Виждам, че първи, публиката хареса историческата част от моята история и затова не е грях да продължа.

Високоскоростните влакове като TGV вече не се нуждаят от въздушни спирачки.

Днес ще говорим за настоящето, а именно какви подходи за създаване на спирачни системи на подвижния състав се използват през XNUMX век, който буквално след месец сменя своето трето десетилетие.

1. Класификация на спирачките на подвижния състав

Въз основа на физическия принцип на създаване на спирачна сила, всички железопътни спирачки могат да бъдат разделени на два основни типа: фрикционен, използвайки силата на триене, и динамичен, използвайки тягово задвижване за създаване на спирачен момент.

Фрикционните спирачки включват челюстни спирачки от всякакъв дизайн, включително дискови спирачки, както и магнитна релсова спирачка, който се използва във високоскоростния транспорт главно в Западна Европа. На коловоз 1520 този тип спирачка се използва изключително за електрическия влак ER200. Що се отнася до същия Sapsan, руските железници отказаха да използват магнитна релсова спирачка върху него, въпреки че прототипът на този електрически влак, немският ICE3, е оборудван с такава спирачка.

Влакова талига ICE3 с магнитна релсова спирачка

Превоз на влака Сапсан

До динамичен, или по-скоро електродинамични спирачки включва всички спирачки, чието действие се основава на прехвърлянето на тяговите двигатели към генераторния режим (регенеративна и реостатна спирачка), както и спиране опозиция

С регенеративна и реостатна спирачка всичко е сравнително ясно - двигателите се прехвърлят в генераторен режим по един или друг начин, а в случай на рекуперация те дават енергия на контактната мрежа, а в случай на реостат генерираната енергията се изгаря на специални резистори. И двете спирачки се използват както при влакове с локомотивна тяга, така и при многовлаков подвижен състав, където електродинамичната спирачка е основната работна спирачка, поради големия брой тягови двигатели, разпределени във влака. Единственият недостатък на електродинамичното спиране (EDB) е невъзможността за спиране до пълно спиране. С намаляване на ефективността на EDT, той автоматично се заменя с пневматична фрикционна спирачка.

По отношение на спирането на заден ход, то осигурява спиране до пълно спиране, тъй като се състои в обръщане на тяговия двигател в движение. Този режим обаче в повечето случаи е авариен - редовното му използване е изпълнено с повреда на тяговото задвижване. Ако вземем например колекторен двигател, тогава, когато полярността на приложеното към него напрежение се промени, обратната ЕМП, която възниква във въртящ се двигател, не се изважда от захранващото напрежение, а се добавя към него - колелата и двете завъртете и завъртете в същата посока, както в режим на тяга! Това води до лавинообразно нарастване на тока и най-доброто, което може да се случи е, че електрозащитните устройства ще работят.

Поради тази причина на локомотивите и електрическите влакове се вземат всички мерки за недопускане на реверсиране на двигателя в движение. Реверсивната дръжка се блокира механично, когато контролерът на водача е в работни позиции. И на същите "Соколи скитници" и "Лястовици", завъртането на превключвателя за заден ход със скорост над 5 км / ч ще доведе до незабавно аварийно спиране.

Въпреки това, някои местни локомотиви, като електрическия локомотив VL65, използват обратното спиране като стандартен режим при ниски скорости.

Спирането на заден ход е стандартен режим на спиране, осигурен от системата за управление на електрическия локомотив VL65

Трябва да кажа, че въпреки високата ефективност на електродинамичното спиране, всеки влак винаги, подчертавам, винаги е оборудван с автоматична пневматична спирачка, тоест задействана от изпускането на въздух от спирачната линия. Както в Русия, така и по целия свят, добрите стари фрикционни спирачки за обувки стоят на стража за безопасността на движението.

Според функционалното си предназначение фрикционните спирачки се делят на

1. Паркиране, ръчно или автоматично
2. Влак - пневматични (PT) или електропневматични (EPT) спирачки, инсталирани на всяка единица от подвижния състав във влака и управлявани централно от кабината на машиниста
3. Локомотив - пневматични спирачки с директно действие, предназначени да спират локомотива, без да спират влака. Те се експлоатират отделно от влаковите.

2. Ръчна спирачка

Ръчната спирачка с механично задвижване не е изчезнала от подвижния състав, монтирана е както на локомотиви, така и на вагони - просто промени специалността си, а именно се превърна в ръчна спирачка, което позволява да се изключи спонтанното движение на подвижен състав в случай на изтичане на въздух от неговата пневматична система. Червеното колело, подобно на волана на кораба, е задвижване на ръчната спирачка, една от неговите опции.

Воланът на ръчната ръчна спирачка в кабината на електрическия локомотив VL60pk

Ръчна спирачка в преддверието на лек автомобил

Ръчна спирачка на модерен товарен вагон

Ръчната спирачка механично прилага същите накладки към колелата, които се използват за нормално спиране.

На съвременния подвижен състав, по-специално на електрическите влакове EVS1 / EVS2 Sapsan, ES1 Lastochka, както и на електрическия локомотив EP20, ръчната спирачка е автоматична и накладките се притискат към спирачния диск там пружинни акумулатори. Някои от щипковите механизми, които притискат накладките към спирачните дискове, са оборудвани с мощни пружини и толкова мощни, че освобождаването се извършва от пневматично задвижване с налягане от 0,5 MPa. Пневматичният актуатор в този случай противодейства на пружините, натискащи подложките. Такава ръчна спирачка се управлява от бутони на конзолата на водача.

Бутони за управление на ръчната пружинна спирачка (SPT) на електрически влак ES1 "Lastochka"

По своя дизайн такава спирачка е подобна на тази, използвана при мощни камиони. Но като основна спирачка във влаковете, такава система напълно неизползваем, а защо, ще обясня подробно след историята за работата на влаковите пневматични спирачки.

3. Пневматични спирачки от товарен тип

Всеки товарен вагон е оборудван със следния комплект спирачно оборудване

Спирачно оборудване на товарен вагон: 1 - спирачна съединителна втулка; 2 - краен клапан; 3 - спирателен вентил; 5 - колектор за прах; 6, 7, 9 — въздухоразпределителни модули конв. No 483; 8 - разединителен кран; BP - въздухоразпределител; TM - спирачна линия; ZR - резервен резервоар; TC - спирачен цилиндър; AR - товарен автоматичен режим


Спирачна линия (TM) - тръба с диаметър 1,25" минаваща по цялата кола, в краищата е оборудвана с крайни клапани, за разкачане на спирачния тръбопровод при разкачване на автомобила, преди да разкачите гъвкавите съединителни втулки. В спирачната линия в нормален режим, т.нар зарядно налягане от 0,50 - 0,54 MPa, така че разединяването на ръкавите без затваряне на крайните клапани е съмнителна задача, която в буквалния смисъл на думата може да ви лиши от главата.

Доставянето на въздух, подаван директно към спирачните цилиндри, се съхранява в резервен резервоар (ZR), чийто обем в повечето случаи е 78 литра. Налягането в резервоара е точно равно на налягането в спирачния тръбопровод. Но не, това не е 0,50 - 0,54 MPa. Факт е, че такова налягане ще бъде в спирачната линия на локомотива. И колкото по-далеч от локомотива, толкова по-малко е налягането в спирачната линия, защото неизбежно има течове, водещи до изтичане на въздух. Така че налягането в спирачната линия на последния вагон във влака ще бъде малко по-малко от зареждащото.

Спирачен цилиндър, а на повечето коли е сам, при пълнене от резервен резервоар, през спирачен лост, притиска всички накладки на колата към колелата. Обемът на спирачния цилиндър е около 8 литра, следователно при пълно спиране в него се задава налягане не повече от 0,4 MPa. Налягането в резервоара също намалява до същата стойност.

Основното "действащо лице" в тази система е въздухоразпределител. Това устройство реагира на промяна в налягането в спирачната линия, извършвайки една или друга операция в зависимост от посоката и скоростта на промяна на това налягане.

Когато налягането в спирачния тръбопровод се намали, се получава спиране. Но не с някакво понижаване на налягането - понижаването на налягането трябва да става с определено темпо, т.нар скорост на работното спиране. Това темпо е предвидено шофьор на кран в кабината на локомотива и варира от 0,01 до 0,04 MPa в секунда. Когато налягането намалява с по-ниска скорост, спиране не се получава. Това се прави така, че спирачките да не работят със стандартни течове от спирачната линия, а също и да не работят, когато налягането на презареждане е елиминирано, за което ще говорим по-късно.

Когато въздухоразпределителят е задействан за спиране, той извършва допълнително изпразване на спирачния тръбопровод при работно темпо с 0,05 MPa. Това се прави, за да се осигури стабилно намаляване на налягането по цялата дължина на влака. Ако не се извърши допълнително разтоварване, тогава последните вагони на дълъг влак може да не забавят по принцип. Извършва се допълнително разтоварване на спирачния тръбопровод всички модерни въздухоразпределители, включително пътнически.

При спиране разпределителят на въздуха изключва резервния резервоар от спирачната линия и го свързва към спирачния цилиндър. Спирачният цилиндър се пълни. Това се случва точно толкова дълго, колкото продължава падането на налягането в спирачния тръбопровод. Когато намаляването на налягането в ТМ спре, пълненето на спирачния цилиндър спира. Режимът идва припокриване. Налягането в спирачния цилиндър зависи от два фактора:

1. дълбочината на изпускане на спирачния тръбопровод, т.е. големината на спада на налягането в него спрямо зареждането
2. режим на работа на въздухоразпределителя

Товарният въздухоразпределител има три режима на работа: натоварен (G), среден (S) и празен (L). Тези режими се различават по максималното налягане, постигнато в спирачните цилиндри. Превключването между режимите се извършва ръчно чрез завъртане на специална дръжка за режим.

За да обобщим, зависимостта на налягането в спирачния цилиндър от дълбочината на изпускане на спирачната линия с разпределител на въздух 483 в различни режими изглежда така

Недостатъкът на използването на превключвател на режима е, че работникът на вагона трябва да върви покрай целия влак, да се качи под всеки вагон и да превключи превключвателя на режима в желаната позиция. Това се прави, според слухове, излизащи от експлоатация, далеч не винаги. Прекомерното пълнене на спирачните цилиндри на празна кола е изпълнено с поднасяне, намалена спирачна ефективност и повреда на колелата. За излизане от тази ситуация на товарните вагони между въздухоразпределителя и спирачния цилиндър включете т.нар. автоматичен режим (AP), който, механично определяйки масата на автомобила, плавно регулира максималното налягане в спирачния цилиндър. Ако колата е оборудвана с автоматичен режим, тогава превключвателят за режим на BP е настроен в положение „натоварено“.

Спирането обикновено се извършва на стъпки. Минималният етап на разреждане на спирачната линия за VR483 ще бъде 0,06 - 0,08 MPa. В този случай в спирачните цилиндри се задава налягане от 0,1 MPa. В този случай водачът поставя вентила в положение на изключване, при което стойността на налягането, зададена след спиране, се поддържа в спирачната линия. Ако спирачният ефект от един етап не е достатъчен, се изпълнява следващият етап. В същото време разпределителят на въздуха не се интересува с каква скорост се извършва изпразването - когато налягането намалява във всеки случай, спирачните цилиндри се пълнят пропорционално на степента на намаляване на налягането.

Пълното освобождаване на спирачките (пълно изпразване на спирачните цилиндри на целия влак) се осъществява чрез повишаване на налягането в спирачния тръбопровод над зареждащото. Освен това при товарните влакове се осъществява значително свръхналягане в ТМ над зареждащия, така че вълната от повишаване на налягането достига до последните вагони. Пълното освобождаване на спирачките в товарен влак е дълъг процес и може да отнеме до минута.

VR483 има два ваканционни режима: равен и планински. В плосък режим, с увеличаване на налягането в спирачната линия, се получава пълно, безстепенно освобождаване. В планински режим е възможно стъпаловидно освобождаване на спирачките, което означава, че спирачните цилиндри не са напълно изпразнени. Този режим се използва при движение по сложен профил с голям наклон.

Въздухоразпределителят 483 като цяло е много интересно устройство. Подробният анализ на устройството и работата му е тема за отделна голяма статия. Тук разгледахме общите принципи на работа на товарната спирачка.

3. Пневматични спирачки пътнически тип

Спирачно оборудване на лек автомобил: 1 - съединителна втулка; 2 - краен клапан; 3, 5 - съединителни кутии на електропневматичната спирачна линия; 4 - спирателен вентил; 6 - тръба с електропневматично спирачно окабеляване; 7 - изолирано окачване на свързващата втулка; 8 - прахоуловител; 9 - изход към разпределителя на въздуха; 10 - разединителен кран; 11 - работна камера на електрическия разпределител на въздуха; TM - спирачна линия; BP - въздухоразпределител; EVR - електрически въздухоразпределител; TC - спирачен цилиндър; ZR - резервен резервоар

По-голямо количество оборудване веднага хваща окото ви, като се започне от факта, че вече има три спирателни крана (по един във всеки вестибюл и един в отделението на диригента), завършвайки с факта, че домашните пътнически вагони са оборудвани както с пневматични, така и с електропневматична спирачка (EPT).

Внимателният читател веднага ще забележи основния недостатък на пневматичното управление на спирачките - крайната скорост на разпространение на спирачната вълна, ограничена отгоре от скоростта на звука. На практика тази скорост е по-ниска и възлиза на 280 m/s при работно спиране и 300 m/s при аварийно спиране. Освен това тази скорост е силно зависима от температурата на въздуха и през зимата например е по-ниска. Следователно вечният спътник на пневматичните спирачки е неравномерната работа на техния състав.

Неравномерната работа води до две неща – възникване на значителни надлъжни реакции във влака, както и увеличаване на спирачния път. Първият не е толкова типичен за пътническите влакове, въпреки че контейнерите с чай и други напитки, скачащи на масата в купето, няма да зарадват никого. Увеличаването на спирачния път е сериозен проблем, особено в пътническия трафик.

В допълнение вътрешният разпределител на пътнически въздух е като стария конв. No 292, а новата обр. № 242 (от които, между другото, има все повече леки автомобили във флота), и двете устройства са преки наследници на един и същ троен клапан на Westinghouse и работят върху разликата между две налягания - в спирачката линия и в резервния резервоар. Те се отличават от тройния клапан чрез наличието на режим на припокриване, т.е. възможността за стъпаловидно спиране; наличието на допълнително разреждане на спирачната линия по време на спиране; наличието в конструкцията на аварийното спиране на газта. Тези въздушни разпределители не осигуряват поетапно освобождаване - те незабавно дават пълно освобождаване, веднага щом налягането в спирачната линия надвиши налягането в резервния резервоар, който е установен там след спиране. А стъпаловидно освобождаване е много полезно за регулиране на спирачките за прецизни спирания на платформата за кацане.

И двата проблема - неравномерната работа на спирачките и липсата на стъпаловидно освобождаване, на коловоз от 1520 мм се решават чрез инсталиране на електрически управляван разпределител на въздуха на автомобилите - електрически въздухоразпределител (EVR), арб. № 305.

Битов EPT - електропневматична спирачка - директно действие, неавтоматично действие. При пътнически влакове с локомотивна тяга EPT работи по двупроводна верига.

Структурна схема на двупроводен EPT: 1 - контролер за управление на крана на водача; 2 - батерия; 3 - преобразувател на статична мощност; 4 - таблото на контролните лампи; 5 - контролен блок; 6 - клемен блок; 7 - свързващи глави на ръкавите; 8 - изолирано окачване; 9 - полупроводников вентил; 10 - освобождаващ електромагнитен клапан; 11 - спирачен електромагнитен клапан.

Две жици са опънати по цялото влакче: №1 и №2 на фигурата. На задния вагон тези проводници са електрически свързани един с друг и променлив ток с честота 625 Hz преминава през получения контур. Това се прави, за да се контролира целостта на EPT контролната линия. Когато проводникът се счупи, веригата за променлив ток се счупи, водачът получава сигнал под формата на гасене в кабината на контролната лампа "O" (ваканция).

Управлението се осъществява чрез постоянен ток с различна полярност. В този случай релсите са проводникът с нулев потенциал. При подаване на положително (спрямо релсата) напрежение към EPT проводника се задействат и двата електромагнитни клапана, монтирани в електрическия разпределител на въздух: освобождаване (OV) и спирачка (TV). Първият от тях изолира работната камера (RK) на електрическия въздухоразпределител от атмосферата, вторият го запълва от резервния резервоар. Освен това влиза в действие превключвателят за налягане, инсталиран в EVR, който работи върху разликата в налягането в работната камера и спирачния цилиндър. Когато налягането в RC превиши налягането в TC, последният се запълва с въздух от резервния резервоар до налягането, събрано в работната камера.

Когато към проводника се приложи отрицателен потенциал, спирачният клапан се изключва, тъй като токът към него се прекъсва от диода. Само освобождаващият клапан остава активен, поддържайки налягането в работната камера. Така се реализира позицията на припокриване.

Когато напрежението се премахне, освобождаващият клапан губи мощност, отваря работната камера към атмосферата. Когато налягането в работната камера намалее, превключвателят за налягане изпуска въздух от спирачните цилиндри. Ако след кратка ваканция кранът на водача отново се постави в затворено положение, тогава спадът на налягането в работната камера ще спре и изпускането на въздух от спирачния цилиндър също ще спре. По този начин се постига стъпаловидно освобождаване на спирачката.

Какво се случва, когато жица се скъса? Точно така - EPT ще пусне. Следователно тази спирачка (на вътрешния подвижен състав) не е автоматична. В случай на повреда на EPT водачът има възможност да премине към пневматично управление на спирачките.

EPT се отличава с едновременното пълнене на спирачните цилиндри и тяхното изпразване в целия влак. Скоростта на пълнене и изпразване е доста висока - 0,1 MPa в секунда. EPT е неизчерпаема спирачка, тъй като по време на нейната работа конвенционален разпределител на въздух е в режим на почивка и захранва резервни резервоари от спирачната линия, която от своя страна се захранва от крана на машиниста на локомотива от основните резервоари. Следователно, EPT може да бъде спиран при всяка честота, необходима за оперативното управление на спирачките. Възможността за стъпково освобождаване ви позволява да контролирате скоростта на влака много точно и плавно.

Пневматичното управление на спирачките на пътническия влак не се различава много от спирачката на товарен. Има разлика в методите за управление, например освобождаването на пневматичната спирачка се извършва до налягането на зареждане, без надценяване. Като цяло прекомерното свръхналягане в спирачната линия на пътнически влак е изпълнено с проблеми, следователно, когато EPT е напълно освободен, налягането в TM се повишава с максимум 0,02 MPa над стойността на зададеното налягане на зареждане.

Минималната дълбочина на изпускане на ТМ по време на спиране на пътническата спирачка е 0,04 - 0,05 MPa, докато в спирачните цилиндри се създава налягане от 0,1 - 0,15 MPa. Максималното налягане в спирачния цилиндър на лек автомобил е ограничено от обема на резервния резервоар и обикновено не надвишава 0,4 MPa.

Заключение

Сега се обръщам към някои коментатори, които са изненадани (и мисля дори възмутени, но не се наемам да твърдя) от сложността на влаковата спирачка. В коментарите се предлага да се приложи автомобилна схема с акумулатори на енергия. Разбира се, от дивана или компютърния стол в офиса, през прозореца на браузъра, много проблеми са по-видими и по-очевидни от тяхното решение, но позволете ми да кажа, че повечето от техническите решения, взети в реалния свят имат ясна обосновка.

Както вече беше споменато, основният проблем на пневматичната спирачка във влака е крайната скорост на падане на налягането по дължината на дългата (до 1,5 км във влак от 100 вагона) тръба на спирачната линия - спирачната вълна. За да се ускори тази спирачна вълна, е необходим допълнителен разряд от въздушния разпределител. Няма да има разпределител на въздуха, няма да има допълнително изпускане. Тоест, спирачките за съхранение на енергия очевидно ще бъдат значително по-лоши по отношение на равномерността на работа, връщайки ни към дните на Westinghouse. Товарният влак не е камион, има различни мащаби, а оттам и различни принципи на управление на спирачките. Сигурен съм, че това не е просто така и посоката на световната спирачна наука не случайно следва пътя, който ни доведе до подобни конструкции. Точка.

Тази статия е вид преглед на спирачните системи, съществуващи на съвременния подвижен състав. Освен това в други статии от тази поредица ще се спра по-подробно на всеки от тях. Ще научим какви устройства се използват за управление на спирачките, как са подредени разпределителите на въздуха. Нека разгледаме по-отблизо въпросите за регенеративното и реостатното спиране. И разбира се, помислете за спирачките на високоскоростни превозни средства. Ще се видим отново и благодаря за вниманието!

PS: Приятели! Искам да изкажа специални благодарности за многото лични съобщения, показващи грешки и правописни грешки в статията. Да, аз съм грешник, който не е приятелски настроен към руския език и се обърква на клавишите. Опитах се да коригирам вашите коментари.

Източник: www.habr.com