно! системи для забезпечен-ня утримання вагона нерухомим тд час знахо-дження на зупинцг
Принципово важливим питанням при засто-суванш ново! концепцп гальм1вного керування трамвайним вагоном е визначення показниюв ефективносп кожно! !з гальм1вних систем. Так, робоча гальм1вна система приймае участь у здшсненш екстреного гальмування, { вщповщ-но до !! призначення вона повинна мати найб> льшу ефектившсть, тобто
I р
К
■ ё'
(1)
послщовно п1д час того чи шшого режиму гальмування, то критер1ем ефективносп режиму гальмування повинен бути гальм1вний шлях.
Нормативне значення гальм1вного шляху ви-значаеться в залежносп вщ показниюв часу та сповшьнення, яке можна одержати ¡з гальм1вно! д1аграми режиму гальмування трамвайного вагона, що показана на рис. 4.
Л, с2' иу
де .ТРГС - сповшьнення трамвайного вагона з максимальним навантаженням тд час гальмування робочою гальм1вною системою, м/с2; Ксц - коефщент зчеплення колеса з рейкою; ё -прискорення вшьного падшня (9,81 м/с2).
Допом1жна гальм1вна система повинна об-межувати швидюсть вагона на ухит, а стоян-кова утримувати його нерухомим тд час зупи-нки, у тому числ1 1 на ухилг Тод1 критерш !х ефективносп може бути визначений р1внянням
1сгг = IДГС ^ 1 ■ й/^ (2)
де «ТцГС, ТСГС - сповшьнення трамвайного вагона з максимальним навантаженням тд час гальмування на горизонтальнш д1лянщ коли допо-м1жною або стоянковою гальм1вною системою, м/с2; i - максимальний ухил, на якому може експлуатуватися вагон, %о.
Додаткова гальм1вна система як система, що використовуеться для тдвищення ефективносп гальмування, завжди працюе одночасно з ш-шими системами. I! ефектившсть не залежить вщ ваги вагона \ визначаеться силою притис-кання !! фрикцшного елемента гальм1вного ме-хашзму до рейки. Тод1 критерш !! ефективносп можна визначити р1внянням
т Кск (V) ■ Р , (3)
т ДдГС =-
м т
де ТцдГС - сповшьнення трамвайного вагона тд час гальмування на горизонтальнш д1лянщ коли додатковою гальм1вною системою; Кск(У) -значення коефщента ковзання для фрикцшно! пари (головка рейки - фрикцшний елемент га-льм1вного мехашзму додатково! гальм1вно! системи) при швидкосп трамвайного вагона, V; Р -сила притискання фрикцшного елемента гальмь вного мехашзму додатково! гальм1вно! системи до рейки; п - кшьюсть гальм1вних мехашзм1в додатково! гальм1вно! системи вагона; т - маса трамвайного вагона.
Оскшьки вс гальм1вш системи трамвайного вагона, кр1м стоянково!, ддать паралельно або
(11
«У
т с
Рис. 4. Гальм1вна д1аграма: 12 - пром1жок часу в1д моменту приведення в дш органа керування гальмь вною системою до початку гальмування вагона (час зашзнення); 1п - час наростання сповшьнення трамвайного вагона; у - час усталеного гальмування трамвайного вагона
Нормативне значення гальм1вного шляху визначаеться ¡з р1вняння
2 2
5 = Vn ■ 12 + 0,5 ■ Ту(0,5т + у ), (4) де 5 - гальм1вний шлях, м; Vn - швидюсть початку гальмування, м/с; 12 - час зашзнення спрацю-вання гальм1вно! системи, с; 1п - час наростання сповшьнення трамвайного вагона, с; У - час усталеного гальмування, с; Ту - усталене сповшь-нення трамвайного вагона.
Висновки
1. Забезпечення безпеки руху трамвайного вагона потребуе змши в шдход1 до визначення га-льм1вних властивостей трамвайного вагона.
2. Запропонована концепщя гальм1вного ке-рування трамвайного вагона передбачае наяв-нють на вагон п'яти гальм1вних систем, що мо-жуть мати спшьт елементи \ забезпечують чоти-ри режими гальмування. Кожна гальм1вна система мае свое функцюнальне призначення.
3. Критер1ем ефективносп гальм1вно! системи повинно бути сповшьнення трамвайного вагона, а критер1ем ефективносп режиму гальмування -гальм1вних шлях.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Ефремов И.С., Гущо-Малков Б.Н. Теория и расчет механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта. - М.: Стройиздат, 1970. - 450 с.
