Настав час поговорити про пристрої, призначені для керування гальмами. Ці пристрої називаються «кранами», хоча довгий шлях еволюції повів їх досить далеко від кранів у звичному нам побутовому сенсі, перетворивши на досить складні пристрої пневмоавтоматики.

Старий-добрий золотниковий кран 394 досі використовується на рухомому складі

1. Крани машиніста - коротка вступна

За визначенням

Поїздний кран машиніста - пристрій (або комплекс пристроїв), призначений для керування величиною та темпом зміни тиску в гальмівній магістралі поїзда

Поїздні крани машиніста, що використовуються в даний час, можна розділити на прилади безпосереднього керування, і крани з дистанційним керуванням.

Прилади безпосереднього управління - це класика жанру, встановлені на переважній більшості локомотивів, моторвагонних поїздів, а також рухомому складі спеціального призначення (різні дорожні машини, автомотриси та інше) крани машиніста ум. №394 та ум. №395. Перший, зображений на КДПВ, встановлюється на вантажні локомотиви, другий — на пасажирські.

У пневматичному сенсі ці крани не відрізняються один від одного взагалі. Тобто, абсолютно ідентичні. Кран 395 на верхній частині має, відлитий разом з нею, приплив з двома отворами різьбовими, куди встановлюється «банка» контролера управління електропневматичним гальмом

395-й кран машиніста в природному середовищі


Ці прилади найчастіше забарвлюються в яскраво-червоний колір, що свідчить про їхню виняткову важливість та особливу увагу, яку має приділяти їм як локомотивна бригада, так і технологічний персонал, що обслуговує локомотив. Ще одне нагадування про те, що гальма поїздом це все.

До цих приладів безпосередньо підводяться трубопроводи живильної (ПМ) та гальмівної магістралі (ТМ) і за допомогою повороту рукоятки здійснюється безпосереднє управління потоком повітря.

У кранах з дистанційним керуванням на пульті машиніста встановлений не сам кран, а так званий контролер управління, що передає цифровий інтерфейс команди на окрему електропневмопанель, яка встановлюється в машинному відділенні локомотива. На вітчизняному рухомому складі використовується багатостраждальний кран машиніста ум. №130, який досить довго пробивав собі дорогу на рухомий склад.

Контролер крана ум. №130 на пульті електровоза ЕП20 (праворуч, поруч із панеллю манометрів)


Пневмопанель у машинному відділенні електровозу ЕП20


Навіщо зроблено саме так? Для того, щоб окрім ручного керування гальмами з'явилася штатна можливість керування автоматичним, наприклад, від системи автоведення поїзда. На локомотивах, обладнаних 394/395 краном, для цього була потрібна установка на кран спеціальної приставки. За задумом, 130-й кран інтегрується в систему керування поїздом по шині CAN, яка застосовується на вітчизняному рухомому складі.

Чому я назвав цей прилад багатостраждальним? Тому що був безпосереднім свідком його першої появи на рухомому складі. Такі прилади встановлювалися на перші номери нових російських електровозів: 2ЕС5К-001 «Єрмак», 2ЕС4К-001 «Дончак» та ЕП2К-001.

У 2007 році я брав участь у сертифікаційних випробуваннях електровоза 2ЕС4К-001. На цій машині встановлювався саме 130-й кран. Проте вже тоді пішли розмови про його низьку надійність, більше того, це диво техніки могло мимоволі відпустити гальма. Тому від нього дуже скоро відмовилися і «Єрмаки», «Дончаки» та ЕП2К пішли в серію з 394-ми та 395-ми кранами. Прогрес було відкладено до опрацювання нового пристрою. На новочеркаські локомотиви цей кран повернувся лише з початком випуску електровозу ЕП20 у 2011 році. А «Єрмаки», «Дончаки» та ЕП2К нової версії цього крана так і не отримали. ЕП2К-001 до речі, зі 130-м краном, гниє зараз на базі запасу, як я довідався нещодавно з відео одного фаната залізниці.

Однак повної довіри подібній системі у залізничників немає, тому всі локомотиви, що оснащуються краном 130 оснащуються так само і кранами резервного управління, що дозволяють, у спрощеному режимі, безпосередньо керувати тиском у гальмівній магістралі.

Кран резервного керування гальмами в кабіні ЕП20


На локомотивах встановлюється також і другий прилад керування. кран допоміжного гальма (КВТ), призначений для керування гальмами локомотива, незалежно від гальм складу. Ось він, зліва від поїзного крана

Кран допоміжного гальма ум. №254


На фото класичний кран допоміжного гальма, ум. №254. Встановлюється він багато де досі як на пасажирських, так і на вантажних локомотивах. На відміну від гальм вагона, на локомотиві гальмівні циліндри ніколи не наповнюються безпосередньо із запасного резервуару. Хоча і запасний резервуар, і розподільник повітря на локомотиві встановлені. Взагалі, схема гальм локомотива складніша, через те, що на локомотиві більше гальмівних циліндрів. Сумарний їх обсяг суттєво вищий за 8 літрів, тому наповнити їх із запасного резервуару до тиску в 0,4 МПа не вийде — треба збільшувати обсяг запасного резервуара, а це збільшить час його заряджання порівняно з вагонними ЗР.

На локомотиві ТЦ наповнюються з головного резервуара, або через кран допоміжного гальма, або через реле тиску, на яке впливає розподільник повітря, що приводиться в дію від поїзного крана машиніста.

Кран 254 має ту особливість, що він сам може працювати як реле тиску, допускаючи відпустку (ступінчасту!) гальм локомотива при загальмованому складі. Така схема називається схемою включення КВТ як повторювач і застосовується на вантажних локомотивах.

Кран допоміжного гальма використовується при маневрових пересуваннях локомотива, а також для закріплення поїзда після зупинки та під час стоянки. Відразу після зупинки поїзда цей кран ставлять у останнє гальмівне положення, а гальма в поїзді відпускають. Гальма локомотива здатні втримати і локомотив та склад на досить серйозному ухилі.

На сучасних електровозах, таких як ЕП20 встановлюють інші КВТ, наприклад ум. №224

Кран допоміжного гальма ум. №224 (праворуч на окремій панелі)

2. Пристрій та принцип роботи крана машиніста ум. №394/395

Отже, наш герой старий, перевірений часом та мільйонами кілометрів шляху кран 394 (і 395, але він аналогічний, тому я говоритиму про один з приладів, маючи на увазі і другий). Чому він, а не сучасний 130-й? По-перше, 394 кран є більш поширеним на сьогоднішній день. А по-друге, 130-й кран, вірніше його пневмопанель, за принципом своєї дії аналогічна старичку 394.

Кран машиніста ум. №394: 1 - цоколь хвостовика випускного клапана; 2 - корпус нижньої частини; 3 - ущільнювальна манжета; 4 - пружина; 5 - випускний клапан; 6 - втулка з сідлом випускного клапана; 7 - зрівняльний поршень; 8 - гумова ущільнювальна манжета; 9 - ущільнювальне латунне кільце; 10 - корпус середньої частини; 11 - корпус верхньої частини; 12 - золотник; 13 - рукоятка управління; 14 - фіксатор рукоятки; 15 - гайка; 16 - притискний гвинт; 17 - стрижень; 18 - пружина золотника; 19 - притискна шайба; 20 - монтажні шпильки; 21 - штифт-фіксатор; 22 - фільтр; 23 - пружина поживного клапана; 24 - поживний клапан; 25 - втулка з сідлом живильного клапана; 26 - діафрагма редуктора; 30 - регулювальна пружина редуктора; 31 - регулювальний стакан редуктора


Як вам? Серйозний прилад. Цей прилад складається з верхньої (золотникової) частини, середньої (проміжної) частини, нижньої (зрівняльної) частини, стабілізатора та редуктора. Редуктор показаний праворуч унизу на малюнку, стабілізатор покажу окремо

Стабілізатор крана машиніста ум. №394: 1 - пробка; 2 - пружина дросельного клапана; 3 - дросельний клапан; 4 - сідло дросельного клапана; 5 - калібрований отвір діаметром 0,45 мм; 6 - діафрагма; 7 - корпус стабілізатора; 8 - упор; 10 - регулювальна пружина; 11 - регулювальний стакан.

Режим роботи крана визначається поворотом рукоятки, яка обертає золотник, щільно притертий (і ретельно змазаний!) до дзеркала в середній частині крана. Положень сім, їх прийнято позначати римськими цифрами

• I — відпустка та зарядка
• II - поїзна
• III - перекриш без живлення витоків у гальмівній магістралі
• IV - перекриш з живленням витоків з гальмівної магістралі
• Va - гальмування сповільненим темпом
• V - гальмування службовим темпом
• VI - екстрене гальмування

У режимі руху в тязі, на вибігу та на стоянці, коли не потрібно приводити в дію гальма поїзда, рукоятку крана встановлюють у друге, поїзна становище.

Золотник і дзеркало золотника містять канали та калібровані отвори, через які, залежно від положення рукоятки, повітря перетікає з однієї частини приладу в іншу. Так виглядає золотник та його дзеркало

Крім того, крану машиніста 394 підключають так званий зрівняльний резервуар (УР) об'ємом 20 літрів. Цей резервуар є задатчиком тиску у гальмівній магістралі (ТМ). Той тиск, який встановлений в зрівняльному резервуарі, буде підтримуватись зрівняльною частиною крана машиніста та у гальмівній магістралі (крім положень І, ІІІ та VI рукоятки).

Тиск у зрівняльному резервуарі та гальмівній магістралі виводяться на контрольні манометри, встановлені на панелі приладів, зазвичай поруч із краном машиніста. Часто використовують двострілковий манометр, наприклад такий

Червона стрілка показує тиск у гальмівній магістралі, чорна – у зрівняльному резервуарі.


Отже, коли кран стоїть у поїзному положенні, в зрівняльному резервуарі встановлюється та підтримується так зване зарядний тиск. Для моторвагонного рухомого складу та пасажирських поїздів з локомотивною тягою його величина зазвичай 0,48 - 0,50 МПа, для вантажних поїздів 0,50 - 0,52 МПа. Але найчастіше це 0,50 МПа, такий же тиск використовується на «Сапсані» та «Ластівці».

Пристроями, що підтримують в УР зарядний тиск, є редуктор і стабілізатор крана, що працюють абсолютно незалежно один від одного. Що робить стабілізатор? Він постійно випускає повітря з зрівняльного резервуара через отвір діаметром 0,45 мм, що є в його корпусі. Постійно, не перериваючи цей процес на мить. Випуск повітря через стабілізатор йде строго постійним темпом, який підтримується дросельним клапаном усередині стабілізатора - чим менше буде тиск в зрівняльному резервуарі, тим сильніше відкривається дросельний клапан. Цей темп набагато нижчий за темп службового гальмування, і він може регулюватися поворотом регулювального стакана на корпусі стабілізатора. Робиться це для ліквідації у зрівняльному резервуарі надзарядного (тобто перевищує зарядний) тиск.

Якщо повітря з зрівняльного резервуара постійно йде через стабілізатор, то він рано чи пізно піде все? Пішов би та не дасть редуктор. При падінні тиску в УР нижче зарядного, в редукторі відкривається поживний клапан, що повідомляє зрівняльний резервуар з живильною магістраллю, поповнюючи запас повітря. Таким чином, у зрівняльному резервуарі, у II-му положенні рукоятки крана постійно підтримується тиск 0,5 МПа.

Найкраще цей процес ілюструється такою схемою

Дія крана машиніста в II (поїздному) положенні: ГР - основний резервуар; ТМ - гальмівна магістраль; УР - зрівняльний резервуар; Ат - атмосфера


А що ж гальмівна магістраль? Тиск у ній підтримується рівним тиску в зрівняльному резервуарі за допомогою зрівняльної частини крана, яка складається з зрівняльного поршня (у центрі схеми), живильного та випускного клапана, що приводяться в дію поршнем. Порожнина над поршнем повідомляється з зрівняльним резервуаром (жовта область), а під поршнем - з гальмівною магістраллю (червона область). При підвищенні тиску в УР поршень опускається вниз, повідомляючи гальмівну магістраль з поживною, викликаючи підвищення тиску в ній, доки тиск у ТМ і тиск в УР не стануть рівними.

При зниженні тиску в зрівняльному резервуарі поршень переміщається вгору, відкриваючи випускний клапан, через який повітря з гальмівної магістралі виходить в атмосферу, до тих пір, коли тиску над поршнем і під ним не зрівняються.

Таким чином, у поїзному положенні тиск у гальмівній магістралі підтримується рівним зарядним. При цьому харчуються і витоку з неї, оскільки, і я постійно про це говорю, в ній однозначно і завжди є нещільність. Такий тиск встановлюється і в запасних резервуарах вагонів і локомотива, так само з відпочинком витоків.

Щоб привести в дію гальма, машиніст ставить ручку крана в V положення — гальмування службовим темпом. При цьому відбувається випуск повітря з зрівняльного резервуару через отвір, що забезпечує калібрування, що забезпечує темп падіння тиску 0,01 - 0,04 МПа в секунду. Процес контролюється машиністом за манометром зрівняльного резервуара. Поки рукоятка крана стоїть у V положенні, повітря виходить із зрівняльного резервуара. Спрацьовує зрівняльний поршень, піднімаючись вгору та відкриваючи випускний клапан, скидаючи тиск із гальмівної магістралі.

Щоб припинити процес випуску повітря з зрівняльного резервуару, машиніст ставить ручку крана в положення перекришу III або IV. Процес випуску повітря з зрівняльного резервуару, отже і з гальмівної магістралі припиняється. Так виконується ступінь службового гальмування. При недостатній ефективності гальм виконується ще один ступінь, для цього ручка крана машиніста знову перетворюється на положення V.

При штатному, службовим гальмуванні максимальна глибина розрядки гальмівної магістралі має перевищувати 0,15 МПа. Чому? По-перше, глибше розряджати безглуздо - через співвідношення обсягів запасного резервуара і гальмівного циліндра (ТЦ) на вагонах у ТЦ не набереться тиск більше 0,4 МПа. А розрядці на 0,15 МПа відповідає тиск в 0,4 МПа в гальмівних циліндрах. По-друге, глибше розряджати просто небезпечно — за низького тиску в гальмівній магістралі збільшиться час заряджання запасних резервуарів при відпустці гальма, адже вони заряджаються саме від гальмівної магістралі. Тобто подібні дії загрожують виснаженням гальма.

Допитливий читач запитає — а чим відрізняються перекрівлі у положеннях ІІІ та ІV?

У положенні IV золотник крана перекриває всі отвори в дзеркалі. Редуктор не відживає зрівняльний резервуар і тиск у ньому тримається досить стабільно, бо витікання з УР дуже малі. Зрівняльний поршень при цьому продовжує працювати, поповнюючи виток з гальмівної магістралі, підтримуючи в ній той тиск, який встановився в зрівняльному резервуарі після останнього гальмування. Тому це положення носить назву «перекриш з живленням витоків із гальмівної магістралі»

У III положенні золотник крана повідомляє між собою порожнини над і під зрівняльним поршнем, що блокує роботу зрівняльного органу - тиску в обох порожнинах падають одночасно темпом витоку. Підживлення цього витоку зрівняльним органом немає. Тому III положення крана зветься «перекриш без живлення витоків з гальмівної магістралі»

Чому таких положень два і який перекрив використовує машиніст? Обидві, залежно від ситуації та роду служби локомотива.

При керуванні пасажирськими гальмами, за інструкцією, машиніст зобов'язаний ставити кран у III положення (перекриш без живлення) у таких випадках:

• При прямуванні під заборонний сигнал
• При управлінні ЕЛТ після першого ступеня регулювального гальмування
• При прямуванні по крутому спуску або в глухий кут

У всіх цих ситуаціях неприпустима мимовільна відпустка гальм. А як він може статися? Та дуже просто — пасажирські розподільники повітря працюють на різниці двох тисків — у гальмівній магістралі та запасному резервуарі. При підвищенні тиску в гальмівній магістралі відбувається повна відпустка гальм.

А тепер уявімо, що ми гальмували і поставили в IV положення, коли кран живить витоку з гальмівної магістралі. І в цей час якийсь ідіот у тамбурі прочиняє, а потім закриває стоп-кран — балується мерзотник. Кран машиніста відживає цей витік, що призводить до підвищення тиску в гальмівній магістралі, а чутливий до цього пасажирський розподільник повітря дає повну відпустку.

На вантажних використовується головним чином IV положення - вантажний ВР не так чутливий до підвищення тиску в ТМ і має більш жорстку відпустку. У III положення ставлять лише за підозри про неприпустиму нещільність гальмівної магістралі.

А як робиться відпустка гальм? Для повної відпустки ручку крана машиніста ставлять у положення I - відпустка та зарядка. При цьому як зрівняльний резервуар, так і гальмівна магістраль з'єднуються безпосередньо з живильною магістраллю. Тільки наповнення зрівняльного резервуара йде через калібрований отвір, швидким, але досить помірним темпом, що дозволяє контролювати тиск за манометром. А наповнення гальмівної магістралі виробляється більш широким каналом, тому тиск там підскакує відразу до 0,7 — 0,9 МПа (залежно від довжини поїзда) і тримається таким до того, як ручку крана не поставлять у друге положення. Чому так?

Робиться це для того, щоб проштовхнути велику кількість повітря в гальмівну магістраль, різко завищити тиск, що дозволить відпускній хвилі гарантовано досягти останнього вагона. Цей ефект має назву імпульсна надзарядка. Вона дозволяє як прискорити саму відпустку, так і забезпечити швидшу зарядку запасних резервуарів по всьому поїзду.

Наповнення зрівняльного резервуара заданим темпом дозволяє процес відпустки контролювати. Після досягнення тиску в ньому зарядного (на пасажирських поїздах) або з деяким завищенням, залежно від довжини складу (на вантажних) ручку крана машиніста ставлять у II поїздне положення. Стабілізатор ліквідує перезаряджання зрівняльного резервуара, а зрівняльний поршень досить швидко робить тиск у гальмівній магістралі рівним тиску в зрівняльному резервуарі. Ось як вигладить процес повної відпустки гальм до зарядного тиску з погляду машиніста

Ступінчаста відпустка, у разі керування ЕЛТ або на вантажних поїздах при гірському режимі роботи розподільника повітря виконується постановкою рукоятки крана в II поїздне положення, з подальшим переведенням в перекриш.

А як відбувається керування електропневматичним гальмом? ЕЛТ керують з того ж крана машиніста, лише 395-го, який оснащений контролером ЕЛТ. У цій «банку», що одягається зверху на вал рукоятки, розташовані контакти, які через блок управління керують подачею у провід ЕЛТ позитивного або негативного, щодо рейок, потенціалу, а також знімають цей потенціал для відпустки гальм.

При включеному ЕПТ гальмування проводиться постановкою крана машиніста положення Va - гальмування уповільненим темпом. При цьому відбувається наповнення гальмівних циліндрів безпосередньо від розподільника електроповітря темпом 0,1 МПа в секунду. Контроль за процесом виконується за манометром тиску в гальмівних циліндрах. Розрядка зрівняльного резервуара у своїй відбувається, але досить повільно.

Відпустка ЕЛТ може проводитися як ступінчасто, постановкою крана положення II, так і повністю, з постановкою в положення I і завищенням тиску в УР на 0,02 МПа над рівнем зарядного тиску. Приблизно так виглядає з погляду машиніста

Як проводиться екстрене гальмування? При постановці ручки крана машиніста в положення VI, золотник крана відкриває широким каналом, безпосередньо, гальмівну магістраль в атмосферу. Тиск зменшується від зарядного до нуля за 3-4 секунди. Тиск у зрівняльному резервуарі також знижується, але повільніше. При цьому на розподільниках повітря спрацьовують прискорювачі екстреного гальмування — кожен ВР відкриває гальмівну магістраль в атмосферу. З-під коліс летять іскри, колеса юзять, не дивлячись на підсипку під них піску.

За кожне таке «кинути в шосте» машиніста чекає розбір у депо — чи були його дії виправдані приписами Інструкції з керування гальмами та Правилами технічної експлуатації рухомого складу, а також місцевих інструкцій. Не кажучи вже про той стрес, який він відчуває, «кидаючи у шосте».

Тому, якщо ви виходите на рейки, проскакуєте під шлагбаум, що закривається, на переїзд на автомобілі, пам'ятайте про те, що за вашу помилку, дурість, дурощі і браваду, в кінцевому рахунку несе відповідальність жива людина, машиніст поїзда. І ті люди, яким потім доведеться змотувати кишки з осей колісних пар, знімати відрубані голови з тягових редукторів.

Не дуже хочеться когось лякати, але це правда — правда, написана кров'ю та колосальним матеріальним збитком. Тому й гальма поїзда не такі прості, як могло б здатися.

Підсумок

Роботу крана допоміжного гальма я не розглядатиму в цій статті. З двох причин. По-перше, ця стаття перенасичена термінологією та сухою інженерією і ледве-ледь укладається в рамки науково-популярної. Друге – розгляд роботи КВТ вимагає залучення опису нюансів пневмосхеми гальм локомотива, а це тема окремої розмови.

Сподіваюся, цією статтею я вселив читачам забобонний жах ... ні-ні, я жартую звичайно. Без жартів, думаю стало зрозуміло, що гальмівні системи поїздів це цілий комплекс взаємопов'язаних і надзвичайно складних пристроїв, конструкція яких спрямована на оперативне та безпечне керування рухомим складом. Крім того, дуже сподіваюся, що відбив бажання приколюватися над локомотивною бригадою грою зі стоп-краном. Принаймні у когось...

У коментарях мене просять розповісти про Сапсан. Буде «Сапсан», і буде він окремою, гарною та великою статтею, з дуже тонкими подробицями. Цей електропоїзд дав мені короткий, але дуже насичений у творчому плані період у житті, тож розповісти про нього я дуже хочу, і обов'язково виконаю свою обіцянку.

Хочу висловити свою подяку наступним людям та організаціям:

1. Роману Бірюкову (Ромич РЖДЗЗ) за фотоматеріал по кабіні ЕП20
2. Сайту www.pomogala.ru - За схеми, взяті з їх ресурсу
3. Ще раз Роме Бірюкову та Сергію Авдоніну за консультації щодо тонких моментів роботи гальм.

До нових зустрічей, дорогі друзі!

Джерело: habr.com