Принцип действия тормозной системы локомотива кратко
Обновлено: 05.07.2024
Каждый день поезда мчат по рельсам, доставляя пассажиров и грузы к месту назначения. Железнодорожный вид транспорта признан самым безопасным, поэтому сидя в комфортном вагоне, мы вряд ли задумываемся о строении тормозной системы поезда. Мы просто доверяем машинисту, зная, что в кабине профессионал. Но давайте немного углубимся в технические процессы устройства тормозной системы поезда.
Воздушный тормоз (АВ) — это универсальный отказоустойчивый механизм, используемый железными дорогами во всем мире. Функционирование пневматической тормозной системы основано на физических свойствах сжатого воздуха.
Любое движущееся транспортное средство в конечном итоге остановится, когда его кинетическая энергия (KE) рассеивается в виде тепловой энергии из-за трения между колесами и дорогой. Движущийся поезд, как и любое другое транспортное средство, содержит кинетическую энергию (KE). Тормозной цилиндр (БЦ) накладывает тормозную колодку на вращающиеся колеса, что создает трение.
Основными компонентами тормозной системы поезда являются:
1) компрессор: сжимает воздух, который он вытягивает из атмосферы для использования в пневматическом устройстве поезда. Компрессор, устанавливается на локомотиве.
2) главный резервуар: место, где хранится сжатый воздух для торможения и других пневматических применений.
3) разрывная труба(BP) и питательная труба (FP): они проходят по всей длине вагона. Они соединены друг с другом шланговой муфтой для образования непрерывной подачи воздуха от Локомотива к задней части поезда.
4) вспомогательный резервуар: он непрерывно заряжается через питательную трубу. Это обеспечивает полное усилие разрыва во время аварийной ситуации в случае утечки в цилиндре разрыва.
5) распределитель: распределитель — это просто сложный тройной клапан. Он соединен с тормозной трубой, вспомогательным резервуаром и тормозным цилиндром.
Когда поезд стоит на запасном пути, под колеса кладутся тормозные башмаки — специальные металлические подставки под колеса, необходимые для предотвращения произвольного движения поезда. А когда поезд находится в движении, то используется пневматическая система торможения.
Давайте посмотрим, как работает тормозное устройство. Первоначально, когда тормоза не применяются, тормозной цилиндр соединяется с атмосферой через отверстие в распределителе. Нажимая на тормоза, машинист двигает ручку. При таком движении давление в системе снижается. Это снижение давления воспринимается распределительным клапаном против управляющего давлением в резервуаре. Воздух из вспомогательного резервуара поступает в разрывной цилиндр, и разрывы применяются. На приведенной ниже диаграмме показано положение тормозного цилиндра, вспомогательного цилиндра, распределителя (тройного клапана) при торможении.
Звено (внизу) внутри тормозного цилиндра(БЦ). Сжатый воздух входит в БК, толкает этот стержень наружу, который, в свою очередь, толкает разрывную площадку на колесах.
Тормоза поезда работают за счет давления воздуха. Давление воздуха создают в Локомотиве через два или три компрессора. Создаваемое давление накапливается в четырех основных резервуарах. Это г-н 1,2,3 и 4. Эти МР (главный резервуар) располагались по обе стороны Локомотива в нижней раме. МР поддерживают на уровне 10 кг/см. Вот фотография одного из главных резервуаров.
Когда по какой-либо причине давление воздуха в трубе ВР уменьшается ниже 5 кг/ кв. см с определенной скоростью, то тормозные распределительные клапаны, установленные под всеми вагонами, приходят в действие и воздух из питающей трубы направляется в тормозные цилиндры вагонов, в пропорции снижения давления в тормозной трубе, примерно в 2,5 раза (максимум 3,5 кг / кв. см). Благодаря чему поршни этих цилиндров выходят наружу, а тормозные колодки, соединенные с этими поршнями, цепляются за колеса и управляют скоростью движения поезда, а непрерывное приложение останавливает вращение колеса там, приводя поезд к остановке.
Когда давление в трубах ВР снова поддерживается на уровне 5 кг / кв. см, то с помощью распределительного клапана питательная труба начинает заряжать обратно вспомогательный резервуар, а распределительный клапан выпускает давление воздуха тормозного цилиндра через его выходное отверстие, и тормоза отпускаются после того, как поршни отпускаются пружинным действием.
Как правило, давление ВР контролируется локомотивным машинистом для торможения и освобождения тормозов в поезде от тормозного клапана, предусмотренного в Локомотиве. Кроме того, предохранитель может также применять тормоза путем снижения давления BP от ручки тормоза, указанной в предохранителе тормозного транспортного средства. В то же время, когда возникает аварийная ситуация, и если какой-либо пассажир тянет за стоп-кран, то и, то же давление ВР истощается напрямую, и применяются тормоза в поезде.
1 — компрессор, 2 — главный резервуар, 3 — питательная магистраль, 4 — кран машиниста, 5 — магистраль вспомогательного тормоза, 6 — тормозной цилиндр, 7 — поршень, 8 — шток, 9 — неподвижная точка, 10 — тормозная колодка.
По принципу действия пневматические тормоза делятся на три основные группы:
- неавтоматические прямодействующие;
- автоматические непрямодействующне;
- автоматические прямодействующие.
Неавтоматический прямодействующий тормоз применяется только для торможения локомотива и является вспомогательным.
Компрессор 1 нагнетает в главный резервуар 2 сжатый воздух, который по питательной магистрали 3 поступает к крану машиниста 4 .Кран машиниста условно изображен в виде переключательной пробки, в которой высверлен прямоугольный канал. При постановке ручки крана машиниста в положение отпуска III тормозная магистраль 5 с соединительными рукавами, концевыми кранами и тормозные цилиндры 6 сообщаются с атмосферой Ат. Рычажная передача 9 при этом удерживает башмаки с колодками 10 на определенном расстоянии от поверхности катания колес.
Прямодействующий неавтоматический тормоз
При переводе ручки крана в положение торможения I сжатый воздух из главного резервуара 2 по питательной магистрали 3 через кран машиниста 4, тормозную магистраль 5 поступает в цилиндр 6, передвигая поршень 7 со штоком 8 и связанную с ним рычажную передачу 9 и прижимая колодки к колесам.
Перемещение ручки крана в положение перекрыши II приводит к отключению главного резервуара от магистрали 5 и цилиндра 6. Вся система остается в заторможенном состоянии, причем утечки воздуха из тормозного цилиндра не восполняются.
Этот тормоз называется неавтоматическим потому, что при разрыве поезда (разъединении рукавов) торможения не происходит, сжатый воздух уходит из системы в атмосферу. Тормоз является прямодействующим и неистощимым, так как торможение происходит за счет подачи сжатого воздуха непосредственно из главного резервуара и имеется возможность восполнить утечки воздуха из цилиндров.
Автоматический непрямодействующий тормоз применяется на российских железных дорогах для пассажирских локомотивов и вагонов.
Автоматический непрямодействующий тормоз
По сравнению с первой схемой на каждом вагоне размещены два дополнительных прибора - воздухораспределитель 6 и запасной резервуар 8. Кран машиниста в положении зарядки и отпуска (оно теперь обозначено I) соединяет главные резервуары 2 и питательную магистраль 3 с тормозной магистралью 5, а из неё воздух поступает в воздухораспределитель 6 и запасной резервуар 8. Тормозной цилиндр 7 через канал в воздухораспределителе соединен с атмосферой. При торможении (рисунок б) кран машиниста соединяет тормозную магистраль с атмосферой. Слева от поршня воздухораспределителя падает давление, а справа на него действует давления воздуха запасного резервуара. Поршень сдвигается влево и увлекает за собой золотник, который разобщает тормозной цилиндр с атмосферой, но соединяет его с запасным резервуаром. ТЦ наполняется, тормозные колодки прижимаются к колесам. Тормоз является автоматическим, так как при любом падении давления в тормозной магистрали (открытии стоп-крана 9, разрыве магистрали - разъединении рукавов) происходит торможение без участия машиниста. Но в такой схеме тормоза нет прямодействия , поскольку во время торможения и при перекрыше главный резервуар не сообщается с тормозным цилиндром. Таким образом, этот тормоз является истощимым.
Автоматический п р я м о д е й с т в у ю щ и й тормоз применяется на всех грузовых локомотивах и вагонах, а также на пассажирском подвижном составе западноевропейских железных дорог.
Автоматический прямодействующий тормоз
На локомотиве установлены компрессор 1, главный резервуар 2, напорная (питательная) магистраль 3 и кран машиниста 4, имеющий устройство 5 для питания тормозной магистрали в положении перекрыши. Сжатый воздух, вырабатываемый компрессором, заполняет главный резервуар и далее по питательной магистрали поступает к крану машиниста.
Если ручка крана машиниста установлена в положение I зарядки и отпуска, то воздух подается в тормозную магистраль 6, которая проходит вдоль локомотива и сцепленных с ним вагонов. Соединение магистралей отдельных единиц подвижного состава осуществляется гибкими рукавами 7 с концевыми кранами 8. Из тормозной магистрали сжатый воздух через воздухораспределитель 12 поступает в запасный резервуар 11. В то лес время тормозной цилиндр 13 через воздухораспределитель сообщается с атмосферой Ат. Таким образом происходит зарядка тормоза до определенного зарядного давления.
При постановке ручки крана машиниста в положение II торможения происходит выпуск воздуха из магистрали 6 в атмосферу. Падение давления в магистрали вызывает срабатывание воздухораспределителя, который сообщает запасный резервуар с тормозным цилиндром. По мере повышения давления в цилиндре его поршень со штоком перемещает рычажную передачу 14, в результате чего тормозные колодки прижимаются к колесам.
Когда ручка крана машиниста находится в положении III перекрыши, колеса остаются заторможенными. Возможные утечки воздуха из тормозного цилиндра не вызывают падения давления и ослабления силы нажатия колодок, так как цилиндр питается сжатым воздухом из запасного резервуара III, который пополняется из магистрали через обратный питательпый клапан 10, встроенный в воздухораспределитель. В свою очередь тормозная магистраль связана с главным резервуаром 2 через питательное устройство 5 крана машиниста.
Отпуск тормоза производится переводом ручки крана машиниста в I положение. При этом происходит наполнение сжатым воздухом тормозной магистрали и запасных резервуаров, а цилиндр 13 сообщается с атмосферой, как при зарядке.
Такой тормоз называется автоматическим потому, что при понижении давления сжатого воздуха в магистрали из-за открытия крана экстренного торможения (стоп-крана) 9 или разрыве поезда (разъединении рукавов 7) происходит торможение независимо от действий машиниста. Тормоз является прямодействующим, поскольку в заторможенном состоянии в положении перекрыши происходит питание всей системы сжатым воздухом прямо из главного резервуара, а также и неистощимым, так как утечки воздуха из тормозных цилиндров постоянно восполняются.
Электропневматическими называются тормоза, управляемые при помощи электрического тока, а для создания тормозной силы используется энергия сжатого воздуха.
Электропневматический тормоз прямодействующего типа с разрядкой и без разрядки тормозной магистрали применяется на пассажирских, электро- и дизель-поездах.В этом тормозе наполнение цилиндров при торможении и выпуск воздуха из них при отпуске осуществляется независимо от изменения давления в магистрали, т. е. аналогично прямодействующему пневматическому тормозу . Автоматичность тормоза обеспечивается наличием воздухораспределителя 9.
По характеру действия различают пневматические тормоза нежесткие, полужесткие и жесткие.
- Нежесткие тормоза — такие, которые работают нормально при любом зарядном давлении в магистрали. При медленном снижении давления в магистрали темпом 0,03— 0,04 МПа (0,3—0,4 кгс/см2) в 1 мин и менее такие тормоза в действие не приходят , а при темпе снижения 0,01 МПа (0,1 кгс/см2) в 1 с и более срабатывают на торможение. При повышении давления в магистрали после торможения на 0,02— 0,03 МПа (0,2—0,3 кгс/см2) происходит полный отпуск без ступеней.
- Полужесткие тормоза отличаются от нежестких только тем, что для полного отпуска требуется восстановить первоначальное зарядное предтормозное давление в магистрали или на 0,01—0,02 МПа (0,1—0,2 кгс/см2) ниже зарядного. Этот тормоз обладает свойством не только ступенчатого торможения, но и ступенчатого отпуска (горный режим отпуска).
- Жесткие тормоза — такие, которые работают только при определенном зарядном давлении в тормозной магистрали. Эти тормоза приходят в действие при любом темпе снижения давления в магистрали и на любую величину и остаются заторможенными до тех пор, пока в магистрали сохраняется давление ниже установленного зарядного.
На железных дорогах России и СНГ тормоза жесткого типа применяют в грузовом подвижном составе, эксплуатирующемся на небольших участках, имеющих особо крутые уклоны (0,045 и более). Такие тормоза применяются с переключающим устройством, которое на равнинном профиле пути придаст тормозу свойства нежесткого, на горном профиле — полужесткого.
Анимация (мультик) по схемам прямодействующего, нпрямодействующего
тормоза и ЭПТ
Отличное пособие по новому воздухораспределителю пассажирских вагонов № 242.
С анимацией и дикторским сопровождением
Тормоза железнодорожного подвижного состава - устройства, создающие регулируемое искусственное сопротивление движению поезда, с целью уменьшения скорости его движения или остановки.
Самыми распространёнными являются пневматические тормоза, которые приводятся в действие сжатым воздухом. В них воздух поступает в тормозные цилиндры(ТЦ) и давит на поршень, который преобразует давление воздуха в усилие, передающееся через тормозную рычажную передачу на тормозные колодки, прижимая их к ободу колеса, либо к тормозному диску на оси.
Ниже приведена классификация тормозов подвижного состава железных дорог:
На составе СвДЖД используются пневматические прямодействующие неавтоматические тормоза (вспомогательный тормоз локомотива), пневматические непрямодействующие автоматические тормоза (тормоза вагонов) и ручные тормоза.
Прямодействующий неавтоматический тормоз.
Неавтоматический прямодействующий тормоз применяется только для торможения локомотива и является вспомогательным.
Компрессор (1) нагнетает в главный резервуар (2) сжатый воздух, который по питательной магистрали (3) поступает через регулятор давления (снижает давление с 8 до 4 Атм.) к крану машиниста (4)-кран машиниста условно изображен в виде переключательной пробки, в которой высверлен прямоугольный канал.
При постановке ручки крана машиниста в положение торможение-I тормозная магистраль (5) с соединительными рукавами, концевыми кранами и тормозные цилиндры (6) сообщаются с главными резервуарами(2), давление воздуха в тормозном цилиндре двигает поршень, а он в свою очередь передвигает шток, который передвигает рычажную передачу. Рычажная передача (9) при этом прижимает башмаки с колодками (10) к поверхности катания колес.
При постановке ручки крана машиниста в положение перекрыша-II –все каналы разобщены между собой.
При постановке ручки крана машиниста в положение отпуск-III тормозная магистраль (5) с соединительными рукавами, концевыми кранами и тормозные цилиндры (6) сообщаются с атмосферой Ат, воздух выходит из тормозного цилиндра, поршень под действием пружины, перемещается в глубь тормозного цилиндра, также перемещается шток, а за ним тормозная рычажная передача, колодки отходят от колёс. Рычажная передача (9) при этом удерживает башмаки с колодками (10) на определенном расстоянии от поверхности катания колес.
Непрямодейстующий автоматический тормоз.
По сравнению с первой схемой на каждом вагоне размещены два дополнительных прибора – воздухораспределитель (ВР) (6) и запасной резервуар (ЗР) (8). Кран машиниста в положении зарядки и отпуска (оно теперь обозначено I) соединяет главные резервуары (2) и питательную магистраль (3) с тормозной магистралью (5), а из неё воздух поступает в воздухораспределитель (6) и запасной резервуар (8). Тормозной цилиндр (7) через канал в воздухораспределителе соединен с атмосферой. При торможении(рисунок б) кран машиниста соединяет тормозную магистраль с атмосферой. Слева от поршня воздухораспределителя падает давление, а справа на него действует давления воздуха запасного резервуара. Поршень сдвигается влево и увлекает за собой золотник, который разобщает тормозной цилиндр с атмосферой, но соединяет его с запасным резервуаром. ТЦ наполняется, тормозные колодки прижимаются к колесам. Тормоз является автоматическим, так как при любом падении давления в тормозной магистрали(открытии стоп-крана 9, разрыве магистрали - разъединении рукавов) происходит торможение без участия машиниста. Но в такой схеме тормоза нет прямодействия, поскольку во время торможения и при перекрыше главный резервуар не сообщается с тормозным цилиндром. Таким образом, этот тормоз является истощимым.
Тормозное оборудование локомотива.
В тормозном оборудовании локомотива различают пять основных групп приборов тормозного оборудования:
1. Приборы, предназначенные для создания давления сжатого воздуха и контроля над ним. К этим приборам относятся компрессоры, регуляторы давления, манометры, предохранительные клапаны, влаго-маслосборники, клапаны продувки и максимального давления и ряд других;
2. Приборы управления тормозами, к которому относятся краны машиниста (поездной и вспомогательный), автостопы, а также современные электронные системы САУТ, КЛУБ, КОНСУЛ, УСАВП, АВТОМАШИНИСТ и ряд других, воздействующих на тормоза с участием машиниста или в автоматическом режиме;
3. Приборы тормозного оборудования. Это ВР, ТЦ, ЗР и другие приборы, относящиеся к пневматической части тормоза;
4. Устройства механической части тормоза. Сюда можно отнести тормозную рычажную передачу, тормозные башмаки и колодки;
5. Воздухопровод и арматура. К ним относятся тормозная магистраль (ТМ), соединительные рукава, концевые, разобщительные, выпускные и экстренного торможения- краны, тройники и ряд других элементов, обеспечивающих работу управляющего тормозами канала.
Необходимо отметить, что все пять групп тормозного оборудования в полной мере представлены на локомотивах. Разберём основные элементы тормозного оборудования тепловоза.
Компрессор- является источником сжатого воздуха на тепловозе. Привод компрессора осуществляется от нижнего вала распределительного редуктора, который получает вращение от дизеля. На компрессоре установлены предохранительные клапаны, которые срабатывают при повышении давления более 9Атм.
Манометры – показывают давление в тормозной магистрали (ТМ), питательной магистрали (ПМ), уравнительном резервуаре (УР) и тормозных цилиндрах (ТЦ).
Немного истории, поезда ходят по стальным магистралям уже очень давно и раньше вагоны не имели тормозных устройств, кроме ручных. Сам мог останавливаться только паровоз. Поэтому существовали кондукторские бригады. Они следовали с каждым грузовым составом и работа их состояла в том, чтобы по команде тормозить (помните песню из известного фильма).
Вагоны были оборудованы рычажной передачей, которая прижимала колодки к колесам. Но вся эта система работала вручную. Старшее поколение еще помнит грузовые вагоны с площадками для кондуктора а на них располагался рычаг с червячной передачей, его рабочий инструмент.
Тормоза у нас автоматические, что это значит?
Все современные тормозные системы на железной дороге пневматические, и их работа зависит от сжатого воздуха и от простых физических законов. Это просто – изменение давления воздуха в тормозной магистрали: падает – происходит прижатие колодок, поднимается – происходит отпуск. Воздушная магистраль система закрытая и любое нарушение ее целостности приводит к падению давления а соответственно к срабатыванию тормозов, поэтому они и называются автоматические.
Регулирование давления воздуха и есть принцип управления тормозами. Как же это происходит?
Для начала познакомимся с тормозными приборами и устройствами которые принимают самое непосредственное участие в процессе. Я сохраню сейчас их технические маркировки, так будет полегче и кругозор расширится.
Это – кран машиниста усл. № 395 находится в кабине машиниста рядом с пультом управления;
Воздухораспределитель
воздухораспределитель устанавливается на локомотивах и вагонах как правило под кузовом и имеет обозначение усл.№ 292 для пассажирских вагонов, усл. № 483 для грузовых вагонов;
Тормозной цилиндр
тормозной цилиндр, устанавливается абсолютно на всем подвижном составе под кузовом; запасный резервуар, также устанавливается под кузовом.
Тяги к тормозным колодкам
Вся эта система соединяется воедино посредством рукавов – от локомотива до последнего вагона. Все трубы по которым проходит воздух и есть непосредственно тормозная магистраль, контролируемая и управляемая машинистом, а все остальное механические и пневматические устройства, просто необходимое оборудование.
На локомотиве установлены компрессора которые и заполняют тормозную систему сжатым воздухом, предварительно закачав его в главные резервуары, находящиеся также на локомотиве.
Компрессоры имеют как правило привод от электродвигателей, но на многих типах тепловозов непосредственно от дизеля через систему валов отбора мощности. Вот и подходим к главному – надо сбить скорость а для этого надо создать падение давления воздуха в тормозной магистрали.
Поехали: идем в кабину машиниста к прибору который и создает эти перепады давления – кран машиниста усл.№ 395 он имеет шесть положений, кому особо интересно: 1 – отпуск и зарядка тормозной магистрали (ТМ), 2 – поездное, 3 – перекрыша без питания, 4 – перекрыша с питанием, 5 – служебное и 6 – экстренное торможение, повторюсь, только кому особо интересно. Давление в ТМ контролируется машинистом по манометру на пульте управления.
А замедляться надо, вот машинист работая этим краном и создает утечку воздуха в ТМ через специальное отверстие в этом кране на величину, необходимую для торможения, передвигая ручку крана в служебные положения, строго контролируя ее по манометру .
Разрядив тормозную магистраль на необходимую величину машинист переводит ручку крана в положение 4, все утечка прекращена и магистраль больше не теряет воздух, а дальше самое главное. На всех вагонах и локомотивах стоит вышеуказанный замечательный прибор – воздухораспределитель и дальше его главная работа. Расскажу просто, в нем находится такая воздушная камера, разделенная на две половины поршнем, который вставлен в мягкую манжету. В поршень вставлены клапаны, необходимые для работы воздухораспределителя.
Воздухораспределитель очень сложное устройство имеющее множество каналов, клапанов, золотников, манжет, пружин и т.д. Он соединен воздушными трубопроводами с запасным резервуаром и тормозным цилиндром — единое целое. Вот тут и пошла физика – в обоих половинах камеры давление одинаковое, а тут машинист взял и создал выход воздуха и оно уменьшилось в одной половине камеры а манжета поршня у нас мягкая, резиновая и она конечно, толкаемая более высоким давлением в другой половине камеры, передвинется в сторону низкого вместе с поршнем и откроется путь воздуха по разным каналам из запасного резервуара прямиком в тормозной цилиндр. В нем находится поршень со штоком и возвратная пружина а воздух, поступивший в цилиндр преодолевает натяжение возвратной пружины, поршень перемещается и своим штоком приводит в действие рычажную передачу, а та в свою очередь прижмет колодки к бандажам колес и поезд тормозит.
Тормозной цилиндр
Электропневматические тормоза (ЭПТ)
Принцип работы прост: на кране машиниста есть небольшие электрические переключатели которые при переводе рукоятки крана в соответствующее положение для срабатывание создают электрическую цепь на вентиль торможения а он открывает сразу через свой клапан доступ воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр и все, при отпуске получает питание отпускной вентиль и напрямую выпускается воздух из цилиндра и заряжается запасный резервуар. Работа основного воздухораспределителя как-бы обходится. И каждый вагон мгновенно тормозит и мгновенно отпускает. Управляются ЭПТ также краном машиниста, но на его секторе добавлено еще одно положение для этого, а контролируются сигнальными лампами на пульте машиниста.
Все тормозные приборы и устройства на локомотиве точно такие-же как и на вагонах но с некоторыми изменениями, ведь локомотив все-таки не вагон. Ну вот и все типа коротко! Да и колодки тоже бывают разные, у пассажирских вагонов чугунные а у грузовых композиционные — из композитых материалов. А еще на электровозах применяется реостатное и рекуперативное торможение, это когда тяговые электродвигатели переходят в режим генераторов и как известно из физики в этом процессе возникает сила, препятствующая вращению якоря электродвигателя, называемая противоэлектродвижущая сила (ЭДС) она всеми силами препятствует вращению якорей и происходит остановка электродвигателями без задействования пневматических тормозов. Вот так-то! Это только малая но достаточная для понимания толика из жизни удивительного мира тормозов!
Читайте также: