Тормоза железнодорожных составов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение и классификация тормозов подвижного состава железных дорог

Автотормозная техника является одним из важнейших элементов железнодорожного транспорта, от уровня развития и состояния которой в значительной мере зависит провозная способность дорог и безопасность движения поездов. Значение автотормозной техники все больше возрастает по мере повышения максимальных скоростей движения и увеличения массы поездов.

В настоящее время максимальная скорость пассажирских поездов на железных дорогах России составляет на отдельных направлениях 140-160 км/ч и на линии Москва-Петербург, где курсирует электропоезд ЭР-200, достигает 200 км/ч. На ближайшую перспективу запланировано создание высокоскоростной магистрали «Север - Центр - Ю» (Санкт - Петербург - Москва - Сочи) (1), головной организацией назначен ВНИИЖТ [2]. Поезда здесь должны развивать скорость до 350 км/ч при реализации средней скорости 250 км/ч.

В грузовом сообщении скорости обычных грузовых поездов достигают 80 км/ч, а контейнеровозов и рефрижераторных - 120-140 км/ч. Возросла также и масса грузовых поездов. На ряде железных дорог РФ с 1961 г. было организовано обращение тяжеловесных и длинносоставных поездов. Уровень технических средств железных дорог РФ позволял устойчиво водить поезда массой 8; 12 и 16-18 тыс. т и длиной до 780 осей с тягой а голове и последней трети состава на участках с крутизной спусков до 0.012. Так, например, на Целинной дороге в 1986 г. по участку Экибастуз-Целиноград был проведен опытный грузовой поезд массой 43,5 тыс. т [3]. Поезд имел длину более 7 км, 14 секций электровозов ВЛ80С были распределены по его длине следующим образом: в голове три секции, за которыми размещались 126 четырехосных полувагона массой 12074 т. Затем следовали четыре секции и 125 груженых полувагона общей массой 12036 т, далее снова четыре секции электровоза и 124 четырехосных полувагона массой 12 тыс. т в хвостовой части поезда были установлены три секции и 64 полувагона общей массой 6050 т.

Для снижения уровня продольных сил в режимах пневматических торможений воздухораспределители по длине поезда включались через один вагон. При этом единая норма наименьшего тормозного нажатия устанавливалась на уровне 14 т на 100т массы поезда. Максимальная скорость движения поезда была установлена на направлении Экибастуз-Целиноград при наличии зеленого огня на локомотивном светофоре 60 км/ч. В плановом порядка здесь обращались грузовые маршрутные поезда Массой 16-18 тыс. т. На грузонапряженных участках со сложным профилем пути Южно-Уральской, Куйбышевской, Восточно-Сибирской, Кемеровской железных дорог было организовано вождение поездов массой 6-8 тыс. т. На Октябрьской железной дороге от Мурманского отделения до Череповца следовали маршруты массой по 8 тыс. т

На Московской железной дороге на участке Рыбное-Перово было организовано постоянное обращение поездов массой до 10 тыс. т с локомотивами в голове и хвосте при объединенной тормозной магистрали. На Горьковской, Северо-Кавказской, Целинной и других дорогах вождение поездов осуществлялось по другим схемам: с постановкой локомотивов а голове и последней трети состава или в голове и середине состава. Соединенные поезда при этом могли иметь либо объединенные, либо автономные магистрали в зависимости от местных условий дорог. Размещение локомотивов по длине поезда обеспечивает нормальное зарядное давление в тормозной магистрали: краны машинистов (КМ) регулируются на 0,53 - 0,55 МПа (5,3 -5,5 кг/см2). Организация движения поездов повышенной массы на ряде дорог из 32 общесетевых способствовала улучшению отдельных показателей их работы. Например, средняя масса поезда по сети железных дорог в 1985 г. составила 3030 т, а к 1991 г. она немного увеличилась и не превысила 3400 т.

Для сравнительной оценки работы наших железных дорог рассмотрим движение пассажирских и грузовых поездов на зарубежных железных дорогах. В пассажирском сообщении на дорогах этих стран диапазон реализации скоростей движения значительно выше.

В настоящее время железные дороги Франции занимают ведущие позиции в мире по реализации максимальных скоростей движения пассажирскими поездами. С 1981 г. в этой стране эксплуатируется высокоскоростная линия Париж-Юго-Восток. На расстоянии в 301 км (Париж-Лион) обеспечивается устойчивое движение поездов серии ТСУ (ТЖВ - «поезд высокой скорости») со скоростью 270 км/ч. С 1990 г. начал действовать участок новой атлантической трассы, которая связала Париж с конечным ее пунктом Брестом, расположенным в 600 км от столицы. Здесь эксплуатируется поезд «ТЖВ-Атлантик», который приезжает на конечный пункт через 1,5 ч [4].

В мае 1991 г. на железных дорогах Франции пассажирский поезд ТЖВ-Атлантик - установил мировой рекорд скорости, он превысил 515 км/ч. Поезд ТЖВ оборудован тремя независимыми тормозными системами. Все колесные лары вагонов имеют колодочные тормоза, на моторных тележках обеспечивается реостатное торможение, а немоторные оборудованы дисковыми тормозами. Тормозной путь при максимальной скорости (380) составил около 3500 м. На железных дорогах ФРГ эксплуатируется электропоезд («Интерсити эксперимент»), рассчитанный на скорость до 350-400 км/ч. Фирма «Кнорр - разработала для него комплексную систему тормозов, состоящую из вихретокового, электродинамического и дискового. При экстренном торможении электропоезда используются все три системы тормозов. Тормозной путь на скорости в 300 км/ч, не превышает 3200 м. Кроме того, три концерна этой страны работают над проектом поезда на магнитной подушке «Трансрапида», который может развивать скорость более 500 км/ч [5].

На Британских железных дорогах высокоскоростные поезда НSТ на дизельной тяге курсируют с 1976 г. со скоростью 200 км/ч. Англии принадлежит мировой рекорд для дизельной тяги, установленный поездом этой серии НSТ во время испытаний в 1972 г. и равный 230 км/ч. Однако для реализации скоростей более 250 км/ч в этой стране создаются электропоезда, в которых используются гидродинамические тормоза, размещенные в полых осях колесных пар прицепных вагонов [6].

В США корпорация АХСR эксплуатирует на линии Нью-Йорк-Вашингтон мотовозы «Метролайнер», развивающие скорость 200 км/ч. Запланировано создание нескольких линий, где поезда могут развивать скорость более 250 км/ч.

Высокоскоростные пассажирские поезда в Японии начали эксплуатировать с 1964 г. и страна занимала передовое место в мире до 1961 г., когда в этой области лидером стала Франция. Японские железные дороги имеют скоростные магистрали «Синкансен» (пуля-поезд), где эксплуатационная скорость достигает 240-275 км/ч. Рекордную скорость 336 км/ч развил в 1991 г. новый японский экспресс, состоящий из шести вагонов, на скоростной железнодорожной магистрали «Синкасен».

Однако Япония долгов время занимается также разработкой составов на магнитной подушке (левитации) и эти поезда называют «Маглев» (МL). При испытании в 1979 г. поезд «Маглев» на полигоне Миядзаки развил скорость 517 км/ч. Но постоянная эксплуатация таких поездов связана с определенными трудностями и как считают японские специалисты это слишком дорогостоящий на сегодняшний день проект [7].

В Австралии ведется строительство сверхскоростной железной дороги между Мельбурном и Сиднеем и по новой 870-километровой линии будут курсировать поезда со средней скоростью 293 км/ч и максимальной 350 км/ч.

В грузовом сообщении на зарубежных дорогах ряда стран по сравнению с нашими совершенно иная ситуация, где поезда повышенной массы и длины находятся в регулярной и опытной эксплуатации. На отдельных дорогах США Канады и Австралии максимальная масса поезда составляет от 20 до 35-40 тыс. т.

В США поезда повышенной массы от 6 до 25 тьс. т. находятся в регулярной эксплуатации на 17 дорогах. Средняя масса грузового поезда в США по данным 1990 г. составляла 4500 т при средней длине поезда 71,5 вагона (286 осей). На железных дорогах Канады средняя масса грузового поезда составляла 4555 т, а на отдельных дорогах, так например, частной «ВС рейл» этот показатель в 1989 г. достигал 4707 т. Грузовые поезда массой 20,2 тыс. т постоянно курсируют в ЮАР, а максимальная масса поезда здесь достигает 45 тыс. т.

Из анализа пассажирского и грузового сообщений на железных дорогах нашей страны и передовых зарубежных стран видно как растут уровни скоростей движения и массы поездов. Следовательно, каждая единица подвижного состава или поезд при своем движении накапливают большой запас кинетической энергии Эк, величину которой можно определить по формуле

Таким образом, накопленный запас кинетической энергии движущегося поезда в какой-то момент времени необходимо погасить. Гашение кинетической энергии поезда осуществляется в процессе торможения за счет создания искусственных дополнительных сил сопротивления движению поезда. Для этих целей используют тормозные устройства, создающие тормозные силы, управляя которыми регулируют скорость движения.

Гашение кинетической энергии бывает двух видов: частичное и полное. Частичное применяется для регулирования скорости движения и осуществляется ступенчатым торможением (СТ).

Полное гашение используется в двух случаях: согласно графику движения и когда возникает угроза человеческой жизни и сохранности перевозимого груза. Осуществляется оно полным служебным торможением (ПСТ) и экстренным (ЭТ).

На железнодорожном транспорте различают три способа гашения кинетической энергии движущихся единиц подвижного состава: фрикционный; электродинамический; магниторельсовый.

Фрикционный способ гашения основан на создании сил трения непосредственно на поверхности катания колес подвижного состава, либо на специальных дисках, жестко соединенных с колесными парами, либо на колесных центрах. При трении колодок о колеса (накладок по дискам) происходит разрушение мельчайших неровностей за счет изгибов, сдвигов, отрывов, срезов, мятия и молекулярного взаимодействия контактирующих поверхностей фрикционных пар. В этом случае совершается механическая работа сил трения и выделяется тепло, которое частично поглощается фрикционной парой, все остальное рассеивается в окружающую среду. Такой способ используется на всех единицах подвижного состава железных дорог.

Электродинамический, способ основан на переводе тяговых двигателей в режим электрических генераторов. При этом создается динамический момент, направленный против вращающихся колесных пар, которые плавно замедляют свое движение. Этот способ применяется на отдельных сериях электровозов, тепловозов и электропоездов.

Магниторельсовый способ основан на использовании электромагнитного поля, которое воздействует через электромагниты отдельных узлов на рельсы. Применяется такой способ для высокоскоростного пассажирского подвижного состава.

Из всего описанного выше следует, что накопленная кинетическая энергия движущегося с высокой скоростью поезда должна быть погашена с помощью специальных устройств. Такими устройствами являются тормозные системы (тормоза), которые представляют комплекс двух основных частей: пневматической и механической, управляемые машинистом. Тормоза устроены так, что по желанию машиниста сначала срабатывает пневматическая часть, а затем и механическая. За счет нажатия тормозных колодок на колеса локомотива и вагонов создается дополнительное сопротивление движению поезда, обеспечивающее его остановку. Тормоз также служит средством регулирования скорости на уклонах, при подъездах к станциям и в других случаях.

одного из имеющих в нем кранов экстренного торможения или стоп-кранов можно остановить весь поезд.

Автоматические тормоза обычно дополняются устройствами, приводящими их в действие, когда машинист по каким-либо причинам вопреки запрещающему сигналу, а также при показании сигнала, требующем уменьшения скорости движения, не тормозит поезд. Такие устройства называются автостопами.

Неавтоматические - это такие тормоза, которые при разрыве поезда или его саморасцепа на торможение не сработывают.

Среди приведенных выше тормозов автоматическими являются фрикционные, кроме фрикционного вспомогательного тормоза локомотива с краном машиниста (КМ) 254.

Электродинамические и магниторельсовые тормоза относятся к неавтоматическим, так как при нарушении электрической схемы они не срабатывают, поэтому они не являются тормозами безопасности и не учитываются при расчете силы тормозного нажатия в поезде.

Фрикционные тормоза необходимы для регулирования скорости движения и остановки поезда, а вторые ЭДТ и МРТ - как дополнительные: для регулировки скорости движения и при экстренных торможениях.

3. По способу управления на:

3.1. Ручные (стояночные) тормоза.

3.2. Пневматические тормоза (ПТ).

3.3. Электропневматические (ЭПТ).

Ручные тормоза приводятся в действие за счет усилия человека. Они состоят из штурвала, вала с червячной передачей и шестерни, которая соединяется с тягой рычажной передачи. Этими тормозами оборудованы все локомотивы и пассажирские вагоны, а грузовые вагоны только на 10%.

Пневматические тормоза используют сжатый воздух и их действие обеспечивается выпуском сжатого воздуха из тормозной магистрали. Снижение давления в магистрали воздействует на устройства, которые вызывают срабатывание всей тормозной системы подвижной единицы или поезда. Этими тормозами оборудован весь подвижной состав железных дорог нашей страны.

Электропневматические тормоза управляются электрическими сигналами, а пневматика выполняет такую же роль, что и в пневматических тормозах. На пассажирском подвижном составе применяется ЭПТ с одной пневматической тормозной магистралью, приборами питания и управления ЭПТ, расположенных на локомотиве или а головных вагонах моторвагонного подвижного состава, и электровоздухораспределителей (ЭВР), установленных на каждом вагоне и соединенных электрическими проводами с приборами питания и управления.

Критерием эксплуатационной пригодности ЭПТ является надежность электрических цепей управления и межвагонных соединений. С уменьшением количества линейных приводов возрастает вероятность безотказной работы электропневматического тормоза.

По количеству линейных электрических проводов используются три схемы ЭПТ: на электропоездах всех серий и дизель-поездах ДР1П - пятипроводная (рис. 1, а) с обратным незаземленным проводом; а пассажирских поездах с локомотивной тягой и дизель-поездах Д1 - двупроводная (рис. 1.в), а которой в качестве обратного провода используются рельсы; в грузовых поездах - однопроводная (рис. 1, в).

Контроль целостности электрических цепей ЭПТ в поезде осуществляется следующий: на электро- и дизель-поездах ДР1П - периодический постоянным током в процессе торможения с помощью контрольного провода, замыкаемого в конце поезда; в пассажирских поездах с локомотивной тягой и дизель-поездах Д1 - непрерывный переменным током при отпущенных тормозах и постоянным током в положениях перекрыши и торможения.

В грузовых поездах предполагается использовать схему однопроводного прямодействующего ЭПТ с одним линейным проводом, а в качестве обратного провода применяются рельсы. Электропневматический тормоз для грузового поезда конструктивно разработан в 1967 г. и прошел эксплуатационные испытания, в том числе международные. В схеме такого тормоза (см. рис. 1, а) имеется линейный провод 1. замыкаемый в хвосте поезда через конденсатор 2 и рельсы 3. В процессе торможения и перекрыши в линейный провод и рельсы подаются одновременно два рода тока: переменный для контроля и постоянный для управления тормозом; при отпуске в линии остается только переменный ток.

Управление этим тормозом такое же, как и двупроводным для пассажирских поездов, т.е. изменением полярности постоянного тока в линейном проводе и рельсах. При наличии в схеме двух полупроводниковых элементов ВС1 и ВС2 обеспечивается раздельное питание током вентиля торможения ВТ и вентиля перекрыши ВП.

Электропневматические тормоза обладают рядом положительных свойств по сравнению с пневматическими:

- высокая скорость распространения электрических сигналов обеспечивает практически одновременное действие тормозов, а поезде;



Эти тормоза отличаются от прямодействующего неавтоматического тем, что между тормозной магистралью 3 и тормозным цилиндром 6 установлены воздухораспределитель (ВР) 5 и запасной резервуар (ЗР) А.

Воздухораспределитель в таком тормозе выполняет строго определенные функции в процессах торможения и отпуска (зарядки). При торможении, после снижения давления в тормозной магистрали, срабатывает воздухораспределитель и он:

разобщает ТЦ с атмосферой (Ат);

сообщает ТЦ с ЗР;

разобщает ЗР с ТМ.

Принципиальное отличие прямодействующего автоматического тормоза от непрямодействующего заключается в устройстве воздухораспределителя 5.

При отпуске тормоза, когда давление в тормозной магистрали повышается до зарядной величины, воздухораспределитель выполняет следующее:

сообщает ТЦ с Ат;

разобщает ТЦ с ЗР;

сообщает ЗР с ТМ.

Непрямодействующим или истощимым тормоз называется потому, что в процессе торможения ЗР разобщен с ТМ и при утечках сжатого воздуха из ЗР или ТЦ давление в них не восстанавливается. Таким тормозом оборудованы все пассажирские локомотивы и вагоны, электро- и дизель-поезда. На локомотивах и вагонах установлены пневматические воздухораспределители 292-001, а на электро- и дизель-поездах - тройные скородействующие клапаны 218 и 219.

В прямодействующем тормозе при торможении воздухораспределитель также разобщил ЗР с ТР, но все утечки сжатого воздуха из ТЦ восполняются через обратный клапан воздухораспределителя из ЗР, который подзаряжается из ТМ. В магистрали установленное давление поддерживается краном машиниста (КМ) за счет сообщения ее с главными резервуарами (ГР), так как после торможения ручка КМ из V положения устанавливается в IV - перекрыша с питанием.

Этим тормозом оборудованы грузовые локомотивы и вагоны с пневматическими воздухораспределителями 270-002, 270-005 и 483-000.

5. По конструкции механической части тормоза делятся на:

5.1. Колодочные.

5.2. Дисковые,

Действие колодочного тормоза основано на возникновении при торможении сил трения между колодкой и колесом, когда колодки прижимаются к вращающимся колесам.

Для колодочного тормоза характерно одностороннее и двустороннее нажатие тормозных колодок на колесо. Одностороннее нажатие колодок применяется на грузовых вагонах (за исключением рефрижераторных), а на пассажирских и рефрижераторных - двустороннее.

На локомотивах из-за большого разнообразия схем тормозных рычажных передач (ТРП) и в зависимости от числа тормозных цилиндров и их расположения применяется как одностороннее, так и двустороннее нажатие колодок на колесо.

Одностороннее нажатие колодки на колесо используется для электровозов: ВЛ8, ВЛ22, ВЛ22М, ВЛ23, ВЛ61, а на тепловозах ТЭ2, ТГМЗ, ТГ102, ТЭЗ, ТЭ7. ТЭ10, ТЭП10, ТЭМ1, ТЭМ2, 2ТЭ10Л, М62. Двустороннее нажатие применяется на электровозах: ВЛ10, ВЛ80, ВЛ80К, ВД82, ВЛ60, ВЛ60П, и серии ЧС; на тепловозах ТЭП6О, 2ТЭ116, 2ТЭ121, ЧМЭ2, ЧМЭЗ; на электро- и дизель-поездах.

Дисковый тормоз применяется для пассажирских вагонов, обращающихся со скоростью более 160 км/ч. Дисковый тормоз используется для снятия тепловой напряженности с поверхности катания колес, особенно при торможении с высоких скоростей, в также при длительных торможениях, что позволяет увеличить пробег вагонов между обточками колес. Другим преимуществом является то, что его тормозная передача меньше ло массе, проще конструкция, высокий КПД, меньше вибрация в отличии от ТРП колодочного тормоза.

По расположению фрикционной пары (диск-накладка) различают осевые дисковые (рис. 3, а), если диски закреплены на осях, и колесные (рис. 3,6), когда диски закреплены на колесных центрах или ступицах колес.

На железных дорогах нашей страны дисковые тормоза применяются на дизель-поездах, пассажирских вагонах для скоростей свыше 160 км/ч, на части прицепных вагонов электропоездов ЭР22 и ЭР200.

6. По характеристике действия (характеру отпуска) на;

6.1. Нежесткие.

6.2. Полужесткие.

6.3. Жесткие.

Нежесткие тормоза характеризуются срабатыванием на торможение с любого зарядного давления, а при небольшом повышении давления в тормозной магистрали (на 0,015-0,030 МПа) обеспечивают полный (бесступенчатый) отпуск. При медленном темпе снижения давления в тормозной магистрали (до 0,03 МПа в 1 мин) находящийся в положении отпуска тормоз не затормаживает. После срабатывания тормоза

- сокращается время подготовки тормозов к действию и, следовательно, подготовительный путь, а в итоге и весь тормозной путь. Для грузовых поездов это составляет примерно 16-20%, а пассажирских - на 5-10%;

- значительно снижаются величины, возникающих при торможении (особенно в грузовых поездах) продольных усилий;

- обеспечивается выполнение ступенчатого отпуска при движении поезда на затяжных спусках;

- неистощимость достигается торможением без разрядки тормозной магистрали при постановке ручки крана машиниста 395 в УЭ положение.

Однако при всех своих преимуществах ЭПТ имеет серьезный недостаток - он по действию является неавтоматическим, поэтому он дублируется резервным автоматическим тормозом с воздухораспределителем 292-001. т.е. на каждой подвижной единице пассажирского типа установлены два воздухораспределителя: 292-001 и 305-000.

4. По способу восполнения утечек сжатого воздуха, ца;

4.1. Прямодействующий (неистощимый) неавтоматический.

4.2. Непрямодействующий (истощимый) автоматический.

4.3. Прямодействующий (неистощимый) автоматический.

Неавтоматический Прямодействующий тормоз (рис. 2а) состоит из компрессора 1, обеспечивающего тормозную систему сжатым воздухом и нагнетаемым в главные резервуары (ГР) 3. Предохранительный клапан 2 контролирует допустимое в ГР давление. По напорной (питательной) магистрали 4 воздух поступает к крану машиниста (КМ) 5. который подключен к воздухопроводу (тормозной магистрали-ТМ) 6, тормозная магистраль сообщается с тормозными цилиндрами (ГЦ) 7 и имеет соединение между единицами подвижного состава при помощи гибких рукавов 9 с концевыми кранами (КК) 8.

Прямодействующим этот тормоз является потому, что при утечках из ТЦ при торможении сжатый воздух из ГР через КМ и тормозную магистраль (ТМ) поступает непосредственно в ТЦ, т.е. утечки пополняются. При разрыве ТМ этот тормоз не приходит в действие и выпускает весь воздух из нее в атмосферу, т.е. будет неавтоматическим. К этому типу тормоза относятся: вспомогательный тормоз локомотива с КМ 254; ЭПТ с электровоздухораспределителем 305-000. Непрямодействующий автоматический и Прямодействующий автоматический тормоза состоят из одних и тех же основных частей (рис. 2,6).

нежесткого типа давление в ТЦ увеличивается при снижении давления в тормозной магистрали любым темпом.

Нежесткими тормозами являются тормозные системы: с воздухораспределителями 292-001, 305-000 и 483-000 на равнинном режиме; с краном машиниста (КМ) 254 вспомогательный локомотивный.

Полужесткие тормоза обладают такими же свойствами, как и нежесткие, но при отпуске каждой величине повышения давления в тормозной магистрали соответствует ступень отпуска (снижения давления в тормозном цилиндре); полный отпуск произойдет при восстановлении давления в ТМ на 0,01-0,02 МПа ниже зарядного. Отпуск в таком тормозе называется ступенчатым, что является весьма важным условием для обеспечения безопасности движения поездов на горных участках (спусках). К таким тормозам относятся системы: с воздухораспределителем 483-000 на горном режиме; с электровоздухораспределителем 305-000; с КМ 254 вспомогательный тормоз.

Жесткие тормоза, работают на определенном зарядном давлении в тормозной магистрали (ТМ); при снижении давления в ТЦ ниже зарядного любым темпом производят затормаживание. При давлении в ТМ выше зарядного в действие эти тормоза не приходят до снижения давления ниже зарядного. Тормоза жесткого типа применяются на участках железных дорог с уклонами крутизной до 0,045. К тормозам такого типа принадлежит тормозная система с воздухораспределителем 388-000. Этот воздухораспределитель не имеет служебной дополнительной разрядки ТМ, поэтому он применяется в поездах длиной не свыше 20 четырехосных вагонов.

Нежесткие и полужесткие тормоза имеют рабочую камеру (РК), заряжаемую из тормозной магистрали через дроссельное отверстие. Такие тормоза действует от разницы давлений в РК и ТМ, поэтому могут срабатывать с любого зарядного давления. Разница между тормозами нежесткого и полужесткого типов по характеру отпуска состоит в том, что в первом тиле тормозов давление в РК и ТМ выравнивается в процессе торможения или отпуска, поэтому небольшое (0,01-0,02 МПа) давление в ТМ вызывает отпуск тормоза. В тормозе второго типа зарядное давление сохраняется в РК в течение всего процесса торможения и отпуска, и РК играет роль устройства, «запоминающего» величину зарядного давления, при достижении которого происходит полный отпуск.

В тормозах жесткого типа вместо заряженной сжатым воздухом РК, давление в которой действует на поршень воздухораспределителя, используют усилие пружины. Работа такого тормоза в коротких поездах не зависит от плотности любой части тормозной системы: ни воздухораспределителя, ни тормозного цилиндра.

7. По назначению на:

7.1. Пассажирские тормоза.

7.2. Грузовые тормоза.

Пассажирские тормоза характеризуются ускоренными процессами торможения (наполнения сжатым воздухом тормозных цилиндров), отпуска и зарядки. Пассажирский подвижной состав оборудован тормозами с воздухораспределителем 292-001 и электровоздухораспределителем 305-000. К пассажирским тормозам относятся скоростные, которые имеют электровоздухораспредеяители 371-000-12, 371-000-13. 371-000-14 и оборудованные иагниторельсовыми тормозами.

Грузовые тормоза, приспособленные к торможению длинносоставных поездов, имеющих замедленные процессы торможения, отпуска и зарядки с учетом обеспечения их равномерности по всей длине поезда и необходимой плавности торможения.

Принципиальное отличие пассажирского тормоза от грузового заключается во времени наполнения тормозного цилиндра (ГЦ) - t_тц до давления в нем величины

0,35 МПа. Это время устанавливается следующее: для пассажирского пневматического тормоза (ПТ) t_тц =5-7с;

для пассажирского ЭПТ t_тц = 3 - 4с;

для грузового пневматического тормоза (ГПТ) t_тц =15-25 с.

Различаются также эти два типа тормозов по величине зарядного давления (р_тм) в тормозной магистрали [8. табл. 3.2]: в пассажирских ПТ и ЭПТ - р _тм = 0,5 - 0,52 МПа;

в грузовых - на равнинном режиме р_тм - 0,53 - 0,55 МПа; - на горном режиме р_гм =0,6-0,62 МПа;

в электропоездах (ЭР (кроме ЭР22) р_тм =0,45-0,48 МПа.

Таким образом, из приведенной классификации тормозных систем подвижного состава железных дорог нашей страны следует, что основным тормозом или тормозом безопасности является фрикционый пневматический автоматический.

Работа пневматических автоматических тормозов разделяются на следующие процессы:

з а р я д к а - воздухопровод (тормозная магистраль) и запасные резервуары (ЗР) под каждой единицей подвижного состава заполняются сжатым воздухом до установленной (зарядной) величины;

т о р м о ж е н и е - производится снижение давления в ТМ вагона или всего поезда для приведения в действие воздухораспределителей, и воздух из ЭР поступает в тормозные цилиндры (ГЦ), последние приводят в действие рычажную тормозную передачу (ТРП), которая прижимает колодки к колесам;

п е р е к р ы ш а - после произведенного торможения давления в ТМ и ТЦ не изменяется;

о т. п. у с к - давление в ТМ повышается, вследствие чего воздухораспределитель сообщает ТЦ с атмосферой и давление в ТЦ уменьшается до 0, а запасной резервуар (ЗР) - с ТМ и происходит его подзарядка сжатым воздухом до зарядной величины.

Чтобы осуществить торможение надо привести в действие воздухораспределитель, для чего понизить давление с помощью крана машиниста (КМ) в тормозной магистрали. (ТМ) на заданную величину определенным темпом. Различают следующие темпы понижения давления в тормозной магистрали (рис. 4):

т.е. м п м я г к о с т и (разрядка), при котором давление в ТМ понижается с 0,5 до 0,4 МПа за 120 - 300 с (темп до 0,02-0,05 МПа за 60 с). При таком темпе тормоза в действие не должны приходить;

с л у ж е б н ы й - давление в ТМ с 0,5 до 0,4 МПа понижается за 2,5 -10 с (темп 0,01 -0,04 МПа в 1с). При таком темпе тормоза сработают на служебное торможение; применяется - для регулирования скорости движения поездов и остановки его в определенном месте. Для более быстрого распространения торможения по поезду каждый воздухораспределитель производит дополнительную разрядку магистрали (ТМ) на 0,02 -0,05 МПа;

э к с т р е н н ы й - давление в ТМ понижается с 0,5 до 0,4 МПа не более чем за 1,2 с (темп 0,08 МПа в 1 с и выше). При этом происходит экстренное торможение с разрядкой ТМ, что обеспечивает наиболее быстрое наполнение тормозных цилиндров во всем поезде и срабатывание специальных ускорителей экстренного торможения в пассажирских поездах. Применяется, в случае экстренной остановки поезда.

Одним из основных требований ПТЭ является оборудование подвижного состава железнодорожного транспорта автоматическими тормозами. Автоматические тормоза должны надежно действовать в различных условиях эксплуатации, обеспечивать плавность торможения, а также остановку поезда при разъединении или разрыве воздухопроводной магистрали и при открытии стоп-крана (СК, т.е. крана экстренного торможения) и иметь тормозное нажатие, гарантирующее остановку поезда при экстренном торможении на расстоянии не более тормозного пути, определенного по нормам, утвержденным МПС РФ.



Для оценки эффективности действия тормозных систем используются следующие показатели: длина тормозного пути в м, величина среднего замедления в м/с² величина тормозного коэффициента для поезда и ряд других.

2. Тормозная сила и условия ее реализации

Тормозной силой называют регулируемую силу, которая имеет направление противоположное движению подвижной единицы и создается ее тормозными средствами.

Рассмотрим катящуюся по рельсам колесную пару (рис. 5), которая совершает сложное движение, состоящее из поступательного со скоростью V и вращательного с угловой скоростью щ. От подвижной единицы через колесную пару на рельсы передается осевая нагрузка Р_к

При торможении со штока тормозного цилиндра через рычажную передачу на колодку передается сила нажатия К, которая и прижимает ее к колесу. Между колодкой и поверхностью катания колеса возникает сила трения, направленная по касательной и в противоположную сторону движению. Она равна произведению силы нажатия колодки на коэффициент трения за вычетом силы инерции вращательно движущихся масс, т.е.:

В_к = Кр_к - I,

Где ф_к - коэффициент трения между колодкой и колесом;

I - сила инерции вращающихся масс.

При движении поезда в тормозном режиме с постоянной скоростью, например, на спуске сила инерции I = 0. В тормозных расчетах величина I учитывается коэффициентом о инерции вращающихся масс, поэтому сила трения В_к в дальнейших расчетах принимается равной Кц_к = В_к.

Эта сила В_с относительно центра 0 на плече R - радиуса колеса создает реактивный момент, направленный против вращения колеса:

М_тор = В_к * R - Кц_кR

Однако этот момент, создаваемой внутренней по отношению к экипажу силой, не может затормозить колесную пару. Доказательством этого служит то, что при увеличении силы нажатия R возрастает сила трения В_к, и колесо заклинивается, т.е. прекращается его вращательное движение и щ > = 0, а линейная скорость V сохраняется, колесо продолжает свое движение, но скользит по рельсу.

Для того, чтобы колесо прекратило свое движения относительно неподвижного рельса, т.е. V = 0 и щ - 0, необходимо выполнить работу, которую по законам механики совершает сумма внешних и внутренних сил. Таким образом, требуется приложить внешнюю силу.

Тормозной момент М_тор при нормальном вращении колеса уравновешивается активным моментом, который создает внешняя сила В_т, возникающая в точке А контакта колеса с рельсом, т.е.

М_гор = М_лк

Из равенства моментов имеем:

Кц_кR = В_тR

или, сократив на R, получим

Кц_к = В_т

Следовательно, внешняя сила В_т, действующая на колесо со стороны рельса, является т о р м о з н о й с и л о й, направлена в противоположную сторону движения и численно равна силе трения в_к. При торможении точка А является непрерывно перемещающимся упором для силы в_к в процессе качения колеса по рельсу.

Качение колеса по рельсу без проскальзывания происходит за счет силы сцепления. Во действующей со стороны рельса на колесо в точке их контакта и равной произведению осевой нагрузки на коэффициент сцепления, т.е.

В_с = Р_кш_к

где ш_к - коэффициент сцепления колеса с рельсом.

Для обеспечения вращения тормозящегося колеса по рельсу, тормозная сила В_т не должна превышать силу сцепления В_с т.е.

В_r ? В_с

Кц_к ? Р_кш_к

Выражение характеризует ограничение величины тормозной силы условиями сцепления. Силу нажатия тормозных колодок принимают такой, чтобы максимально использовать силу сцепления колес с рельсами. При этом должны быть выполнены условия, исключающие скольжение колес (юз) при торможении.

Сила сцепления В_с реализуется между колесом и рельсом а процессе движения подвижной единицы не может быть постоянной величиной. Максимально возможная ее величина реализуется только для очень благоприятных условий эксплуатации подвижного состава. Изменение этой силы связано с уменьшением в процессе торможения ее параметров: ш_к и Р_к.

Величина коэффициента сцепления ш_к зависит в основном от наличия смазки, влаги, загрязнений на контактирующих поверхностях, скорости движения, осевой нагрузки и др. Величина Р_к. при движении является переменной, изменяющейся в определенной области. Ее мгновенные значения зависят от вертикальных динамических колебаний подвижного состава, вызываемых неровностями пути, от статической осевой нагрузки на колеса в процессе торможения от действующих на подвижной состав сил инерции. Наиболее неблагоприятные условия для сцепления колес с рельсами возникают при резонансных колебаниях экипажа, когда собственная частота его колебаний совладает с частотой возмущающей силы и происходит максимальная разгрузка колес. Все эти факторы в итоге уменьшают величину силы сцепления приблизительно на 15% и поэтому величина тормозной силы из выражения (9) ограничивается условиями, исключающими скольжение колеса по рельсу, т.е.

Кц_к ? 0,85 Р_кш_к

Явление, когда колесо прекращает вращаться и скользит по рельсу при продолжающемся движении поезда, называется заклиниванием или юзом. Скольжение колес по рельсам при торможении чрезвычайно вредное и недопустимое явление.

Как правило, заклинивание колесной пары не наступает мгновенно. Этому предшествует ее проскальзывание, т.е. скорость V колесной пары становится меньше поступательной скорости единицы подвижного состава, что приводит к увеличению тормозной силы за счет повышения коэффициента трения и заклиниванию. При этом вследствие трения колеса по рельсу в точке их контакта возникают высокие температуры, приводящие к сдвигу металла на поверхности катания колеса (навар) при проскальзывании, образованию на нем ползуна (овальная площадка) при скольжении.

Наличие ползуна на колесе создает большие динамические нагрузки на рельсы, на буксовый узел, появляются дополнительные напряжения в колесных парах. В зимнее время несвоевременно обнаруженный ползун может привести к появлению трещин и даже изломов в рельсах в особенности при высоких скоростях движения. Характер изменения тормозной силы при юзе можно пояснить на графике (рис. 6).

На участке АБ тормозная сила нарастает вследствие увеличения силы нажатия К колодки на колесо и на участке БВ - из-за роста ц_к вследствие уменьшения скорости (при постоянной силе нажатия колодок). В точке В из-за нарушения сцепления с рельсом скорость вращения колеса уменьшается, ц_к увеличивается и тормозная сила резко возрастает до максимальной, отмеченной на кривой буквой Г. В этот момент вращение колеса прекращается, наступает юз и тормозная сила резко падает до величины, обозначенной буквой Д. При юзе тормозная сила (участок ДЕ) образуется за счет трения колеса по рельсу и ее величина может быть определена по формуле

В_к = Кf_к,

где f_к - коэффициент трения колеса по рельсу.

Коэффициент трения скольжения колеса по рельсу значительно меньше коэффициента сцепления, что приводит к увеличению времени движения поезда, т.е. увеличению тормозного пути. Некоторое увеличение тормозной силы перед остановкой (точка Е) объясняется ростом коэффициента трения заклиненного колеса при падении скорости и образованием ползуна.

Запрещается выпускать в эксплуатацию подвижной состав, имеющий ползун (выбоину) на поверхности катания колеса. При обнаружении на пути следования ползуна на колесе вагона разрешается довести такой вагон без отцепки от поезда до ближайшего ПТО с ограниченной скоростью в зависимости от величины ползуна. Размеры ползуна для условий эксплуатации строго определены в инструктивно-нормативных материалах [8]:

Длина, мм	50	60	85	120	145	205
Глубина, мм	0,7	1,0	2,0	4,0	6,0	12,0

Таким образом, из всего рассмотренного выше следует, что заклинивание колесных пар приводит не только к нарушениям графика движения поездов, но и угрожает безопасности движения на железных дорогах. Поэтому необходимо проводить соответствующие мероприятия по возможному устранению заклинивания. Большая часть этих мероприятий вытекает из анализа выражения (10), т.е.

Кц_к ? 0,85 Р_кш_к

и они должны выполняться как при проектировании новых тормозных систем для локомотивов и вагонов, так и в условиях эксплуатации. Среди этих мероприятий будут:

- во-первых, улучшение сцепления колес с рельсами в процессе торможения - это характерно для правой части зависимости (10);

- во-вторых, повышение качества ремонта тормозного оборудования;

- в-третьих, соблюдение правильного режима управления и обслуживания их в эксплуатации. Два последних пункта затрагивают левую часть выражения (10), что связано с образованием тормозной силы Кц_х-

В эксплуатации основными причинами заклинивания колесных пар являются:

1. Превышение силы нажатия К - это несоответствие режима работы воздухораспределителя загрузке подвижной единицы (например, вместо «порожний» включен «средний» или «груженый»);

это неисправность авторегулятора выхода штока тормозного цилиндра, что приводит к малой или большой величине хода поршня ТЦ, но опасен малый выход штока из-за высокого давления в тормозном цилиндре;

2. Изменение величины коэффициента трения ц_к - вследствие неправильно отрегулированной тормозной рычажной передачи (ТРП) в зависимости от типа колодок (например, среди чугунных колодок имеется композиционная);

при включенном авторежиме на грузовом вагоне не соответствует режим работы его воздухораспределителя типу тормозных холодок, поэтому нельзя при композиционных колодках включать груженый режим.

3. Неправильное управление тормозами - малая величина снижения давления в тормозной магистрали при первой ступени торможения, а также недостаточная выдержка ручки крана машиниста в I положении при отпуске.

4. Утечки сжатого воздуха в местах соединения тормозных приборов с воздухопроводом (ТМ) приводят к неотпуску тормоза.

5. Загрязнение и замасливание рельсов, особенно на станциях и переездах, из-за разбрызгивания смазки при проезде наливных поездов.

6. Низкое качество ремонта воздухораспределителей, особенно магистрального органа и манжет главного поршня.

7. Неполноценный инструктаж локомотивных бригад и работников, связанных с ремонтом и содержанием тормозов.

Для торможения высокоскоростных поездов с использованием тормозных колодок необходимо применять переменную силу нажатия, автоматически изменяющуюся при различных скоростях движения. Кроме того, в таких поездах на вагонах используются противоюзные устройства, предупреждающие заклинивание колесных пар, когда тормозная сила становится больше силы сцепления колес с рельсами, а также для увеличения силы нажатия тормозных колодок примерно на 10%.

Применяются противоюзные устройства двух типов: механические (инерционные) и электронные. Противогазными устройствами механического типа, срабатывающими при повышении замедления частоты вращения колесной лары более определенной величины, оборудованы вагоны международного сообщения, обращающиеся со скоростями до 160 км/ч.

Применение электронных противогазных устройств в сочетании с дисковыми тормозами обусловлено тогда, когда часто нарушается сцепление колесных пар с рельсами вследствие загрязненности поверхности катания колес и ухудшения шунтировки рельсовых цепей. Электронные устройства работают не только по принципу абсолютной величины замедления вращения колес, но и на сравнении частоты вращения всех колесных пар вагона.

3. Коэффициент сцепления

сцепление тормоз железный дорога

Коэффициент сцепления ш_к, равный отношению максимально возможной силы сцепления к действительной нагрузке колеса на рельс, реализуется в зоне контакта колеса с рельсом.

Сцепление колес с рельсами представляет сложный процесс, при котором происходит преодоление механического зацепления и молекулярного притяжения контактируемых поверхностей.

Действительные значения коэффициента сцепления изменяются в широком диапазоне от 0,04 до 0,35. На величину коэффициента сцепления в эксплуатации влияет ряд факторов:

cкорость движения V - с увеличением скорости величина коэффициента сцепления уменьшается;

осевая нагрузка Р_к, - ее изменение в процессе движения вследствие неровностей пути, разгрузки колес при торможении приводит к уменьшению ш_к.

состояние поверхности рельсов (сухие, мокрые, чистые, загрязненные смазкой, торфяной пылью) - на сухих и чистых контактирующих поверхностях коэффициент сцепления будет несколько выше, чем на мокрых и грязных, покрытых нефтяной или буксовой смазкой;

погодные условия летом при сильном дожде, а зимой при сильном морозе условия сцепления значительно лучше, чем при моросящем дожде, тумане, росе и особенно при образовании на рельсах инея;

конструкция механической части тормоза (колодочный и дисковый); у колодочного тормоза по сравнению с дисковым коэффициент сцепления будет побольше, так как этот тип тормоза производит очищающее действие поверхностей катания колес;

жесткость пути зависит от типа шпал (железобетонных или деревянных) - сцепление колес с рельсами на железобетонных шпалах значительно лучше, чем на деревянных В свою очередь коэффициент сцепления колес с рельсами при одних и тех же деревянных шпалах для зимы и лета будет неодинаковым: зимой несколько больше, так как путь жестче, чем летом.

Зависимость коэффициента сцепления колес с рельсами от скорости движения для разных вагонов, эксплуатируемых на отечественных железных дорогах, приведены на рис. 7, а для зарубежных железных дорогах (колея 1435 мм) - на рис. 8.

Для определения величины расчетного коэффициента сцепления колес с рельсами в тормозном режиме на отечественных железных дорогах принята функциональная зависимость (9):

ш_к = ш_о ? ш(Р_к) ? ш(V).

где ш_о - эмпирический коэффициент, учитывающий условия эксплуатации;

ш(Р_к), ш(V) - многочлены, выражающие зависимость расчетного коэффициента сцепления от осевой нагрузки Р_к, кН и скорости движения V, км/ч.

Для обычного подвижного состава общего назначения предподчтительнее использовать выражение (14), зависимость (15) - для скоростного подвижного состава, эксплуатируемого, как правило, на специальном пути и оборудованного дисковыми тормозами.

Для численного определения зависимости функции ш(V) от типа подвижного состава а можно рекомендовать следующие зависимости:



Графики зависимости коэффициента сцепления колес с рельсами от скорости движения: I, 2 - грузового порожнего вагона с композиционными и чугунными колодками; 3, 4 - груженого загона с композиционными и чугунными колодками; 5» - порожнего вагона на загрязненных смазкой рельсах; 6, 7 - пассажирского вагона на чистых и загрязненных смазкой рельсах

Зависимость коэффициента сцепления колес с рельсами от скорости движения (по данным зарубежных железных дорог) 1,2 - соответственно для сухих и мокрых рельсов

Размещено на Allbest.ru