Принципиальные схемы и процессы, протекающие в тормозном оборудовании поездов

/ Литература / Автоматические тормоза подвижного состава / Принципиальные схемы и процессы, протекающие в тормозном оборудовании поездов

Впервые сжатый воздух для торможения подвижного состава был применен в прямодействующем неавтоматическом тормозе в 1869 г. Данный тормоз состоит из компрессора (К), предохранительного клапана (ПК), главного резервуара (ГР), крана машиниста (КМ), тормозных цилиндров (ТЦ), тормозной магистрали (ТМ), межвагонных соединений (МС), концевого (КК) и разобщительного крана (РК) (рис. 2.1).

Компрессор нагнетает сжатый воздух в ГР, излишки которого сбрасываются ПК. При торможении КМ сообщает ГР с ТМ и через МС последовательно наполняются ТЦ, вызывая прижатие тормозных колодок к колесам. Утечки воздуха из ТМ и ТЦ пополняются через КМ из ГР, поэтому такой тормоз называется прямодействующим.

Из-за ограниченного диаметра ТМ наполнение ТЦ происходит последовательно и со значительным отставанием между головной и хвостовой частями поезда, как показано на рис. 2.2. Это вызывает ненужные продольно-динамические реакции и не позволяет водить составы, состоящие из более чем 6-7 вагонов. Кроме того,

Рис. 2.1. Структурная схема прямодействукмпего неавтоматического тормоза
Рис. 2.2. Диаграммы изменения давления в ТЦ в прямодействующем неавтоматическом тормозе: 1 - головной вагон, 2 - средний вагон, 3 - последний вагон при разрыве поезда и ТМ воздух выходит из ТЦ и части состава становятся неуправляемыми, что снижает безопасность движения. По этим причинам указанный тормоз применяется в основном в качестве вспомогательного на локомотивах.

Более совершенными и широко применяемыми на подвижном составе являются автоматический прямодействующий и непрямодей-ствующий тормоза. В дополнение к рассмотренному выше тормозному оборудованию на каждой подвижной единице устанавливаются ВР и ЗР в соответствии с рис. 2.3. Энергии накопленного сжатого воздуха в ЗР при минимально допустимом давлении в нем 0,45 МПа достаточно для полной остановки транспортного средства.

ТМ, в отличие от предшествующей схемы, изначально заряжена до установленного значения. В промежутках между очередными торможениями происходит подзарядка сжатым воздухом и накоп

Рис. 2.3. Структурная схема автоматического тормоза

ление потенциальной энергии в ЗР из ТМ через ВР. Последний реагирует на изменение давления в ТМ так, что при его росте сообщает ТЦ с атмосферой (отпуск тормоза), а при понижении давления подает сжатый воздух из ЗР в ТЦ (торможение).

При обрыве поезда и ТМ воздух из нее выходит и автоматически, без участия машиниста, и наступает режим торможения всех оборвавшихся частей за счет накопленного в ЗР каждой подвижной единицы сжатого воздуха (свойство автоматичности тормоза). Этим достигается высокая степень безопасности движения.

Процессы, протекающие в ТМ и ТЦ в этом тормозе для грузового поезда, приведены на рис. 2.4. В них различают четыре режима: зарядку, торможение, перекрышу и отпуск.

Для ускорения зарядки тормозов составов в парках отправления и их отпуска после очередных торможений используют так называемое сверхзарядное давление, которое на 0,05-0,10 МПа больше установленного. При этом выдерживают такой временной интервал для повышенного уровня давления в ТМ, который пропорционален длине состава (до момента ^), а затем снижают его темпом мягкости (период * |-*2)>На который не реагируют ВР, переходя на зарядное давление.

Зарядным называют давление, которое должно устанавливаться КМ в ТМ головной части поезда. С учетом реальных утечек уро

Рис. 2.4. Изменение давления в различных режимах работы автоматических тормозов вень давления нормируется в зависимости от длины поезда и принимается равным 0,53-0,55 МПа для грузовых поездов с ВР, включенными на грузовой режим, 0,50-0,52 МПа в пассажирских поездах и грузовых поездах с ВР, включенными на средний режим, и 0,45-0,48 МПа для электропоездов [1]. От вагона к вагону из-за утечек давление постепенно снижается, как показано на рис. 2.5. Такое давление называется поездным, но оно не может быть ниже 0,45 МПа. До этого давления должен быть заряжен ЗР и рассчитана минимальная допустимая тормозная эффективность вагона.

Для управления движением поезда в большинстве случаев машинист применяет ступенчатое торможение, как показано на рис. 2.4 (/3-*4, 15-*7-/3), с промежуточными перекрышами (*4-*5, *6-*7, 18-/9), периодически разряжая магистраль соответствующим темпом. При этом для устойчивой работы тормозов первая ступень разрядки ТМ должна быть не менее 0,06 МПа в грузовых груженых поездах и не менее 0,03 МПа в пассажирских, а последующие ступени - не менее 0,03 МПа.

Рис. 2.5. Изменение давления в тормозной магистрали при утечках: 1 - зарядное давление, 2 - поездное давление при равномерно распределенной утечке в ТМ, 3 - поездное давление при сосредоточенной утечке в ТМ

Максимальный тормозной эффект достигается при полном служебном торможении (ПСТ), когда давление в ТМ снижается на величину 0,15-0,17 МПа. При этом его наибольшее значение в ТЦ грузовых поездов составляет 0,45 МПа,а пассажирских-0,42 МПа.

После произведенного торможения, когда давление в ТМ и ТЦ стабилизируется, наступает режим перекрыши. В этом состоянии на спуске поезд может тормозить достаточно долго (до нескольких минут). Поэтому разряжать ТМ в грузовых поездах до давлений меньших, чем 0,38 МПа, нельзя, так как при этом тормозная эффективность уже не растет, но утрачивается возможность восполнения утечек в ТЦ (свойство прямодействия).

Экстренное торможение производят соответствующим темпом и разряжают ТМ до нулевого давления, чтобы ускорить срабатывание тормозов. Поскольку остановка поезда в этом случае происходит за сравнительно короткое время (1,0-1,5 мин), возможная утечка воздуха в ТЦ не может существенно повлиять на истощи-мость тормозов, поэтому свойство прямодействия при таком режиме их работы нарушается.

При отпуске давление в ТМ возрастает до поездного значения, а в ТЦ снижается до нуля (полный легкий бесступенчатый отпуск). Происходит подзарядка ЗР и камер ВР для подготовки к следующему торможению. Таким образом, у автоматического тормоза имеется два диапазона давления: управляющий (0,55-0,38 МПа) и исполнительный (0,38-0 МПа), в границах которых должны протекать процессы, соответственно в ТМ и ТЦ.

Дальнейшим развитием тормозных систем является прямодей-ствующий электропневматический тормоз (см. рис. 2.6), которым оборудован весь отечественный пассажирский подвижной состав. В дополнение к автоматическому тормозу вместе с ТМ вдоль поезда прокладываются электрические провода по которым через специальный контроллер на КМ управляются ЭВР, установленные в одном блоке с ВР на каждой подвижной единице.

При торможении ЭПТ тормозную магистраль зачастую не разряжают, что обеспечивает высокую неистощимость и прямо действие тормоза. За счет одновременного срабатывания ЭВР и соответствующего роста тормозного нажатия вагонов в поезде продольно-динамические усилия существенно снижаются, что позволяет ускорить Рис. 2.6. Структурная схема автоматического и электропневматического тормозов пассажирских поездов наполнение ТЦ до 3-4 с и резко повысить управляемость тормозами (точность поддержания необходимой скорости движения) подвижного состава. Использование ЭПТ в пассажирских поездах снижает длину их тормозного пути на 10-15 %, в грузовых - на 15- 20 %, а также снимает ограничения на их вес и длину по продольно-динамическим реакциям.

Применяемый на отечественном подвижном составе ЭПТ не обладает свойством автоматичности, так как при обрыве проводов переходит в режим отпуска. По этой причине его используют только при наличии пневматического автоматического тормоза.

В ТМ рассмотренных выше тормозных систем различают три темпа изменения давления: мягкости, служебного и экстренного торможения. Темп мягкости составляет до 0,03 МПа/мин и на него тормоза не реагируют, обладая определенной степенью нечувствительности.

Темп служебного торможения находится в диапазоне от 0,01 до 0,04 МПа/с и вызывает четкое срабатывание ВР на торможение с дополнительной разрядкой ТМ на установленную глубину и обеспечивает, таким образом, прохождение незатухающей тормозной волны, доходящей до хвостовой части поезда. ЭТ с последовательным срабатыванием его ускорителей по поезду, если они имеются на ВР, и ускоренным наполнением ТЦ, обеспечивается темпом ЭТ 0,08 МПа/с и выше.

В ТМ при управлении указанными процессами возникают три волны: воздушная, тормозная и отпускная. Воздушной волной является перепад давления, движущийся в ТМ и возникающий при ее сообщении с атмосферой. Скорость этой волны Увв такая же, как звука в воздухе, и составляет около 330 м/с в обычных условиях. В общем случае она практически не зависит от величины давления и влажности, но существенно зависит от температуры где Г- абсолютная температура воздуха в тормозной магистрали, °К.

Тормозная волна характеризуется началом появления давления в ТЦ. Ее скорость Ктв зависит от чувствительности и быстродействия воспринимающей части ВР и должна быть не менее 250 м/с в соответствии с международными требованиями. Грузовой ВР № 483 создает скорость тормозной волны 300 м/с, а пассажирский ВР №292 - не более 200 м/с. Практически Куз можно измерить следующим образом где Ьп - длина поезда, м;

/тв - время тормозной волны, с; определяется от момента поворота ручки КМ в тормозное положение до появления давления в ТЦ соответствующего вагона.

Аналогично определяется скорость отпускной волны К0ц, которая характеризуется снижением давления в ТЦ где гов - время отпускной волны; определяется от момента поворота ручки КМ в отпускное положение до начала падения давления в ТЦ.

Скорость этой волны составляет около 50 м/с. Так, например, до последнего вагона поезда длиной в 1 км она доходит через 20 с. Этим объясняются, в частности, рекомендуемые выдержки времени после начала отпуска тормозов до набора тяги, в зависимости от длины поезда, в соответствии с Инструкцией [1].

⇐ | Назначение, этапы и краткий обзор развития железнодорожной тормозной техники в России | | Автоматические тормоза подвижного состава | | Тормозная сила. Условия ее возникновения и реализации | ⇒