Паровозыжелезнодорожный транспорт

Для приготовления сжатого воздуха на каждом паровозе ставится насос (фиг. 156), приводимый в действие паром из котла. Пуск насоса осуществляется вручную (открытием парозапорного 14*

вентиля), но вся его дальнейшая работа протекает автоматически: специальный регулятор давления останавливает насос, если давление сжатого воздуха достигает заданной величины (обычно 8— 9 am), и снова пускает его в ход, когда давление снизится на 0,2—0,3 am, т. е. на величину чувствительности работы регулятора давления. Современный паро-воздушный компаунд-насос нагнетает в одну минуту до 3 ООО л атмосферного воздуха. Сжатый воздух, нагнетаемый насосом, подводится в место его накопления — в главный воздушный резервуар. Обычно на паровозе устанавливаются два соединённых воздухопроводом главных воздушных резервуара общей ёмкостью от 900 до 1 ООО л. Из главного воздушного резервуара сжатый воздух подаётся к крану машиниста и отсюда в длинный, уложенный вдоль всего поезда, воздухопровод (тормозную магистраль), а от него через воздухораспределители •— в запасные резервуары. Кран машиниста предназначен для управления давлением воздуха в магистрали, т. е. для управления автотормозами. Между паровозом, тендером и вагонами магистраль соединяется резиновыми соединительными рукавами. Под каждым паровозом и тормозным вагоном находятся запасные резервуары, тормозные цилиндры и воздухораспределители. Воздухораспределитель — сердце тормоза — распределяет сжатый воздух между магистралью, запасным резервуаром и тормозным цилиндром. Иными словами, тормозной цилиндр прямого сообщения с тормозной магистралью не имеет. При таком устройстве воздухораспределитель в одном случае сообщает магистраль с запасным резервуаром и тогда последний наполняется (заряжается) сжатым воздухом из магистрали (в этом случае тормозной цилиндр через воздухораспределитель сообщён с атмосферой), а в другом случае устанавливает прямое сообщение между запасным резервуаром и тормозным цилиндром и тогда последний наполняется сжатым воздухом из запасного резервуара. В процессе поступления в тормозной цилиндр сжатый воздух перемещает поршень со штоком, а вместе с ним и рычажную передачу, с помощью которой тормозные колодки прижимаются к колёсам. Чтобы представить действие автоматических тормозов, проследим за чередованием важнейших процессов (зарядки, торможения и отпуска), происходящих при управлении тормозами (см. фиг. 156). Зарядка. Перед отправлением поезда тормоз заряжается или, как принято говорить, производится зарядка тормозов. Зарядка тормозов заключается в наполнении магистрали и запасных резервуаров сжатым воздухом из главного резервуара паровоза. Для зарядки нужно повернуть рукоятку крана машиниста в положение (первое), при котором главный резервуар получит сообщение с тормозной магистралью поезда (фиг. 156, а).

Зарядка считается оконченной, когда давление в магистрали и запасных резервуарах достигнет установленной величины (для грузовых поездов 5,3—5,5 am и пассажирских 5,0—5,2 am). Это давление устанавливается краном машиниста и контролируется по манометру. После того как давление в магистрали достигает указанных величин, рукоятку крана машиниста переводят в следующее положение, называемое поездным, при котором указанное давление поддерживается автоматически, независимо от утечек. При зарядке давление сжатого воздуха в магистрали повышается; части (внутренние органы) воздухораспределителя устанавливаются в такое положение, при котором воздух из магистрали направляется в запасный резервуар. В тормозной цилиндр сжатый, воздух при этом пройти не может, цилиндр остаётся сообщённым с атмосферой, и тормозные колодки, как это видно из фиг. 156, а, не прижимаются к колёсам. Торможение. Для торможения необходимо, чтобы воздух из запасного резервуара был выпущен в тормозной цилиндр, который предварительно должен быть изолирован от атмосферы. Это достигается тем, что машинист, ставя рукоятку крана машиниста в тормозное положение, выпускает часть воздуха из тормозной магистрали в атмосферу. При некотором снижении давления в магистрали воздухораспределитель приходит в действие и его части устанавливаются в такое положение, при котором запасный резервуар соединяется с тормозным цилиндром и разобщается с магистралью, как показано на фиг. 156, б. Тогда
под напором
сжатого воздуха, перетекающего из запасного резервуара в тормозной цилиндр, поршень последнего будет перемещаться вместе со штоком и, воздействуя на рычажную передачу, прижмёт тормозные колодки к бандажам колёс. В зависимости от силы нажатия колодок поезд или остановится или скорость его уменьшится. Чтобы ещё раз понизить давление в магистрали, нужно повернуть рукоятку крана машиниста в положение, при котором магистраль снова соединяется с атмосферой. Разумеется, что в этом случае давление в магистрали понизится, воздухораспределитель вновь сообщит запасный резервуар с тормозным цилиндром и тормозные колодки с помощью рычажной передачи с большей силой прижмутся к колёсам. Схема расположения и подвески тормозных колодок на паровозе показана на фиг. 157. Отпуск. Получив нужную степень торможения, машинист выключает тормоза или, как говорят железнодорожники, производит отпуск тормозов. Для этого он с помощью крана машиниста соединяет главный резервуар с магистралью (см. фиг. 156, а). Впуск сжатого воздуха в магистраль сопровождается повышением давления в ней до установленного. После этого рукоятка крана машиниста переводится в поездное положение, при котором давление в магистрали в дальнейшем автоматически поддерживается 5—5,2 или 5,3—5,5 am. При этом части воздухораспределителя устанавливаются в первоначальное положение, т. е. выпускают сжатый воздух из тормозных цилиндров в атмосферу и одновременно наполняют запасные резервуары сжатым воздухом из магистрали. Тормоз вновь готов (заряжен) для следующего торможения. Итак, понижение давления воздуха в магистрали вызывает торможение поезда, а повышение давления — отпуск тормозов. Наполнение сжатым воздухом тормозных цилиндров происходит из запасных резервуаров,предварительно заряженных до давления 5—5,2или 5,3—5,5 am в зависимости от рода поезда — пассажирский или грузовой. В этом и заключается общий принцип действия всех автоматических воздушных тормозов, применяемых на железнодорожном транспорте. Хотя рассмотренный нами тип тормоза является автоматическим, но он непрямодействующий (истощимый). Это значит, что при длительном торможении запас сжатого воздуха (в запасном резервуаре) может истощиться: в процессе торможения запасный резервуар воздухораспределителем разобщён с магистралью, а магистраль краном машиниста разобщена с главным резервуаром. Поэтому воздух в тормозной цилиндр может поступать только из запасного резервуара, объём которого ограничен, и утечки воздуха восполняться не будут. Вследствие этого давление в тормозных цилиндрах, а значит, и тормозная сила поезда, постепенно уменьшатся. Чтобы вновь восстановить высокое давление воздуха в тормозном цилиндре, необходимо сообщить магистраль с главным и запасными резервуарами. Для этого машинист должен произвести отпуск и зарядку тормоза. Лишь после такой перезарядки можно снова начинать торможение. На это требуется затратить некоторое время, потеря которого при торможении, особенно на спусках, весьма опасна, а иногда и вовсе недопустима. Таким образом, главным недостатком непрямодействующего автоматического тормоза является его истощимость.

Автоматическим тормозам системы Матросова и Казанцева не присуща истощимость. Воздухораспределители советских тормозов так устроены, что при недостатке воздуха в запасных резервуарах они пополняются из магистрали, которая в свою очередь получает воздух из главного резервуара паровоза через кран машиниста. Таким образом, при любых условиях запасные резервуары всегда обеспечены нужным количеством сжатого воздуха. Тормоза системы Матросова и Казанцева являются неистощимыми, поэтому они называются прямодействующими автоматическими тормозами. Лучший из них тормоз Матросова в 1930 г. принят типовым для грузового подвижного состава железных дорог СССР. С 1953 г. подвижной состав оборудуется тормозом Матросова (МТЗ-135), который наряду с указанными достоинствами обладает также лёгким отпуском, более быстрым наполнением тормозных цилиндров и наличием ускорителей для экстренного торможения. . Отпуск тормозов называется лёгким потому, что тормозные колодки в длинносоставном поезде отходят от бандажей в течение 40—50 сек. вместо 2—3 мин. при старом тормозе. Быстрое наполнение тормозных цилиндров обеспечивает значительное сокращение тормозных путей.

Действие электропневматического тормоза, так же как и пневматического, определяется положением рукоятки крана машиниста и заключается в том, что машинист при помощи тормозного контроллера, жёстко связанного с рукояткой крана машиниста, включает «ли выключает электромагнитные контакторы, которые в свою 1 Этот параграф написан инж. Г. И. Ерышаловым. очередь включают или отключают турбогенератор от проводов электрической схемы, по которым энергия постоянного тока подводится к катушкам электромагнитных вентилей ВО и ВТ электровоздухораспределителей (фиг. 158). Таким образом, энергия сжатого воздуха, находящегося в тормозной магистрали, при электрическом управлении не используется, и разрядка магистрали, как это делается при управлении пневматическими тормозами, становится необязательной, что и имеет место на моторвагонных секциях. В пятипроводной схеме разрядка поездной магистрали временно сохранена. При оборудовании большинства вагонов пассажирского парка электропневматическим тормозом необходимость в разрядке тормозной магистрали в этом случае отпадёт. Для того чтобы яснее представить себе, как действует электропневматический тормоз, познакомимся сначала с особенностями устройства электровоздухораспределителя. Электровоздухораспределитель (см. фиг. 158) состоит из двух основных частей: электрической и пневматической. К электрической части относятся два электромагнитных вентиля ВО — отпускной и ВТ — тормозной. Отличие между ними состоит в том, что корпус отпускного вентиля ВО имеет в сердечнике сквозной вертикальный канал для выпуска воздуха в атмосферу из рабочей камеры РК электровоздухораспределителя. Пневматическая часть или, собственно электровоздухораспределитель, состоит из трёх камер: 1) рабочей РК, которая в отпущенном положении тормоза сообщается с атмосферой; 2) камеры тормозного цилиндра А’77/, соединённой через переключательный клапан с тормозным цилиндром и 3) камеры запасного резервуара КЗР, постоянно соединённой с запасным резервуаром вагона. Действие электровоздухораспределителя заключается в следующем: при возбуждении катушки вентиля ВО магнитный поток притягивает клапан к сердечнику корпуса и плотно закрывает атмосферное отверстие, однако давление в рабочей камере попрежнему остаётся равным атмосферному; при возбуждении катушки вентиля ВТ клапан открывает калиброванное отверстие, через которое сжатый воздух из запасного резервуара поступает в рабочую камеру Р/С; давление в камере повышается, и гибкая резиновая диафрагма, разделяющая камеры РК и КТЦ, прогибается, закрывая атмосферное отверстие пустотелого клапана. Перемещаясь вниз, клапан открывает кольцевое отверстие, через которое сжатый воздух из запасного резервуара поступает в тормозной цилиндр. С этого момента и начинается действие электропневматического тормоза, так как шток тормозного цилиндра переместится и тормозные колодки прижмутся к бандажам колёсных пар. Процесс перетекания сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр и рабочую камеру будет продолжаться до тех пор, пока давление в цилиндре и камере РК не уравняется. Выше уже отмечалось, что длительность этого процесса составляет всего 4,0—4,5 сек. Однако если катушку вентиля ВТ обесточить несколько ранее, то процесс повышения давления в тормозном цилиндре и камере РК прекратится немедленно, так как давления в камерах РК и КТЦ, будучи равными, заставят гибкую диафрагму выпрямиться, вследствие чего кольцевое отверстие пустотелого клапана закроется. Такая конструкция электровоздухораспределителя позволяет получить любую степень наполнения тормозного цилиндра сжатым воздухом. Практически отдельные ступени повышения давления в тормозном цилиндре могут быть получены по 0,25—0,3 am, чего невозможно достигнуть при пневматических автоматических тормозах системы Вестингауза. При снятии напряжения с катушки вентиля ВО рабочая камера соединится с атмосферой и давление в ней начнёт понижаться. В результате избыточное давление со стороны камеры КТЦ заставит гибкую диафрагму прогнуться кверху так, что атмосферное отверстие пустотелого клапана откроется и сжатый воздух из тормозного цилиндра будет выходить в атмосферу. С этого момента начинается отпуск тормоза, который также может производиться отдельными ступенями по 0,25—0,3 am, что является основным достоинством электропневматических тормозов перед автоматическими тормозами системы Вестингауза. Рассмотрим теперь основные процессы, происхо
дящие при управлении электропневматическими тормозами. Зарядка. Процесс зарядки электропневматического тормоза сжатым воздухом ничем не отличается от процесса зарядки пневматического тормоза, описанного выше. После зарядки электропневматический тормоз считается готовым к действию только после включения турбогенератора и главного выключателя. • При включении главного выключателя (см. фиг. 159) переменный ток от вторичной обмотки трансформатора через плавкий предохранитель и контакты главного выключателя подводится к включённым блок-контактам электромагнитных контакторов 9 я 10 и от них к поездным проводам 1 и 2. Далее переменный ток по цепи этих проводов протекает вдоль всего состава до последнего вагона и возвращается обратно в голову поезда по цепи 3, 4 и 5 проводов к лампам сигнализатора, который установлен на локомотиве. Отсюда через заземлённую клемму ток поступает во вторичную обмотку трансформатора. Таким образом, при исправном состоянии поездных проводов на сигнализаторе будут гореть все три лампы, указывающие машинисту о исправности электропневматического тормоза и готовности его к действию. При обрыве одного из поездных проводов соответствующая контрольная лампа на сигнализаторе погаснет, при этом переменный ток пройти через катушки вентилей ВО и ВТ не может, так как их сопротивление для переменного тока очень велико. Отсутствие сигнального огня на одной из ламп сигнализатора служит для машиниста указанием для перехода на пневматический тормоз, что осуществляется простым отключением главного выключателя. Перекрыша. Третье положение крана машиниста, так называемое перекрыша или подготовительное, является промежуточным между поездным и тормозным положениями и необходимо на кране для того, чтобы машинист мог при торможении и отпуске регулировать степень заполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом. При третьем положении рукоятки крана машиниста тормозная магистраль, как уже отмечалось, отсоединяется от главного резервуара; при этом включается электромагнитный контактор 9, который подключает первый провод к турбогенератору и отключает его своей блокировкой от вторичной обмотки трансформатора. В результате постоянный ток протекает по цепи первого провода к катушкам вентилей ВО, которые возбуждаются и закрывают атмосферные отверстия рабочих камер электровоздухораспределителей. В конце поезда, на последнем вагоне, первый провод соединён с четвёртым и пятым проводами, по цепи которых постоянный ток подводится к двум сигнальным лампам, а также к одной из катушек срывного клапана. Таким образом, контроль за состоянием поездных проводов при третьем положении не прекращается, так как вместо переменного тока лампы питаются постоянным током. Исправность второго и третьего провода на положении перекрыша попрежнему контролируется переменным током. Торможение. Торможение поезда электропневматическим тормозом осуществляется так же, как и пневматическим, постановкой рукоятки крана машиниста в тормозное положение. В этом случае включается электромагнитный контактор 10; провод 2 электрической схемы, также как и провод /, оказывается под напряжением постоянного тока. Переменный ток блокировкой этого контактора отключается. В результате все катушки вентилей ВТ возбуждаются, и сжатый воздух начинает заполнять рабочие камеры. Дальнейшая работа электровоздухораспределителей протекает, как описано выше. Как только поршни тормозных цилиндров начнут перемещаться, средняя лампа сигнализатора —• зелёного цвета — погаснет, так как блокировки тормозных цилиндров БТЦ разомкнут цепь пятого провода. Вновь эта лампа загорится только тогда, когда все тормозные цилиндры будут находиться в отпущенном состоянии и все блокировки БТЦ замкнутся. Достаточно одному тормозному цилиндру остаться в заторможённом положении, зелёная лампа гореть не будет. Возможность контроля отпуска тормозных цилиндров является ценным преимуществом электропневматического тормоза, так как благодаря этому исключается отправление поезда с заторможёнными колёсными парами, что иногда имеет место при пневматических тормозах. Отпуск. Отпуск электропневматического тормоза производится путём снятия напряжения с первого провода постановкой рукоятки крана машиниста во второе или первое положение. В этом случае рабочие камеры электровоздухораспределителей соединяются с атмосферой, и в результате прогиба диафрагмы кверху сжатый воздух из тормозных цилиндров через пустотелый клапан выходит в атмо
сферу. Однако зарядка тормоза должна производиться только при первом положении ручки крана машиниста, что ускоряет процесс заполнения запасных резервуаров сжатым воздухом и гарантирует отпуск пневматических тормозов на вагонах, не оборудованных электропневматическим тормозом и прицепленных в конце состава.

Недалеко то время, когда па наших дорогах появятся высокоскоростные поезда: пассажирские составы будут проходить в час 150—200км, скорость грузовых достигнет 100—120 км/час. Применение высоких скоростей потребует решения ряда задач: увеличения прочности железнодорожного пути, улучшения динамических и аэродинамических качеств локомотивов, широкого использования современных средств автоматики. Уже сейчас важное значение приобретает проблема электропневматических тормозов, как наиболее совершенных по управляемости и эффективности действия тормозных средств. Перед тем, как познакомиться с этими новыми видами автотормозов, обеспечивающих безопасность движения на высоких скоростях, остановимся на некоторых особенностях чисто пневматического автотормоза. Важнейшими приборами такого тормоза, как уже знает читатель, являются воздухораспределители. Расположенные под каждым тормозным вагоном они приходят в действие не сразу, а последовательно. Первоначально, когда машинист только переставил рукоятку крана в тормозное положение и воздух только начал выходить из магистрали, приходят в действие воздухораспределители передних, головных вагонов. Затем процесс торможения распространяется вдоль поезда со скоростью примерно 150 — 200 м/сек (скорость тормозной волны), заставляя срабатывать воздухораспределители хвостовых вагонов. Процесс падения давления в магистрали происходит с несколько большей скоростью, т. е. опережает тормозную волну. Следовательно, от момента поворота рукоятки крана машиниста в тормозное положение до начала действия тормоза последнего вагона проходит некоторое время тем большее, чем длиннее поезд. Так, в длинносоставных грузовых поездах оно равно около 7 сек. К сказанному следует добавить, что тормозные цилиндры наполняются сжатым воздухом не сразу, а в среднем в течение примерно 18 сек. (у грузовых поездов). Почему так много времени затрачивается на заполнение цилиндров? При пневматических автотормозах резкое сокращение этого времени привело бы к появлению в поезде, особенно длинносоставном, продольно-динамических реакций, так как воздухораспределители головных вагонов имели бы полное нажатие колодок, а хвостовые вагоны ещё не начали бы тормозить, что вызвало бы сильное набегание и оттяжку хвостовой части поезда. Чтобы избежать реакций и, следовательно, достигнуть высокой плавности торможения, приходится намеренно увеличивать время наполнения тормозных цилиндров с таким расчётом, чтобы в момент торможения хвостовых вагонов нажатие тормозных колодок головных вагонов (время заполнения тормозных цилиндров) было бы не более 30% от максимального. При пневматических тормозах грузовых поездов максимальное торможение всего состава начинается примерно через 7 сек., а в пассажирских поездах через 4 сек. За это время (называемое временем подготовки к торможению) успевает прийти в действие только часть тормозов, расположенная преимущественно в передней половине поезда. Этим, собственно, и объясняется значительная длина предтррмоз-ного пути. Если бы удалось уменьшить время подготовки к торможению, то эффективность автотормозов возросла, так как предтормозной путь, а значит, и тормозной путь значительно сократились, что особенно важно при высоких скоростях движения. Как это сделать? Большие возможности для управления воздухораспределителями на расстоянии открывает электротехника. Так как скорость распространения электрического тока практически мгновенна, то и воздухораспределители, управляемые с помощью электричества, будут срабатывать одновременно во всех тормозных вагонах поезда, как бы ни был он длинен. Специальные опыты, проведённые ЦНИИ МПС, показали, что при длине поезда 1 000 м все воздухораспределители срабатывая т б течение 0,4 сек., т. е. практически одновременно. Этими же опытами установлено, что время наполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом во всём поезде от нуля до полного расчётного давления составляет 4,0—4,5 сек., что полностью исключает возникновение в поезде продольно-динамических реакций, так как все вагоны тормозятся одновременно и практически с одинаковым замедлением. Таким образом, одновременное срабатывание воздухораспределителей независимо от длины поезда не только способствует сокращению тормозного пути, но и обеспечивает плавность торможения по всему составу. Пневматические автотормоза, воздухораспределители которых управляются при помощи электрического тока, называются электропневматическими тормозами. Элек
тропневматическим тормозом оборудованы пригородные поезда (моторвагопные секции) электрифицированных участков железных дорог. Семилетний опыт эксплуатации этих тормозов полностью себя оправдал с точки зрения гибкости управлениям также по надёжности и эффективности их работы. В настоящее время проводится опытная эксплуатация электропневматических тормозов в пассажирских поездах с паровой тягой. Рассмотрим вкратце принципиальную схему устройства такого тормоза (фиг. 158 и 159). Управление тормозных приборов в поезде производится постоянным током, а контроль состояния электрических цепей —переменным током.

Постоянный и переменный ток вырабатывается турбогенератором типа ТГ-1Р. Основными приборами и аппаратами электропневматического тормоза являются: электровоздухораспределитель, назначение которого регулировать давление воздуха в тормозном цилиндре при электрическом управлении тормозом (Тройной скородействующий клапан в этом случае служит резервным тормозным прибором, действующим автоматически при отказе электровоздухораспределителя, срыве стоп-крана, разрыве тормозной магистрали или при обрыве •одного из поездных проводов электрической схемы, а также для того, чтобы заряжать сжатым воздухом запасный резервуар.); кран машиниста с тормозным контроллером, служащий для управления как чисто пневматическим, так и электропневматическим тормозом; с р ы в н о й клапан, предназначенный для экстренной разрядки магистрали в случае неисправности электрических цепей тоомоза; главный выключатель, служащий для включения проводов электрической схемы к турбогенератору и отключению от него; электромагнитные контакторы, предназначенные для управления работой электровоздухораспределителей; ламповый сигнализатор с тремя контрольными лампами, позволяющими машинисту судить об исправности электрических цепей; сигнал иатор отпуска, имеющий механический привод к поршню тормозного цилиндра и служащий для контроля •отпуска тормозов. Как видно из фиг. 159, все аппараты и приборы электропневматического тормоза при помощи пяти проводов электрической схемы {1,2, 3, 4, 5) и гибких междувагонных соединений связаны между собой в единую электропневматическую систему. Так как тормоз имеет пять проводов, то он и называется пяти-проводным электропневматическим тормозом. В настоящее время разрабатываются опытные образцы однопро-водного электропневматического тормоза для длииносоставных грузовых поездов. Как же работает пятипроводный электропневматический тормоз?