Пневматические тормоза


Принцип работы и особенности пневматических тормозов

Локомотивная бригада при движении поезда осуществляет постоянное регулирование силы тяги и скорости движения. Необходимость в этом вызывается непрерывным изменением профиля и плана пути, а значит, сопротивления движению, а также различным уровнем допускаемых скоростей и необходимостью остановок на раздельных пунктах. Реализовать такой режим, используя лишь силу тяги и силу сопротивления движению, невозможно, для этого необходима, создаваемая по мере надобности, и изменяемая машинистом тормозная сила поезда. Именно с ее помощью осуществляют остановку поезда и снижение его скорости путем поглощения кинетической энергии движущегося поезда.

Пневматические тормоза являются основными на железной дороге. При правильной их эксплуатации они являются надежными и безопасными. Принцип действия пневматических тормозов основан на эффекте трения скольжения между двумя материалами, при котором возникает сила трения, которая направлена в противоположную направлению движения сторону. В качестве трущихся поверхностей, как правило, выступают тормозная колодка и поверхность катания колесной пары. В связи с внедрением дисковых тормозов, объектами трения стали тормозные накладки и тормозные диски. При торможении кинетическая энергия поезда, за счет возникающего трения, преобразуется в тепловую энергию, а также частично затрачивается на разрушение (истирание) тормозных элементов. В связи с тем, что коэффициент трения значительно зависит от скорости движения и имеет обратную зависимость, то и тормозная сила при пневматическом торможении уменьшается с увеличением скорости. Таким образом, режим пневматического торможения является неустойчивой системой - т.е. существует определенное значение скорости, если не превышать которую, то применение тормозов приведет к остановке поезда. И это, как правило, всех устраивает – ведь когда-нибудь нам потребуется остановиться? :) Но эта же особенность может сыграть и злую шутку – при большой скорости или на спусках большой крутизны тормозного эффекта может немного не хватить и скорость начнет увеличиваться, что повлечет за собой еще большее снижение тормозного эффекта. В подобных случаях необходимо незамедлительно усиливать тормозную силу путем увеличения разрядки тормозной магистрали, вплоть до экстренного торможения. Задержка с принятием решения может привести к тому, что скорость возрастет настолько, что даже реализации 100% тормозной силы будет недостаточно. Успокаивает лишь то, что это возможно лишь в исключительных случаях – недостаточной эффективности тормозов поезда для данного уклона.

Другой особенностью пневматических тормозов является возможность их истощения. Дело в том, что и питание, и управление пневматическими тормозами поезда происходит по одному каналу – тормозной магистрали. В связи с этим возникают совершенно противоположные требования. С точки зрения питания, зарядки тормозных приборов, тормозная магистраль должна быть достаточно большого диаметра, чтобы не препятствовать потоку воздуха для быстрой доставки сжатого воздуха до потребителей (ТЦ, ЗР). А с точки зрения управления наоборот, необходимо уменьшение объема тормозной магистрали, ведь именно в этом случае уменьшается ее инерционность, процессы изменения давления происходят быстрее и четче. С точки зрения управления необходимо также минимизировать количество ответвлений от тормозной магистрали с целью повышения скорости прохождения сигналов. При наличии данных противоречий данной тормозной системой сложно управлять составами большой длины, поддерживать высокую скорость движения в грузовых поездах и поэтому она является одним из сдерживающих факторов в развитии железных дорог.


Регулирование тормозной силы и ограничения при использовании пневматических тормозов

Регулировать тормозную силу пневматических тормозов можно лишь в ограниченном диапазоне. Различают следующие виды торможения - ступень торможения, полное служебное и экстренное торможение. Последние два применяются только при особой необходимости. Ступени торможения в свою очередь определяются величиной разрядки тормозной магистрали. Для первой ступени величина разрядки 0,5-0,6 Атм, для второй 0,8-0,9 Атм, а для третьей 1,0-1,2Атм. В процессе торможения можно увеличивать тормозную силу путем увеличения разрядки тормозной магистрали, но на величину не менее 0,3 Атм, что обусловлено чувствительностью, как уравнительного поршня крана машиниста, так и чувствительностью воздухораспределителей. Если глубина разрядки составила 1,5-1,7 Атм от начального зарядного давления, то отпуск тормозов можно производить только лишь после остановки. Это требование связано с несколькими причинами – во-первых, после такого торможения происходит существенно истощение тормозной системы и возникает опасность длительного следования без возможности применить качественное торможение. Во-вторых, при такой величине разрядки возникает довольно большая тормозная сила и при отпуске возникает опасность возрастания продольных реакций, которые могут привести к обрыву поезда. В некоторых случаях допускается отпуск тормозов после снижения давления в тормозной магистрали ниже 3,5 Атм. Для этого необходимо, чтобы впередилежащий профиль имел подъем или площадку достаточной протяженности, при которой не будет происходить повышения скорости. Также не рекомендуется производить отпуск тормозов в зимний период после применений ступеней торможений с большой разрядкой магистрали и при низких скоростях движения. Это связано с тем, что при этом происходит довольно интенсивное замедление поезда, а с учетом низких температур может произойти замедленный отпуск тормозов в хвостовой части поезда. Все это приведет к большим продольным реакциям и опасности разрыва поезда.

При работе тормозов на равнинном режиме когда происходит повышение давления в тормозной магистрали на 0,3 Атм. происходит полный отпуск тормозов. В связи с этим и связано требование к крану машиниста о недопустимости повышения давления в уравнительном резервуаре при нахождении его в положении перекрыши.

Ступенчатый отпуск пневматических тормозов возможен лишь при управлении поездом, в котором воздухораспределители включены на горный режим. В данном случае, можно осуществить некоторое уменьшение тормозной силы за счет повышения давления в тормозной магистрали. Полный отпуск тормозов поезда происходит при повышении давления в тормозной магистрали до уровня на 0,2 Атм. ниже предтормозного либо еще выше.


Особенности работы пневматических тормозов в зимних условиях

Зимний период неблагоприятен как для тормозной системы в целом, так и для управления тормозами. Основными факторами в данный период становятся низкие температуры и снегопады. В редких случаях проявляется такое природное явление как "ледяной дождь". С последним все достаточно просто - при прохождении подобных осадков происходит обледенение поверхности рельс, что приводит к резкому снижению сцепления колесной пары с рельсом и опасности возникновения такого явления как юз. Кроме того, может проиходить обледенение тормозной системы вагонов, что также приводит к ухудшению работы тормозов.

В отличии от "ледяного дождя", снегопад ещё "более эффективно" ухудшает работу тормозного оборудования. Во-первых он более лёгкий и может подниматься в результате завихрений от движения поезда. Во-вторых на открытых местах происходят перемёты пути которые в результате приводят к снижению сцепления. При применении тормозов тормозные колодки нагреваются, а в условиях снегопада на теплую поверхность хорошо оседает снег, котрый в свою очередь подтаивая превращается в лед, образуя ледяную корку на поверхности трения тормозной колодки. При последующем торможении необходимо время для того чтобы расплавить данную корку льда и появления контакта тормозной колодки и поверхности катания колеса. Кроме этого мокрый снег также эффективно налипает на тормозную рычажную передачу, ухудшая ее работу.

Низкие температуры существенно ухудшают работу тормозов. При низких температурах атмосферная влага конденсируется в тормозной аппаратуре в виде изморози и ледяных пробок. Только одно это обстоятельство может привести к ухудшению работы или полному отказу тормозов. Для борьбы с данным явлением необходима качественная осушка сжатого воздуха на локомотиве, регулярная и главное правильная продувка магистралей и тормозных узлов локомотива. При выявлении признаков перемерзания необходимо незамедлительно принимать меры к остановке поезда и устранения неисправности. При низких температурах происходит загустевание смазок, что ведет в свою очередь к ухудшению работы различных узлов в которых используются поршни или золотники. К ним относятся некоторые виды воздухораспределителей, тормозные цилиндры, переключательные клапаны и проч. По этой причине увеличивается время срабатывания тормозной системы при начале торможения и при отпуске тормозов. Кроме того из-за примерзания золотника к зеркалу в воздухораспределителе 292, он может при разрядке на тормозной магистрали на величину служебного торможения "срываться" в положение экстренного торможения. Еще одна особенность пониженных температур в том, что металл становится более хрупким и выдерживает меньшие усилия на разрыв, особенно это актуально для автосцепок. С учетом того, что тормозные процессы в моорозную погоду происходят существенно медленнее, то в поезде возникают большие продольно-динамические реакции, а с учетом пониженной прочности металла автосцепок управление пневматическими тормозами становится более сложным процессом не допускающим риска.


Расчеты тормозных режимов

В тормозных расчетах полный тормозной путь вычисляют как сумму двух составляющих: подготовительного тормозного пути Sп зависящего от скорости поезда в момент начала торможения и времени подготовки тормозов к действию, и действительного Sд. Время подготовки тормозов к действию определяется временем распространения тормозной волны по магистрали, наполнения тормозных цилиндров и прижатия тормозных колодок. При определении времени подготовки автотормозов к действию условно заменяют медленный реальный процесс нарастания давления воздуха в тормозном цилиндре мгновенным скачком до максимального расчетного значения. Предполагается, что в течение подготовительного времени тормоза не работают и поезд проходит предтормозной подготовительный путь. По истечении этого времени тормоза мгновенно срабатывают и поезд проходит остальную часть тормозного пути при полной силе нажатия тормозных колодок. Такая замена фактического тормозного процесса условным правомерна при равенстве тормозных путей, проходимых поездом при реальном и условном наполнении тормозных цилиндров. С учетом этого Правила тяговых расчетов рекомендуют расчетные формулы для определения времени подготовки тормозов к действию в зависимости от рода поезда (грузовой, пассажирский, одиночно следующий локомотив), числа осей, уклона, расчетного тормозного коэффициента и расчетного коэффициента трения тормозных колодок.

На главную