Технология расчетного моделирования пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава

Пневматическая часть тормозных систем железнодорожного подвижного состава широко используется для осуществления торможения локомотивов, вагонов и поездов, эксплуатируемых на сети железных дорог России, стран СНГ и за рубежом. Это обусловлено тем, что пневматические тормоза, изобретенные ещё в 1869 году, хорошо зарекомендовали себя на протяжении многих лет. Они успешно выполняли свою основную задачу — обеспечение торможения и безопасного движения поезда — в процессе собственного развития, усовершенствования и модернизации, начиная от неавтоматических тормозов и заканчивая автоматическими и электропневматическими тормозами.

К этому следует добавить, что установленные технические требования к тормозному оборудованию на локомотивах и вагонах, эксплуатируемых в странах-членах МСЖД и в странах СНГ, существенно отличаются друг от друга по некоторым параметрам. Это определяет значительную потребность в разработке и использовании новых универсальных тормозных аппаратов, или в модернизации уже существующих. При этом возникает необходимость снижения стоимости таких разработок и исследований.

Пневматическая часть тормозных систем железнодорожного подвижного состава применяется также для проведения испытаний модернизированных или вновь создаваемых тормозных аппаратов и приборов с целью получения, изучения и анализа предварительных результатов работы аппаратуры, до проведения поездных испытаний. Это позволяет моделировать различные процессы в пневматической тормозной системе и исследовать их влияние на надежность, безотказность действия и хорошую управляемость тормозов. Например, незначительное изменение диаметра калиброванных отверстий в тормозном аппарате может привести к созданию нового тормозного устройства по конструкции и техническим характеристикам близкого к модернизируемому, но с новыми свойствами или функциональными параметрами.

Стоит также отметить, что представляет значительный интерес задача обеспечения безопасности движения поездов, являющаяся одной из важнейших задач на железнодорожном транспорте. Значительная роль в ее решении принадлежит локомотивным бригадам и в огромной степени зависит от эффективности действия пневматических тормозов. Понятно, что все это требует дальнейшего совершенствования тормозной техники, методики ее исследования и проектирования и, наконец, комплексного обучения локомотивных бригад.

В целом, тормозная система железнодорожного подвижного состава может быть подразделена на три основные составляющие:

• пневматическая часть тормозной системы;

• электрическая часть тормозной системы;

• механическая часть тормозной системы.

Это глобальное подразделение тормозной системы можно обусловить научными принципами рассмотрения процессов, протекающих в каждой отдельной её части и системе в целом.

В данном случае, при рассмотрении пневматической части тормозной системы затрагиваются вопросы газои аэродинамики.

Тормозная Система.

Пневматическая часть.

Электрическая часть.

Механическая часть.

Основным тормозом, который полностью обеспечивает безопасность движения и позволяет управлять движущимся поездом с помощью различных тормозных режимов, является автоматический фрикционный тормоз, использующий силы трения, с пневматическим или электропневматическим управлением и пневматическими силовыми органами — тормозными цилиндрами.

Поэтому моделирование, проектирование и исследование пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава является одной из главных составляющих процесса моделирования, проектирования и исследования тормозной системы в целом, да и поезда или тренажера машиниста на её основе.

В настоящее время существующие методы моделирования и проектирования пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава требуют значительных затрат материальных средств и времени, что означает увеличение сроков разработки и влечет за собой задержки внедрения новой тормозной техники, изучения и модификации тормозных систем. В этих условиях возникает необходимость в разработке новых методов моделирования и проектирования пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава, которые позволят автоматизировать эти процессы и существенно сократить временные и материальные затраты на проектирование и изучение, и упростить работу инженерам-конструкторам и проектировщикам.

В настоящий момент довольно глубоко разработаны и с успехом используются теоретические основы проектирования автотормозов [11].

Большой вклад в развитие науки о торможении поездов, в том числе по вопросам газодинамических процессов в тормозной системе поезда, внесли ученые: В. Ф. Егорченко, В. М. Казаринов, В. Г. Иноземцев, В. Ф. Ясенцев, П. Т. Гребенюк, Б. Л. Карвацкий, Д. Э. Карминский, Г. В. Гогричиани, В. И. Крылов, В. В. Крылов, П. С. Анисимов, В. Е. Попов, Е. В. Клыков, Е. П. Блохин и другие.

Вопросы моделирования, основанные на различных теориях и методах, в том числе и воздухораспределителей, описаны в работах [4, 5, 6, 7, 15, 21].

Под проектированием подразумевается процесс создания описаний нового или модернизируемого технического объекта (изделия, процесса), достаточных для изготовления или реализации этого объекта в заданных условиях.

Но в тоже время, возникла серьезная необходимость автоматизации проектирования автотормозов и тормозных систем, т. е. выполнения проектирования при взаимодействии человека и ЭВМ.

Это, в свою очередь, влечет за собой необходимость автоматизации научных исследований, связанных с процессом проектирования, т. е. углубленного использования ЭВМ для повышения эффективности научных исследований.

Всё выше сказанное говорит о том, что в данный момент автоматизация проектирования тормозных систем железнодорожного подвижного состава может являться приоритетным направлением в развитии тормозостроения.

В свою очередь разработка и дальнейшее внедрение автоматизированного проектирования различных частей тормозной системы железнодорожного подвижного состава позволит создать целостную систему автоматизированного проектирования (САПР) поезда или тренажера машиниста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании проведенного сравнительного системного анализа методов моделирования и проектирования пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава обоснована целесообразность и перспективность применения расчетного моделирования и автоматизированного проектирования на основе активных компонентов.

Разработана математическая модель нового воздухораспределителя КЕ.

Проведены испытания, на основе активно-компонентного моделирования и автоматизированного проектирования, воздухораспределителя КЕ-483, которые соответствуют испытаниям на групповом стенде.

Разработаны методика и алгоритм автоматизированного проектирования пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава.

Предложены методы изучения пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава на основе компьютерных обучающих программ и тренажеров, созданных с использованием автоматизированного проектирования.

Предложена структурная схема системы автоматизированного проектирования поезда или тренажера машиниста.

Разработанные в данной работе методы моделирования и автоматизированного проектирования пневматической части тормозных систем железнодорожного подвижного состава позволяют с наименьшими материальными и временными затратами, по сравнению с уже существующими методами, осуществлять совершенствование существующего и проектирование нового тормозного оборудования и тормозных систем. А так же, применять компьютерные обучающие программы, созданные на их основе.

На основе выполненных исследований решены следующие конкретные задачи:

• Созданы методика составления и анализа тормозных систем локомотивов повышенной сложности;

• Выполнены работы, являющиеся составной частью фундаментальных исследований, завершившихся созданием воздухораспределителя КЕ-483 для вагонов международного сообщения;

• Разработана серия программ по пневматическим тормозным система;

• Разработана серия тренажеров.

Решением МСЖД воздухораспределитель КЕ-483 принят для эксплуатации на всех европейских железных дорогах. Компьютерные обучающие программы и тренажеры внедрены на сети железных дорог России и стран СНГ.

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на тормозной комиссии МПС РФ (Москва, 1998 г.), на заседаниях кафедр «Вагоны» и «Прикладная математика» МИИТа (Москва, 1997, 1998, 2003 гг.), и на различных профильных всероссийских выставках и конференциях (Москва, 1996, 1997, 1999, 2003 гг.).