Реферат: Автоматические тормоза подвижного состава 2

Содержание

1. Автоматические тормоза подвижного состава

Автоматические тормоза подвижного состава, учитывая специфические условия их эксплуатации (высокие скорости движения, плохие погодные условия, круглосуточная работа, большие веса поездов и др.), должны обеспечивать безопасность движения поездов, обладать высокой надежностью и безотказностью действия.

Сочетание высокой надежности, безотказности и эффективности действия тормозов с хорошей их управляемостью позволяет повысить скорости движения пассажирских поездов до 200 км/ч, а вес грузовых поездов увеличить до 10—12 тыс. тс (100— 120 тыс. кН), что приведет к увеличению провозной и пропускной способности железнодорожного транспорта. Однако нормальная эксплуатация подвижного состава возможна при качественном обслуживании и ремонте тормозного оборудования, для чего нужны квалифицированные кадры.

Основным типом тормоза железнодорожного подвижного состава, применяемого во всем мире, является автоматический пневматический тормоз, в котором сигналы для управления тормозами вагонов в поезде передаются по пневматической магистрали путем повышения или понижения давления. Пневматические устройства (воздухораспределители) каждого вагона воспринимают эти сигналы и производят при повышении давления зарядку запасного резервуара и сообщение тормозного цилиндра с атмосферой (зарядка и отпуск), а при понижении давления — сообщение запасного резервуара с тормозным цилиндром (торможение).
Тормозная сила реализуется за счет прижатия колодок к поверхности катания колес или специальных дисков. Автоматическим тормоз называется потому, что он автоматически приходит в действие при обрыве поезда или его пневматической магистрали, а в пассажирских поездах позволяет производить затормаживание (остановку) поезда в аварийных случаях из любого вагона открытием стоп-крана, расположенного на отводе от пневматической магистрали.

Для удержания вагонов и локомотивов на месте широко применяются также стояночные (ручные) тормоза, приводимые в действие на единице подвижного состава вручную и воздействующие на те же узлы, что и пневматический тормоз.

Процесс торможения движущегося поезда представляет собой процесс гашения его кинетической энергии — превращения ее в тепловую в узлах трения с помощью тормозных сил, создаваемых тормозными устройствами. Тормозные силы, являющиеся внешними по отношению к поезду, играют роль искусственных дополнительных сил сопротивления движения поезда, управляя которыми регулируют скорость. К естественным силам сопротивления, действующим на поезд, относятся силы трения качения колес по рельсам и трения колес о рельс в кривых участках пути, силы аэродинамического сопротивления воздуха, силы инерции вращающихся масс и др.

Для возможности эффективного регулирования скорости движения поезда вплоть до его остановки на заданной длине тормозного пути тормозные силы должны значительно превышать естественные силы сопротивления.

2. Виды тормозов подвижного состава

Тормозом называется устройство на подвижном составе, при помощи которого создается искусственное сопротивление движению, в результате чего происходит снижение скорости или остановка поезда.

Тормозной путь – расстояние, проходимое поездом за время от момента перевода ручки крана машиниста или крана экстренного торможения в тормозное положение до полной остановки.

Тормоза классифицируются по способам создания тормозной силы и свойствам управляющей части. По способам создания тормозной силы различают фрикционные и динамические тормоза. По свойствам управляющей части различают тормоза автоматические и неавтоматические.

На подвижном составе железных дорог РФ применяется пять типов тормозов:

1. Стояночные (ручные) – ими оборудованы локомотивы, пассажирские вагоны и около 15% грузовых вагонов;

2. Пневматические – ими оснащен весь подвижной состав с использованием сжатого воздуха;

3. Электропневматические – ими оборудованы пассажирские локомотивы и вагоны, электропоезда и дизельные поезда;

4. Электрические (динамические или реверсивные) – ими оборудованы отдельные серии локомотивов и электропоездов;

5. Магнитно-рельсовые – ими оборудованы высокоскоростные поезда. Применяются как дополнительные к ЭПТ и электрическим.

Стояночные, пневматические и электропневматические тормоза относятся к разряду фрикционных тормозов, у которых сила трения создается непосредственно на поверхности колеса либо на специальных дисках, жестко связанных с колесными парами.

Основным тормозом на подвижном составе является пневматический.
Каждый тип тормоза в свою очередь делится на группы, подгруппы и по назначению – пассажирские, грузовые и высокоскоростные.

2. Пневматические тормоза.

Пневматические тормоза имеют однопроводную магистраль (воздухопровод), проложенную вдоль каждого локомотива и вагона для дистанционного управления воздухораспределителями с целью зарядки запасных резервуаров, наполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом при торможении и сообщения их с атмосферой при отпуске.
Применяемые на подвижном составе пневматические тормоза разделяются на автоматические и неавтоматические, а также на пассажирские (с быстрыми тормозными процессами) на грузовые (с замедленными процессами).

Автоматическими называются тормоза, которые при разрыве поезда или тормозной магистрали, а также при открытии стоп-крана из любого вагона автоматически приходят в действие вследствие снижения давления воздуха в магистрали (при повышении давления происходит отпуск тормозов),

Неавтоматические тормоза, наоборот, приходят в действие при повышении давления в трубопроводе, а при выпуске воздуха происходит отпуск тормоза.

Работа автоматических тормозов разделяется на следующие процессы:
Зарядка – воздухопровод (магистраль) и запасный резервуар под каждой единицей подвижного состава заполняются сжатым воздухом;
Торможение – производится снижением давления воздуха в магистрали вагона или всего поезда для приведения в действие воздухораспределителя и воздух из запасного резервуара поступает в тормозной цилиндр, где энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую, приводя в действие тормозную рычажную передачу, которая прижимает колодки к колесам;
Перекрыша – после произведенного торможения давление в магистрали и тормозном цилиндре не изменяется;

Отпуск – давление в магистрали повышается, вследствие чего воздухораспределитель выпускает воздух из тормозных цилиндров в атмосферу, одновременно производится подзарядка запасного резервуара путем сообщения его с тормозной магистралью.

Пневматический тормоз, применяемый на железнодорожном подвижном составе по принципу действия можно разделить на 3 группы:
Прямодействующий неавтоматический;

Непрямодействующий автоматический;

Прямодействующий автоматический.

Прямодействующий неавтоматический тормоз называется потому, что в процессе торможения тормозные цилиндры сообщаются с источником питания, и при разрыве поезда, разъединении соединительных рукавов он не приходит в действие. Если в тормозных цилиндрах в этот момент был сжатый воздух, то он немедленно выйдет и произойдет оттормаживание. Кроме того, этот тормоз является неистощимым, так как при помощи крана машиниста всегда можно повысить давление в цилиндрах, которое понизилось из-за утечек воздуха.

Непрямодействующий автоматический тормоз отличается от неавтоматического прямодействующего тем, что на каждой единице подвижного состава между тормозной магистралью и тормозным цилиндром устанавливается воздухораспределитель, соединенный с запасным резервуаром, который содержит запас сжатого воздуха. По этой схеме оборудуются все пассажирские вагоны с воздухораспределителем усл. номер № 292. Тормоз называется непрямодействующим потому, что в процессе торможения тормозные цилиндры не сообщаются с источником питания (главными резервуарами). При длительном торможении вследствие невозможности пополнения воздухом запасных резервуаров через магистраль, давление воздуха в тормозных цилиндрах и запасных резервуарах уменьшается и потому тормоз является истощимым.

Прямодействующий автоматический тормоз состоит из тех же составных частей, что и непрямодействующий. По такой схеме выполнены тормоза грузовых вагонов с воздухораспределителями усл. номер №483. Благодаря особому устройству крана машиниста и воздухораспределителя автоматически поддерживается давление в тормозной магистрали и можно регулировать тормозную силу в поезде в сторону увеличения и уменьшения в нужных пределах. Если в процессе торможения давление в тормозных цилиндрах снизится вследствие утечек, то оно быстро восстановится за счет поступления сжатого воздуха из запасных резервуаров. В этом случае, когда расход воздуха из запасного резервуара будет настолько велик, что давление в нем станет меньше чем в магистрали, откроется питательный обратный клапан и воздух из магистрали поступит в запасный резервуар и далее в тормозной цилиндр. Тормозная магистраль в свою очередь автоматически пополнится через кран машиниста из главного резервуара. Таким образом, давление в тормозном цилиндре может поддерживаться в течение длительного времени. Этим автоматически прямодействующий тормоз отличается от автоматического непрямодействующего.

Перемещаясь от станции к станции, поезду приходится иногда снижать скорость, а то и останавливаться. Для этого локомотивы и вагоны оборудуют тормозами. Посмотрите на колеса локомотивов или вагонов и вы увидите возле каждого из них металлические отливки. Это тормозные колодки. Раньше колодку делали из чугуна, и, случалось, что ее хватало всего на 2—3 поездки. Сейчас тормозные колодки делают композиционными, то есть из двух частей: стального тыльника и тормозящей части из специального материала. Такие колодки и служат значительно дольше и в 3 раза легче чугунных. Чтобы затормозить поезд, надо лишь повернуть кран машиниста, находящийся на пульте управления локомотивом. Тотчас же сжатый воздух откроет клапаны и поступит из специальных резервуаров, которые находятся под вагонами, в тормозные цилиндры, переместит поршни и через систему рычагов с большой силой прижмет колодки к вращающимся колесам. Если надо, чтобы поезд остановился, машинист подольше подержит открытым вход в цилиндр и впустит в него больше воздуха. Если же нужно лишь притормозить поезд, чтобы он снизил скорость, машинист впустит в цилиндр поменьше воздуха.

Как только необходимость в торможении отпала, машинист перекрывает доступ воздуха в тормозные цилиндры, и пружины, находящиеся в цилиндрах, заставляют тормозные колодки отпустить колеса.

Поезд может продолжать путь. Такие тормоза называют пневматическими, потому что и управление ими и торможение осуществляются сжатым воздухом. Пневматические тормоза хороши, но имеют один недостаток: вагоны состава затормаживаются последовательно, по мере того как сжатый воздух, перемещаясь от локомотива по воздухопроводу, открывает клапаны. Так как скорость движения сжатого воздуха сравнительно невелика, то проходит довольно значительное время, прежде чем «тормозная волна» дойдет до последних вагонов и затормозит их.

Рис. 1. Так сжатый воздух останавливает поезд

Этот недостаток стал особенно ощутим с введением электрической и тепловозной тяги, когда длина состава поездов, особенно грузовых, увеличилась. Следовательно, и путь прохождения «тормозной волны» значительно возрос.

Поэтому конструкторы решили на помощь сжатому воздуху привлечь электричество. Они создали электропневматический тормоз, в котором, как и в пневматическом, для торможения используется сжатый воздух. Но управляет работой такого тормоза электрический ток. Проходя от вагона к вагону со скоростью 300 тысяч метров в секунду, он мгновенно открывает клапаны, и все вагоны затормаживаются одновременно, каким бы длинным ни был состав. А это очень важно: сокращается тормозной путь, то есть путь, проходимый поездом от начала торможения до полной его остановки; в составе не возникает усилий, стремящихся разорвать или сжать поезд. Машинисты могут водить длинносоставные поезда с более высокими скоростями, не опасаясь, что тормозной путь окажется недостаточным.
Тормозами снабжали, конечно, и самые первые поезда, но они мало чем отличались от тормозов обыкновенных экипажей. Над колёсами прикреплялась тормозная колодка, которую механически прижимали в нужный момент к колесу. В каждом вагоне у тормоза стоял человек. О том, что надо пустить тормоза в ход, машинист оповещал тормозилыциков условным свистком. Такие ручные механические тормоза имеются и теперь на всех вагонах, но употребляются они только в случае порчи автотормоза и для удержания поезда на месте при остановке.

О надёжности торможения и об автоматичности тормоза заботились ещё первые паровозостроители. Они пытались приводить в действие тормозные колодки давлением пара, но такой способ не дал успеха. Вскоре после этих опытов был предложен вакуумный тормоз, получивший значительное распространение. Суть его заключалась в том, что установленный на паровоз воздушный насо4 выкачивает воздух из тормозных цилиндров и соединяющих их труб. Стоит машинисту несколько повысить давление в трубах, как одна половина цилиндра сейчас же сообщается с наружным воздухом, и атмосферное давление, действуя на поршень и его передаточный механизм, прижимает колодки к колёсам.
Достоинство такого вакуум-тормоза не только в простоте, но и в том, что торможение сосредоточивается в руках самого машиниста. Тормоз этот, кроме того, автоматически действует в случае разрыва состава или порчи системы, так как каждое повреждение магистральных труб вызывает естественное повышение давления в магистрали и приводит к тем же результатам.

Вакуумный тормоз был вытеснен воздушным тормозом Вестингауза.
Джордж Вестингауз — американец, изобретатель, а впоследствии владелец большого промышленного предприятия, снабжавшего весь мир тормозами. Сначала в 1868 году Вестингауз разработал систему прямодействующего неавтоматического воздушного тормоза. Для торможения поезда машинист пускал из главного резервуара через трубопровод сжатый воздух в тормозные цилиндры и, действуя на поршни, заставлял их прижимать тормозные колодки к колёсам. Всё это очень просто и хорошо, но приводить в действие такой тормоз может только машинист, а значит, в случае порчи труб и разрыва состава тормоз, естественно, бездействует. Важно не только самоторможение состава в случае разрыва, каковым свойством обладал вакуумный тормоз, но и то, чтобы в случае возникшей необходимости, не известной машинисту, — падения кого-либо из вагона, пожара и т. п. могли привести в действие тормоза прямо из вагонов проводники и любой пассажир, заметивший беду. Только такой тормоз и может вполне обеспечить безопасное следование поезда.

Через несколько лет был предложен другой вариант воздушного тормоза. Автоматичность действия в нём достигается изменением давления в тормозном воздухопроводе, проходящем вдоль всего поезда. Повышение давления ведёт к отпуску тормозов, а. понижение, наоборот, вызывает торможение. При таком принципе всякое разъединение воздухопровода, скажем, при разрыве состава, сопровождается быстрым понижением в нём давления до атмосферного и вызывает обязательное самоторможение. Такая автоматичность действия достигается тем, что каждый вагон, как и локомотив, имеет запас сжатого воздуха, накопляемого в запасных резервуарах во время отпуска тормозов. Запасный воздух при торможении проходит в тормозной цилиндр, где воздействует на рабочую сторону поршня. Привести в действие тормоз можно из каждого вагона, для чего в них устроены особые краны. Повернув рукоятку, мы выпускаем воздух из трубопровода и, понизив таким образом давление в нём, заставляем тормоз действовать.

Такая система тормоза, действующего сжатым воздухом, была бы безукоризненной, если бы при её помощи можно было осуществлять постепенно торможение и, главное, если бы не истощался запас воздуха при повторных или длительных торможениях. С этими недостатками, и прежде всего с истощимостью запаса воздуха, конструкторы боролись упорно и долго и в последнее время добились успеха. Самыми выдающимися из них являются советские изобретатели Флорентий Пименович Казанцев и Иван Константинович Матросов, бывшие машинисты, отлично изучившие на практике все недостатки воздушного тормоза и сумевшие их преодолеть.
Благодаря значительным преимуществам воздушных тормозов системы Казанцева и особенно Матросова перед заграничными советская тормозная техника признана передовой.

Тормоза Казанцева и в особенности Матросова обладают неистощимостью и плавностью торможения. Это достигнуто благодаря новому принципу в их устройстве, заключаюшемуся в том, что действие тормоза происходит в результате уравновешивания трёх давлений: в воздухопроводе, в тормозном цилиндре и в особой камере постоянного давления. В прежних же системах тормоз действовал под влиянием равновесия только двух давлений — в воздухопроводе и в запасном резервуаре.

Торможением в большинстве случаев, разумеется, управляет машинист. В его распоряжении имеется кран, которым он регулирует выпуск сжатого воздуха. Благодаря этому машинист может тормозить состав так, как это требуется обстоятельствами.

В общем железнодорожное хозяйство в настоящее время располагает достаточной техникой безопасности, которая может в полной мере предотвращать катастрофы и аварии. Бороться сейчас приходится не столько с природой, материалом и несовершенством технических средств, сколько с небрежностью, легкомыслием, незнанием, с технической отсталостью некоторых работников железнодорожного транспорта.

3. Тормозное оборудование и автосцепное устройство

Подвижной состав, в том числе специальный подвижный состав, должен быть оборудован автоматическими тормозами, а пассажирские вагоны и локомотивы, кроме того, электропневматическими тормозами.
Автоматические тормоза подвижного состава, в том числе специального самоходного подвижного состава, должны содержаться по установленным МПС нормам и обладать управляемостью и надежностью действия в различных условиях эксплуатации, обеспечивать плавность торможения, а также остановку поезда при разъединении или разрыве воздухопроводной магистрали и при открытии стоп-крана (крана экстренного торможения).
Автоматические и электропневматические тормоза подвижного состава должны обеспечивать тормозное нажатие, гарантирующее остановку поезда при экстренном торможении на расстоянии не более тормозного пути, определенного по расчетным данным, утвержденным МПС.

Автоматические тормоза должны обеспечивать возможность применения различных режимов торможения в зависимости от загрузки вагонов, длины состава и профиля пути.
Стоп-краны в пассажирских вагонах и моторвагонном подвижном составе устанавливаются в тамбурах, внутри вагонов и пломбируются.

В специальном самоходном подвижном составе при необходимости устанавливаются стоп-краны или другие устройства для экстренного торможения.

Локомотивы, пассажирские вагоны, моторвагонный и специальный самоходный подвижной состав оборудуются ручными тормозами. Часть грузовых вагонов по нормам МПС должна иметь переходную площадку со стоп-краном и ручным тормозом.

Допускается эксплуатация почтовых и багажных вагонов, построенных до 1 января 1970 г., без ручных тормозов.

Ручные тормоза подвижного состава, в том числе специального самоходного подвижного состава, должны содержаться по установленным нормам и обеспечивать установленное МПС расчетное тормозное нажатие.

Все части рычажной тормозной передачи, разъединение или излом которых может вызвать выход из габарита или падение на путь, должны иметь предохранительные устройства.

4. Выбор принципиальной схемы пневматической части тормозной системы вагона

Пневматическая часть тормоза существующих крытых вагонов спроектирована на основе использования непрямодействующего автоматического тормоза.

Рис.2. Схема пневматического тормозного оборудования крытого вагона

На новых грузовых вагонах устанавливается только ВР №483. Его двухкамерный резервуар 6 укреплен на раме вагона и отводами 9 и 11 соответственно соединен с М 5 и ЗР 10. Причем отвод 9 непосредственно ввинчен в разобщительный кран 8, который сам установлен в тройнике кронштейне 7. Последнее позволяет в случае излома отвода отключить не только ВР, но и неисправный отвод.

Разобщительный кран 8 № 372 снабжен отверстием диаметром 4 мм, через которое при выключении тормоза магистральная камера ВР сообщается с атмосферой (Ат), тем самым, предупреждая самоторможение выключенного ВР в случае пропуска воздуха через пробку закрытого разобщительного крана. По горцам магистральный воздухопровод 5 оборудован концевыми кранами 3 и соединительными рукавами 2.

Концевой кран 3 № 190 имеет контрольное отверстие диаметром 6 мм, посредством которого при закрытии крана полость соединительного рукава 2 сообщается с Ат, что позволяет затем безопасно разъединять рукава.

Кран экстренного торможения (ЭТ) 4 со снятой ручкой устанавливается только на вагонах с тормозной площадкой. Для отпуска тормоза вагона вручную служит выпускной клапан 15 № 31, который непосредственно размещен на крыше главной части 16 ВР. На рукоятке этого клапана закреплен проволочный поводок 14, выведенный к боковой стороне вагона.

Сверху на корпусе главной части 16 ВР находится обратный клапан 17, наделяющий тормоз свойством неистощимости. Также сверху, но на корпусе магистральной части 12 ВР располагается клапан мягкости 19.

ВР выполняет важнейшие функции автотормоза и поэтому является одним из наиболее ответственных приборов тормозного оборудования вагона. Наряду с основными операциями, изложенными выше, ВР должен выполнять такие вспомогательные операции, как дополнительную разрядку М, образование скачка начального давления в ТЦ, изменение грузового режима торможения.

ВР грузового тормоза должен обеспечивать достаточно легкий бесступенчатый отпуск при следовании поезда по участкам пути с уклоном до 18 ^о /_оо и ступенчатый отпуск для следования поезда по затяжным крутым спускам с уклонами более 18 ^о /_оо .

Он должен обладать свойством мягкости, т. е. не срабатывать на торможение при снижение давления в М темпом 0,02-0,03 МПа в минуту.

Для обеспечения плавности торможения скорость тормозной волны при ЭТ должна достигаться наибольшей и не менее 250 м/с.

Максимальное давление в ТЦ должно обеспечиваться при снижении зарядного давления в М 0,13 – 0,15 МПа. При этом время наполнения воздухом ТЦ до 90% максимальной величины давления должно составлять 20-25 с. Реализация максимального давления воздуха в ТЦ должна быть в пределах 0,39-0,45 МПа для груженого режима ВР; 0,28-0,32 МПа для среднего и 0,14-0,18 МПа для порожнего. ВР должен обеспечивать пополнение возможных утечек воздуха из ТЦ.

Необходимое усилие по штоку ТЦ и передаточное число РП можно определить методом подбора, как двух взаимосвязанных величин, учитывая следующие соображения.

При сравнительно большом п можно применить компактный ТЦ с малым диаметром и тормозное оборудование меньшего веса. Однако в таких случаях получаются худшие условия для отвода колодок после торможения и затрудняется регулировка РП по мере износа тормозных колодок.

Кроме того, принятое передаточное число РП определяет соотношение между возможным перемещением колодки пси торможении (зазоры между колесом и колодкой в отпущенном состоянии тормоза) и величиной хода поршня ТЦ.

Так как зазор между колодками и колесом должен быть в пределах 5-8 мм, а по конструктивным соображениям рабочий ход поршня также может изменяться в ограниченном диапазоне 40-180 мм, то и передаточное число, РП ограничивается данными условиями. С учетом изложенного в железнодорожной практике обычно передаточные числа РП тормоза принимает n = 6 - 12.

Для уточенного выбора n целесообразно применение другого метода, предложенного Иноземцевым В.Г., учитывающим условия непрерывного торможения вагонов на крутом затяжном спуске, когда длительно не производится полный отпуск автотормозов и поэтому АРП не стягивает РП.

В таком режиме торможения общий расчетный объемный износ чугунных тормозных колодок, действующих на одно колесо, с учетом технологическах факторов может достигать 250 см³ .

Заключение

Все поезда, отправляемые со станции, должны быть обеспечены тормозами с гарантированным нажатием тормозных колодок в соответствии с нормативами по тормозам, утвержденными МПС.

В исключительных случаях, вследствие отказа автотормозов у отдельных вагонов в пути следования поезд может быть отправлен с промежуточной станции с тормозным нажатием менее установленного нормативами до первой станции, где имеется пункт технического обслуживания вагонов, с выдачей машинисту предупреждения об ограничении скорости. Порядок отправления и следования таких поездов устанавливается начальником дороги.

Фактический вес грузовых вагонов в составах поездов определять по поездным документам.

Для удержания на месте после остановки на перегоне в случае неисправности автотормозов грузовые поезда должны иметь ручные тормоза и тормозные башмаки в соответствии с нормами.

При отказе автотормозов в пути следования во всем поезде следовать дальше можно только после восстановления их действия. В противном случае поезд выводится с перегона вспомогательным порядком, установленным Инструкцией по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах.

Список использованных источников:

1. Методическое указание “Выбор тормозной системы подвижного состава”, Москва 1985г. МИИТ.

2. Иноземцев В.Г. и др. “Автоматические тормоза”, Москва Транспорт, 1981г.

3. Методическое указание “Вопросы расчёта и проетирования механической части тормозной системы вагонов”, Москва 1996г. МИИТ.

4. Методическое указание “Расчёт силовой и механической части тормозной системы”, Москва 1974г. Лариохин В.И.

5. Иноземцев В.Г. “Тормоза ж.д. подвижного состава”, Москва Транспорт 1979г.

6. Крылов В.И. и др. «Справочник по тормозам».