Tadeusz M ŁYNARSKI, Tom asz KĄDZIOŁKA, Krystyna ROM ANIA K
BADANIE WRAŻLIWOŚCI KINEMATYCZNEJ UKŁADÓW HAMULCOWYCH WAGONÓW KOLEJOWYCH
S treszczenie. Praca pośw ięcona je st badaniom w rażliwości układu m echanicznego ham ul
ców wagonów kolejowych. N a podstaw ie przeprowadzonej analizy m echanizm u sporządzono jego schem at kinem atyczny, następnie wyznaczono ruchliwość. Przeprowadzono analizę kinem atyczną układu ham ulców przy użyciu m etody m odyfikacji. U względniając luzy w pa
rach kinem atycznych uzyskano w stęgę funkcji celu oraz wyznaczono w spółczynnik w rażli
wości mechanizm u.
THE EXAM IN ATIO N OF THE KINEMATIC SENSITIVITY OF BRAKE SYSTEM OF RAIL-COACHES
S u m m ary . The w ork is devoted to the examinations o f the sensitivity o f m echanic brake system o f rail-coaches. On the base o f analyse o f the m echanism its kinem atic scheme has been made and then the m otivity has been determined. The kinem atic analyse o f brake system has been carried out by using the m ethod o f m odification. Taking looseness into account in the kinem atic pairs the strip o f objective function has been obtained and the factor o f the sen
sitivity o f the m echanism has been determined.
1. WSTĘP
Pojazdy sam ochodow e, szynowe, m aszyny robocze i inne w yposażone są w ham ulce słu
żące do w ytracenia ich energii m echanicznej, przez zm ianę jej na inny rodzaj energii. W bu
dowie m aszyn najw iększe zastosowanie znalazły ham ulce cierne, które zm ieniają energię kinetyczną ham ow ania na energię cieplną. W skład układu ham ulcowego w chodzą następują
ce m echanizm y: urucham iający ham ulec i hamujący. W pojazdach sam ochodowych rolę m e
chanizmów urucham iających pełnią układy hydrauliczne (sam ochody osobow e) lub pneum a
tyczne (sam ochody ciężarowe). W pojazdach szynowych w skład układu urucham iającego oprócz układu pneum atycznego wchodzi też układ mechaniczny, który przenosi napęd od siłownika znajdującego się pod wagonem , na wózki.
Istotną cechą ham ulca je st jego w rażliwość, rozum iana, jako jego zdolność do reagowania na najm niejszą zm ianę położenia ogniwa napędzającego [2], M a ona wpływ na drogę ham o
w ania, poniew aż decyduje o tak zwanym opóźnieniu hamowania. W m echanizm ie urucha
80 T. M łynarski, T. Kądziołka, K. Rom aniak
m iającym ham ulce wagonów są dw a rodzaje wrażliwości: wrażliwość układu pneum atyczne
go i wrażliwość układu mechanicznego. W rażliw ość układu pneum atycznego zależy od takich czynników jak: ciśnienie powietrza, szczelność układu, drożność przewodów , obecność za
nieczyszczeń itp. W rażliwość układu mechanicznego zależy od tolerancji w ykonania ogniw, luzów w parach kinem atycznych oraz sposobu regulacji hamulca.
W pracy podjęto tem at oceny wpływu luzów w parach kinematycznych na wrażliw ość m e
chanizmu [3], a co za tym idzie, na drogę ham owania pojazdu.
2. ANALIZA KIN EM A TYCZN A UKŁADU HAM ULCÓW KOLEJOW YCH
W celu przeprow adzenia analizy kinematycznej m echanizm u urucham iania ham ulców ko
lejowych sporządzono jego schemat kinem atyczny (rys. 1)
R y s.l. Schemat kinematyczny mechanizmu uruchamiania hamulców kolejowych F ig .l. Kinematic scheme o f mechanic brake system o f rail-coaches
2.1. R uchliw ość m echanizm u
Ruchliwość badanego układu wyznaczono zgodnie z wzorem:
W ' = 3 • nr - 2 • p5 - p 4 (1)
gdzie:
nr - ilość ogniw ruchomych,
Ps - ilość par kinem atycznych klasy piątej, P4 — ilość par kinem atycznych klasy czwartej.
W badanym mechanizmie:
nr = 2 7 , Ps = 39, p4 = 0 .
Stąd ruchliwość m echanizm u W ' = 3. M echanizm ma więc trzy stopnie swobody.
Ponieważ układ m echaniczny ham ulca na wózkach jest tak skonstruowany, że ma m ożli
wość sam oczynnego dopasowania się do obręczy kół, ruchliwość jego należy obliczyć zakła
dając, że szczęka po jednej stronie styka się z obręczą koła tworząc ogniwo. Wówczas:
nr = 2 9 , Ps = 4 3 , p4 = 0 .
Stąd ruchliwość W ’ = 1. M echanizm posiada więc jeden stopień ruchliwości.
Poniew aż m echanizm składa się z czterech analogicznych zespołów, badania przeprow a
dzono dla jednego (rys.2).
Rys.2. Schemat kinematyczny mechanizmu hamulca kolejowego Fig.2. Kinematic scheme o f mechanic brake system o f rail-coaches
2.2. Położenia ogniw i w spółrzędne par kinematycznych
Badany m echanizm klasy III składa się z zespołu kinem atycznego klasy III szeregu IV. W celu określenia położeń ogniw i współrzędnych par kinem atycznych dokonano jego m odyfi
kacji [1] (rys.3).
_________
Rys.3.Zmodyfikowany zespól kinematyczny klasy III Fig.3. M odified kinematic unit class III
Dla otrzym anego m echanizm u klasy II w yznaczono równania położenia:
C = XA + S a c • cos(cti)
\ = y A+ s Ac - s i n ( a i )
=> a 3, ct6
{
+ 1CE • cos(cc3) + Ie h • c o s (a 6) - xH = 0 =
+ 1CE • s in (a 3) + 1EH • s in (a 6) - yH = 0
= xc + I c d • cos(oc3)
= Yc + I c d • s in (a 3)
+ I d f • c o s (a 4 + k q 4 ) + I f g • cos(ccs) - xq = 0
+ I d f • sin(ct4 + k D4) + I f g • s in (a 5) - yG = 0
= x D + 1Dn • c o s (a 4)
= yD + I d n • sin (a 4)
a 4, as
(2)
(3)
(4)
(5)
(
6
)82 T. Młynarski, T. Kądziołka, K. Rom aniak
Otrzymano funkcję celu w postaci:
f c = 1 11 - t / ( x N - x o ) 2 + ( y n - y o
)2
(7)
Przyjęto następujące dane:
t A = 0 , y A= 0 , a = u, y A= u , xo = -1700, y o = 3 5x0 = - i / u u , y o = ^ o , x M= - 1 6 3 5 , yM= - 3 2 5 , x K= - 8 2 5 , y K= - 1 5 5 , g = -1075, y c = 0 , Xj = -1000, yj = 0, kD4 = 2.287rad, s A C = 1500, 1Ce = 360, Ihh = 163,
„ = 2 9 5 . lu, = 120. 1„ = 180. lu = 290, 1DF = 270, 1FG= 180, 1Dn = 365, 1n o = 180,
•u * w v w ,
h l= 2 9 5 , Ihi = 120, 1,L = 180,
c d = 180, 1m i= :540.
Dla otrzym anych 4 funkcji celu sporządzono wykres (rys.4), wyznaczono m iejsca zerowe które określają te wartości kąta a j , dla których możliwe jest ponowne zm ontowanie rozłączo
nego mechanizm u. Uzyskano dwie opcje montażowe dla cti = 3.11 rad, oraz <xi = 3.1627 rad.
fcl(“ ,)
? 0 400 f E "r” " ' d it, Vt
f c i v ( a l) 20 0 i
l . s
H---
3.3 3.4
a 1
[rad]
Rys.4. Wykres funkcji celu dla sAC =1500 mm Fig.4. Objective function graph for sAc =1500 mm
3. W RAŻLIW OŚĆ KINEM ATYCZNA
Ze względu na luz, jaki występuje między wałkiem a panewką, wałek może zajmować różne położenia w otworze. Odległość między osiami wałków więc zwiększa się lub zm niej
sza. W yznaczono funkcje celu odpowiadające granicznym położeniom wałka w panewce.
T w orzą one w stęgę funkcji celu, wewnątrz której przebiega funkcja celu odpow iadająca rze
czywistemu położeniu wałka. Na rysunku 5 przedstaw iono wstęgę funkcji celu, w ewnątrz której linią kreskow ą zaznaczono funkcję celu odpow iadającą nom inalnym wymiarom m e
chanizmu.
Rys.5. Wstęga funkcji celu dla pasowania H8/e8 Fig.5. The strip o f objective function for fits H8/e8
W yznaczono w skaźnik wrażliwości zgodnie z wzorem:
gdzie:
Aoti - odległość m iędzy punktam i przecięcia osi odciętych przez graniczne funkcje celu wstęgi,
A - zakres ruchu ogniw a napędzanego dla badanej opcji montażowej.
Dla rozpatryw anego rodzaju pasowań H8/e8 otrzym ano Aoti2 = 0.00197 rad, A = 0.072 rad. Stąd p = 0.973.
Przeprowadzone badanie wrażliwości mechanicznego układu ham ulców kolejowych, to fragm ent obszerniejszych badań związanych z tym tematem. Kolejne opracowanie pośw ięco
ne będzie badaniom wrażliwości układu pneum atycznego, tak aby m ożliw e było określenie całkowitej wrażliw ości układu ham ulców kolejowych.
L ite ra tu ra
1. M łynarski T.: U ogólniona m etoda analityczna analizy kinematycznej mechanizm ów pła
skich. M onografia nr 165, Politechnika Krakowska, Kraków 1994, s. 5-12.
2. Rom aniak K.: O cena wrażliwości złożonych mechanizm ów. M ateriały XVI Konferencji TM M , Rzeszów -Jaw or 1998.
3. PN-89/M -02102 U kład tolerancji i pasowań.
Recenzent: Prof, dr hab. inż. Sylw ester M arkusik
84 T. M tynarski, T. K^dziolka, K. Rom aniak
A b stra c t
In the brake system o f rail-coaches there are pneum atic and mechanic brake systems, wchich transm it a motion from pneum atic cylinder under rail-coach to four-wheel trucks. The sensitivity is characteristic o f brake. The sensitivity means ability to react to sm allest position variation o f link drive [2]. It has an influence on braking distance. The sensitivity decides on brake deceleration. In the brake system o f rail-coach there are two types o f the sensitivity: the sensitivity o f pneum atic and mechanic system. The sensitivity o f m echanic system depends on dim ensional tolerance o f links, looseness in the kinematic pairs and m ethod o f brake re
gulation.
This work describes influence o f looseness in the kinematic pairs on the sensitivity o f m e
chanic brakes system o f rail-coach and on the brake deceleration.
On the base o f analyse o f the mechanism its kinematic scheme has been made and then the m otivity has been determined. The kinem atic analyse o f brake system has been carried out by using the m ethod o f modification. Taking looseness into account in the kinem atic pairs the strip o f objective function has been obtained and the factor o f the sensitivity o f the mecha
nism has been determined.
Next work will be devoted to the examination o f the pneum atic sensitivity o f brake system o f rail-coach.
