Тормоза поезда. Как устроены железнодорожные тормоза?
В XXI транспорт, будь он железнодорожным, автомобильным или водным, невозможно представить без тормозов. Ведь, важно не только плавно и быстро разгоняться до высоких скоростей, но и напротив, важно затормозить и остановиться в нужный момент, у нужной точки. Сегодня речь пойдет о железнодорожных тормозах. От чего они шипят, скрипят и “вкусно” пахнут при длительном торможении?
История развития железнодорожного тормоза.
С самой первой поездки паровоза Джорджа Стефенсона (об его изобретении мы рассказывали в своей статье про паровозы) и до сегодняшнего дня используется колодочный фрикционный тормоз. Первые железнодорожные тормоза приводились в действие вручную. Специальные команды кондукторов по сигналу машиниста начинали крутить ручные тормоза, тем самым прижимая колодки к поверхностям катания колес. Площадки для таких бригад размещали по всему составу, а количество их рассчитывалось исходя из веса поезда и количества вагонов.
Конечно, такая система ненадежна, человеческий фактор играет тут роковую роль. Сам по себе тормоз с механическим приводом обладает довольно-таки малой мощностью. Величина тормозного нажатия зависела от силы и сноровки кондуктора. Случалось так, что кондуктора не успевали затянуть тормоза по сигналу машиниста, а порою и вовсе забывали их отпускать. Поэтому, прежде чем увеличивать скорость поезда, перед человечеством стоял вопрос обеспечения поезда надежными тормозами.
Компактный автомобильный тормоз, который получил широкое распространение, к сожалению, применить на поездах нельзя, ведь рабочим телом, приводимым в движение колодки на тормозах легковых автомобилях является гидравлическая жидкость, утечка которой недопустима. Большая протяженность тормозных гидравлических линий в поезде вместе с высокими требованиями к их герметичности делают невозможным и нерациональным создание гидравлического железнодорожного тормоза.
Решение для железнодорожного тормоза стал пневмотормоз. В таких системах рабочим телом являлся воздух, который под давлением распространялся по трубопроводам, которые в свою очередь располагались под вагонами, и прижимал колодки к колесам. Воздух - это идеальное рабочее тело, ведь если происходит утечка, то ее всегда можно восполнить, взяв воздух из окружающей среды.
Все хорошо, но надежность такой системы очень мала. Дело в том, что при разрыве тормозной магистрали (отцепки вагона), воздух выходил в атмосферу и состав оставался без тормозов. Но и тут инженерная мысль не остановилась и пришла к следующему выводу: нужно, чтобы торможение поезда инициировалось не возрастанием, а понижением давления в тормозной магистрали. И уже в 1872 году Джорджем Вестингаузом была предложена концепция первого автоматического железнодорожного тормоза.
На рисунке показано устройство этого тормоза (рисунок а — работа тормоза при отпуске; б — работа тормоза при торможении). Главным элементом тормоза Вестингауза стал тормозной воздухораспределитель или, как его еще иногда называют, тройной клапан. Этот воздухораспределитель (6) имеет чувствительный орган — поршень, работающий на разности двух давлений — в в тормозной магистрали (ТМ) и запасном резервуаре (ЗР). Если давление в ТМ становится меньше чем в ЗР, то поршень смещается влево, открывая путь воздуху из ЗР в ТЦ. Если давление в ТМ становится больше давления в ЗР — поршень смещается вправо, сообщая ТЦ с атмосферой, и одновременно сообщая ТМ и ЗР, обеспечивая наполнение последнего сжатым воздухом из ТМ.
Таким образом, при снижении давления в тормозной магистрали по любой причине, будь то действия машиниста, чрезмерная утечка воздуха из тормозной магистрали или разрыв поезда — тормоза сработают. То есть, такие тормоза обладают автоматичностью действия. Это свойство тормоза позволило добавить еще одну возможность по управлению тормозами поезда, используемую на пассажирских поездах и поныне — экстренная остановка поезда из любого вагона, путем сообщения тормозной магистрали с атмосферой через специальный клапан — стоп-кран (9).
Системы Вестингауза нашим отечественным железнодорожникам было не достаточно, ведь она могла находиться только в двух положениях: полное торможение или отпуск. Поэтому в 1921 году Казанцев предложил систему прямодействующего автоматического тормоза.
Первой основной идеей является то, что управление давлением в тормозной магистрали осуществляется опосредованно — через снижение/повышение давления в специальном резервуаре, называемом уравнительным резервуаром (УР). Он показан на рисунке справа от крана машиниста (4) и сверху от устройства питания утечек из тормозной магистрали (5). Плотность этого резервуара обеспечить технически гораздо легче, чем плотность тормозной магистрали — трубы длиной достигающей километровых порядков и идущей через весь поезд. Относительная стабильность давления в УР позволяет поддерживать давление в тормозной магистрали, используя давление в УР как задающее. И правда, поршень в устройстве (5) при снижении давления в тормозной магистрали опускается вниз, открывая клапан, наполняющий тормозную магистраль из питательной магистрали, тем самым поддерживая в тормозной магистрали давление, равное давлению в УР. Этой идеи предстоял еще длинный путь развития, но теперь давление в тормозной магистрали не зависело от наличия внешних утечек из нее (до известных пределов). Устройство (5) перекочевало в кран машиниста и остается в нем, в модифицированном виде и по сей день.
Другой важной идеей, лежащей в основе конструкции данного типа тормоза, является питание запасного резервуара от тормозной магистрали через обратный клапан (10). При превышении давления в тормозной магистрали над давлением в запасном резервуаре этот клапан открывается, наполняя его из тормозной магистрали. Таким образом происходит непрерывное пополнение утечек из запасного резервуара и обеспечивается неистощимость тормоза.
Третьей важной идеей, предложенной Казанцевым, является конструкция воздухораспределителя, который работает на разности не двух давлений, а трех — давления в тормозной магистрали, давления в тормозном цилиндре, и давления в специальной рабочей камере (РК), которая при отпуске питается давлением от тормозной магистрали вместе с запасным резервуаром. В режиме торможения РК разобщается с запасным резервуаром и тормозной магистралью, сохраняя величину изначального зарядного давления.
В настоящее время применяют современные дисковые тормоза, которые обеспечивают высокую тормозную эффективность, особенно при высоких скоростях (более 160 км/ч). Кроме того, по сравнению с колодочным тормозом устраняются перегревы колес, ненормальные выработки на их поверхности катания и многие другие дефекты.
Электропневматические тормоза
Как известно, скорость распространения воздуха в тормозной магистрали не мгновенна и требуется время чтобы воздух дошел от локомотива до последнего вагона. Иногда получается так, что голова поезда во всю тормозит, а последние вагоны состава набегают на вагоны идущие в голове поезда - случается соударение вагонов.
В пассажирском движении эту проблему решили с помощью электроимпульсов, ведь электричество распространяется быстрее, чем воздух. Устройство и принцип действия тормоза с ЭПТ почти такой же, как и без него, за одним исключением: на кране машиниста есть небольшие электрические переключатели, которые при переводе рукоятки крана в соответствующее положение для срабатывания создают электрическую цепь на вентиль торможения, который установлен на вагоне (схема раскрыта в очень сжатом виде). Таким образом тормоза поезда срабатывают на всем составе одновременно.
***
Поезда не всегда тормозят так называемой пневматикой (пневматическим тормозом), существуют еще тормоза электродинамические, так называемый тормоз двигателем. Но это уже совсем другая история, стоит ее рассмотреть в отдельной статье.
▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼
Тормоза с одной стороны сложная вещь, мы пытались донести информацию так, чтобы было понятно и интересно читать каждому. Конечно, среди наших подписчиков есть эксперты своего дела, поэтому предлагаем заглянуть в комментарии и поделиться своими мыслями или быть может задать интересующий Вас вопрос. Оставляйте комментарии под этой статьей, нам интересно узнать Ваше мнение.
Если Вам понравилась статья, будем благодарны, если Вы поставите лайк и поделитесь публикацией в социальных сетях. Подписка на наш канал позволит Вам быть всегда в теме и не пропустить новые, интересные и полезные публикации.
