Учебное пособие для локомотивных бригад

 

 

Преподаватель Р.Э. Мунасипов

Пермь

Введение

Тормозами называют комплекс устройств, предназначенных для создания управляемых дополнительных сил сопротивления движению поезда для его остановки или регулирования скорости движения. Тормоза являются основным средством, обеспечивающим безопасность движения и рост скоростей движения поездов.

Основным типом тормоза железнодорожного подвижного состава во всем мире является автоматический пневматический тормоз, в котором сигналы для управления тормозами передаются по пневматической магистрали при повышении или понижении давления воздуха в ней.

Пневматические устройства (воздухораспределители) воспринимают эти сигналы и при повышении давления воздуха в пневматической магистрали обеспечивают зарядку запасных резервуаров сжатым воздухом и одновременно сообщение тормозных цилиндров с атмосферой (зарядка и отпуск тормозов), а при понижении давления - сообщение запасных резервуаров с тормозными цилиндрами (торможение).

Первый поезд из пяти груженых вагонов, который со скоростью около 8км/ч в 1804 году в Англии провел паровоз Ричарда Тревитика, был оборудован ручными тормозами. Такие же тормоза с деревянными колодками и специальными людьми - тормозильщиками применялись и на первых отечественных железных дорогах: Нижнетагильской (1834г) и Петербург-Царское село (1837г).

Механический непрерывный тормоз, управляемый с помощью натянутого вдоль поезда троса, был применен на Николаевской (Октябрьской) железной дороге, построенной в 1843-1851 годах.

Первый патент на воздушный тормоз в России был выдан в 1858 году инженеру Отто Мартину, но этот тормоз не нашел практического применения. Первые пневматические прямодействующий неавтоматический и автоматический непрямодействующий тормоза были созданы Джорджом Вестингаузом в 1869-1872 годах.

Основной идеей, реализованной в этих тормозах, стало применение воздухопровода - тормозной магистрали с соединительными рукавами, которыми оборудовалась каждая подвижная единица. В поезде после соединения рукавов создается непрерывный пневматический канал, по которому подается энергия в виде сжатого воздуха на вагоны от локомотива и производится управление тормозными процессами изменением давления в тормозной магистрали.

В России первые опыты с пневматическими тормозами проводились в 1876 году, а с 1882 года на железных дорогах началось широкое внедрение тормоза Вестингауза. В дореволюционной России заграничным фирмам было предоставлено право ввозить в страну тормоза различных типов: к 1885 году на отдельных железных дорогах России в пассажирских поездах применялись тормоза пяти систем - Вестингауза, Сандерса, Гарди, Геберлейна и Вангера.

В 1897 году было принято решение о переводе грузовых поездов на автоматическое торможение. Под руководством профессора Н.П. Петрова в конце 1898 и начале 1899 года на Николаевской железной дороге были проведены испытания нескольких систем тормозов (Вестингауза, Липковского, «Нью-Йорк», «Фив-Лиль» и Шлейфера), из которых Министерство путей сообщения приняло в качестве основных тормоза систем Вестингауза, Липковского и «Нью-Йорк», хотя наилучшие результаты были получены с тормозом Липковского. Тормоз Липковского с 1897 года в течение трех лет испытывался на Санкт-Петербургско-Варшавской дороге и около шести лет на нескольких железных дорогах во Франции. На всемирной выставке в Париже в 1900 году тормоз Липковского получил две золотые медали.

Первым изобретателем отечественного автоматического тормоза был машинист депо Челкар Ташкентской дороги Ф.П. Казанцев (1877-1940гг). Еще в 1909 году он изобрел двухпроводный неистощимый тормоз, который в 1910 году блестяще выдержал испытания в пассажирском поезде. Однако это изобретение не нашло применения в дореволюционной России. В 1923 году Московский тормозной завод выпустил первые образцы двухпроводного тормоза (тип Д) системы Ф.П. Казанцева, которые успешно прошли испытания на Октябрьской дороге в длинносоставном пассажирском поезде.

В 1925 году опытная партия тормозных приборов серии АП-1 жесткого типа для грузовых поездов, изготовленных Московским тормозным заводом, была испытана совместно с представителями Германских железных дорог на Сурамском перевале Закавказской дороги параллельно с тормозами «Кунце-Кнорр» (Германия). Эти испытания показали неоспоримое преимущество тормозов системы Казанцева перед тормозами «Кунце-Кнорр», особенно в части неистощимости действия.

В 1927 году Ф.П. Казанцев создал новый воздухораспределитель серии К мягкого типа, который с 1929 года был принят для оборудования грузовых поездов. С 1924 по 1929 год было выпущено около 35 тысяч воздухораспределителей жесткого типа АП-1 и с 1929 по 1932 год около 128 тысяч воздухораспределителей серии К.

В конце 1929 году появились новые воздухораспределители Ф.П. Казанцева (К-2), И.К. Матросова (М-320) и Б.Л. Карвацкого (С). Проведенные в 1930-1931 годах широкие сравнительные испытания этих воздухораспределителей показали, что все они по своим качествам соответствовали предъявленным требованиям. Показавший наилучшие результаты воздухораспределитель М-320 системы И.К. Матросова был принят типовым для грузового подвижного состава. С 1932 года начался массовый выпуск этих воздухораспределителей и уже в 1935 году был завершен полный перевод грузовых поездов на автоматическое торможение, что позволило резко увеличить скорости движения поездов.

Известному изобретателю И.К. Матросову (1886-1965гг) принадлежат большие заслуги в деле создания и оснащения подвижного состава отечественными пневматическими автотормозами. Практически весь подвижной состав железных дорог России оборудован воздухораспределителями и концевыми кранами его системы и конструкции. С 1932 по 1953 годы было выпущено более 1млн воздухораспределителей М-320. Выпускавшиеся в 1953-1959 годах воздухораспределители MT3-135, в 1959-1967 годах воздухораспределители 270-002 для грузовых поездов, а с 1958 года воздухораспределители 270-005-1 также созданы И.К. Матросовым.

В 1976 году завод «Трансмаш» начал производство воздухораспределителей 483-000 обладающие рядом новых свойств, в том числе высокой скоростью тормозной волны (300-310м/с).

Применяемые в настоящее время пассажирские воздухораспределители 292-001 выпускаются с 1958 года Московским тормозным заводом и являются очередной модернизацией тройного скородействующего клапана Вестингауза.

С 1932 года были начаты первые испытания отечественных электропневматических тормозов системы Ф.П. Казанцева в пассажирских и грузовых поездах, продолженные впоследствии В.П. и Б.В. Казанцевыми на электропоездах.

С 1948 г. Московский тормозной завод приступил к серийному производству электропневматических воздухораспределителей 170 и 350-001 для моторвагонного подвижного состава и с 1950 года - 305-000 для пассажирских поездов с локомотивной тягой.

Первым отечественным прибором управления тормозами, созданным в 1928 году, был кран машиниста, разработанный Ф.П. Казанцевым. Он имел автоматические перекрыши, звуковой сигнализатор обрыва тормозной магистрали, взаимозаменяемые детали и успешно эксплуатировался до 1953 года. С переходом на электрическую и тепловозную тягу и ростом длины поездов потребовалось применение сверхзарядного давления, темпа мягкости и повышение питательной способности, что привело к созданию в 1957 году крана машиниста 222, а затем в 1966 году более совершенных 394 и 395.

Для уменьшения регулировок рычажных передач и снижения потерь передаваемых усилий с 1947 года применяют автоматические регуляторы выхода штока тормозного цилиндра. В настоящее время используются винтовые регуляторы рычажной передачи одностороннего действия 574Б и РТРП-675. Корректировку давления в тормозном цилиндре в зависимости от загрузки вагона осуществляют другие регуляторы - авторежимы, также имеющие свою 50-летнюю историю развития. С 1965 года наряду с чугунными стали использовать композиционные тормозные колодки, обладающие высокой износостойкостью и стабильным коэффициентом трения, мало зависящим от скорости движения.

В процессе совершенствования тормозной техники в нашей стране можно выделить три основных этапа. Первый (1834-1928гг) характеризуется применением импортных тормозных систем и устройств. Второй (1929-1990гг), наоборот, отличается тем, что по стратегическим соображениям разрабатывались и использовались только отечественные тормозные устройства. С 1991 года по настоящее время происходит интенсивный переход от устаревших пневмомеханических конструкций тормозных устройств к более совершенным электронно-пневматическим, выполненным на базе микропроцессорной техники.

В конце 1970 годов приступили к созданию принципиально новых электронно-пневматических тормозных устройств, которые, постепенно совершенствуясь, выходили за рамки опытной эксплуатации. Первые из них были разработаны в научно-исследовательских лабораториях кафедры «Электрическая тяга» Уральского электромеханического института инженеров железнодорожного транспорта (УЭМИИТ), ныне УрГУПС. К ним можно отнести устройство дистанционной зарядки и опробования тормозов (УЗОТ), систему автоматического управления торможением (САУТ), комплексную носимую систему управления тормозами соединенных поездов (КОНСУЛ), которые нашли широкое применение на сети дорог и стали выпускаться серийно.

В процессе развития и совершенствования тормозов большое внимание уделяется созданию новых устройств и систем безопасности, взаимосвязанных с работой приборов тормозного оборудования, систем автоведения поезда, систем автоматического управления торможением.

За последнее десятилетие были разработаны и внедрены в эксплуатацию телемеханическая система контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ), электронный скоростемер КПД-3, комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У), унифицированные системы автоведения поездов (УСАВП), регистраторы параметров движения и автоведения (РПДА), единая комплексная система управления и обеспечения безопасности движения (ЕКС), безопасный локомотивный объединенный комплекс (БЛОК).

Созданием этих устройств был открыт новый этап в развитии и совершенствовании тормозной техники, качественно изменившие и расширившие ее возможности, надежность и функциональность, что повысило безопасность движения поездов, уровень автоматизации и оптимизации тормозных процессов и снизило отрицательное влияние человеческого фактора.

Зарекомендовавший себя как очень надежный кран машиниста 395 на сегодняшний день морально устарел. Развитие и внедрение микропроцессорной техники в систему управления тормозами современного локомотива, удобство в обслуживании и ремонте, улучшение условий труда машиниста ужесточили и повысили требования к этому прибору. Так появился кран машиниста с дистанционным управлением 130, который в полной мере отвечает всем новым требованиям. В настоящее время этими кранами оборудованы новые локомотивы: 2ЭС5К «Ермак», 2ЭС6 «Синара», 2ЭС10 «Гранит», магистральные тепловозы 2ТЭ25К «Пересвет» и 2ТЭ25А с асинхронным приводом, пассажирский электровоз ЭП2К, маневровый тепловоз ТЭМ18ДМ.

На «Уралвагонзаводе» изготавливаются полувагоны с раздельным торможением, которые оборудованы воздухораспределителем 483А на основе камеры 180. Несмотря на некоторое отставание в области высокоскоростного движения, в нашей стране к настоящему времени созданы высоконадежные и эффективные тормоза, обеспечивающие самые короткие тормозные пути и реализацию свойств сцепления на уровне 60-80%.

Большую роль в развитии отечественного тормозостроения сыграли работы по теории торможения, основоположником которой является профессор Н.П. Петров. Опубликованный им впервые в мире (1878г) труд «О непрерывных тормозных системах» и сейчас имеет большое значение.

Советские ученые В.Ф. Егорченко (1892-1952гг), Б.Л. Карвацкий (1881-1970гг) и другие развили и дополнили теорию о торможении, обогатив ее ценными исследованиями.

Большой вклад в развитие отечественной тормозной науки и техники внесли известные ученые и конструкторы Ф.П. Казанцев, И.К. Матросов, Д.Э. Карминский, Б.Л. Карвацкий, П.Т. Гребенюк, В.М. Казаринов, В.А. Лазарян, В.Г. Иноземцев, В.И. Крылов, В.В. Крылов, М.И. Глушко, В.Р. Асадченко и другие.

В Западной Европе разработкой и исследованием тормозов занимаются несколько фирм, наиболее крупными из которых являются «Кнорр-Бремзе» (Германия) и «Эрликон» (Швейцария), «ДАКО» (Чехия). Эксплуатация тормозов в Западной Европе значительно отличается от наших условий: короткие поезда, винтовое сцепление подвижного состава, благоприятные климатические условия.

Фирма «Вестингауз» (США) обеспечивает тормозами все страны Американского континента, имеет филиалы в Англии, Италии, ФРГ, Испании и Франции.

Для дальнейшего развития, совершенствования тормозного оборудования и связей предприятий-производителей тормозной техники с железнодорожными предприятиями вагонного и локо­мотивного хозяйств в условиях рыночной экономики России 5 декабря 1997 года была создана Ассоциация производителей и потребителей тормозного оборудования (АСТО). В нее вошли тормозные заводы: ОАО МТЗ «Трансмаш» (Москва), ОАО «Транспневматика» (Первомайск Нижегородской области), ОАО «Ритм» (Тверь), ОАО «Трансмаш» (Белев Тульской области), ЗАО «Нейроком» (Москва), ОАО «Фритекс» (Ярославль), АООТ «Уральский завод резиновых технических изделий» (Екатеринбург), ГУП ПО «Уралвагонзавод» (Нижний Тагил Свердловской области), ОАО «Крюковский вагонзавод» (Кременчуг), ФГУП ВНИИЖТ, ГосНИИВ, МИИТ и Украинский НИИВ (Кременчуг).

АСТО создана с целью координации деятельности предприятий - участников в осуществлении технической политики и стратегии развития тормозной техники для железнодорожного транспорта и метрополитена, разработки и внедрения конкурентоспособной тормозной техники, изучения рынка сбыта и содействия предприятиям АСТО в организации комплектной поставки тормозного оборудования. Ассоциацией принята и реализуется программа освоения производства комплекса тормозного оборудования для вагонов нового поколения. В комплекс входят пневматический воздухораспределитель, электропневматический воздухораспределитель, ускоритель экстренного торможения, автоматический стояночный тормоз с дистанционным приводом, тормозные блоки со встроенными авторегуляторами компенсации износа тормозных колодок конструкции ОАО «Транспневматика», металлокерамические тормозные колодки с увеличенным сроком службы до 400000км пробега, система диагностики тормозного оборудования.

АСТО приняла непосредственное участие в разработке раздела федеральной программы «Автотормозное оборудование для грузового подвижного состава нового поколения». В федеральную программу были включены следующие предложения:

упрощение тормозной рычажной передачи за счет переноса тормозных цилиндров с кузова на тележки и применение встроенного в тормозной цилиндр авторегулятора тормозной рычажной передачи;

совершенствование конструкции и повышение надежности работы грузового авторежима и автопереключателей грузовых режимов у специализированных грузовых вагонов и цистерн, эксплуатирующихся с полной загрузкой или в порожнем состоянии;

разработка принципиально новой конструкции компоновки воздухораспределителя 484А с вертикальным перемещением движущихся частей с целью уменьшения их износа и повышения на­дежности работы;

унификация тормозных систем грузовых и пассажирских вагонов на базе воздухораспределителя 483М;

разработка модификации воздухораспределителя 483М для ускоренных короткосоставных грузовых поездов;

создание электропневматического тормоза для грузовых вагонов.

Некоторые термины и единицы измерения применяемые в учебном пособии.

На заседании АСТО в 1999 году в обозначении тормозных приборов было исключено слово условный, а в 2003 году - символ №.

Клапан - устройство, предназначенное для открытия, закрытия или регулирования потока жидкости или газа в трубе при определенных условий (повышение давления в сосуде, изменение направления потока в трубопроводе).

Поршень - деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно-поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа или жидкости в механическую работу или наоборот - возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня в виде одного или нескольких поршневых колец.

Плунжер - вытеснитель цилиндрической формы, длина которого намного больше диаметра. В отличие от поршня уплотнитель располагается на внутренней поверхности цилиндра и при совершении плунжером возвратно-поступательного движения движется по поверхности плунжера.

Диафрагма (перегородка) - упругая резиновая пластина.

Мембрана (перегородка) - упругая тонкая металлическая пластина.

Манжета - основной элемент контактного уплотнительного устройства кольцевой формы из эластичного материала препятствующий вытеканию рабочей жидкости или газа из области высокого давления в область низкого давления и защищающий детали от попадания грязи и пыли.

Втулка - деталь машины, механизма, прибора цилиндрической или конической формы с осевой симметрией, имеющая осевое отверстие, в которое входит сопрягаемая деталь. В тормозных приборах втулки применяются в качестве направляющих для определенного положения сопрягаемых деталей (хвостовики поршней и клапанов). Торцовые части и внутренние фаски торцов отверстий втулок используются в качестве седел (притирочные поверхности) поршней и клапанов.

Единицы измерения давления: 1кгс/см² = 0,1Мпа = 1атм.

Основы теории торможения