Приборы управления автоматическими тормозами подвижного состава

Настоящая лекция будет посвящена прибору управления автоматиче­скими тормозами подвижного состава.

Прибор, при помощи которого машинист управляет тормозами, называется краном машиниста. Мы рассмотрим устройство крана машиниста, разберём его основные функции и изучим схему его работы.

Вначале давайте вспомним, как работают автоматические тормоза подвижного состава и почему они называются автоматическими?

Автоматические - это означает самостоятельно срабатывающие, т.е. самостоятельно затормаживающие поезд.

Как это происходит?

На локомотиве с помощью компрессоров создаётся запас сжатого воздуха, который закачивается в главные резервуары. Сжатым воздухом через кран машиниста заряжается тормозная магистраль всего поезда. Эта магистраль представляет собой трубопровод, проложенный под каждым вагоном. Межвагонные соединения выполнены с помощью концевых ре­зиновых рукавов. Под каждым вагоном имеется прибор - воздухораспре­делитель, который реагирует на изменение давления в тормозной магист­рали. При зарядке магистрали, т.е. при повышении в ней давления, он пропускает воздух в запасной резервуар, создавая также запас сжатого воздуха и под каждым вагоном. После зарядки магистрали в ней должно постоянно поддерживаться определённое давление. В грузовых поездах оно равно 5,5 кгс/см.

При снижении давления в тормозной магистрали происходит сле­дующее. Воздухораспределитель, реагируя на такое снижение, соединяет запасной резервуар с тормозным цилиндром. При повышении давления в тормозном цилиндре выдвигается его шток. Движение штока через сис­тему рычагов передаётся к тормозным колодкам и, в итоге, тормоза при­ходят в действие.

Становится понятным, как машинист должен управлять тормозами поезда. Если понадобится затормозить поезд, машинист должен снизить на необходимую величину давление в тормозной магистрали, а для того, чтобы тормоза отпустили, т.е. тормозные колодки отошли от колёс, ма­шинист должен повысить давление в магистрали.

Отметим также, что давление в магистрали может снижаться не толь­ко в результате соответствующих действий машиниста, но и по другим причинам: разрыв поезда, рассоединение рукавов, открытие стоп-крана и др. Во всех этих случаях тормозная магистраль разряжается, давление в ней падает, а тормоза срабатывают и затормаживают поезд самостоятельно, без участия машиниста. Именно поэтому они и называются автомати­ческими.

Теперь поговорим подробнее об управлении тормозами машинистом. Мы уже выяснили, что для приведения тормозов в действие необходимо снизить давление в тормозной магистрали. На первый взгляд машинисту достаточно иметь для этого самый обыкновенный кран для выпуска воздуха из тормозной магистрали в атмосферу.

Рис. 1. Упрощённая схема тормозной магистрали поезда:

1. Кран; 2. Манометр тормозной магистрали; 3. Тормозная магистраль локомотива; 4. Резиновые концевые рукава: 5. Тормозная магистраль первого вагона и далее всего состава.

Но давайте рассмотрим, как же будет протекать в таком случае про­цесс торможения, когда машинист на локомотиве, руководствуясь мано­метром 2 (рис. 1) откроет кран 1 и соединит тормозную магистраль с ат­мосферой. Прежде всего в атмосферу станет выходить воздух из магист­рали локомотива и давление в ней окажется ниже, чем в магистрали поез­да. В область снижающегося давления устремится воздух, находящийся под большим давлением. В магистраль локомотива вначале поступит воз­дух из первого вагона. Понижение давления в первом вагоне вызовет пе­ретекание воздуха из второго вагона и так далее по цепочке по всей длине поезда. Волна снижающегося давления будет двигаться от локомотива до хвоста поезда. Снизив на определённую величину давление в магистрали, машинист перекроет кран, прекратив выпуск воздуха. Даже в коротком поезде в момент перекрытия крана давление в тормозной магистрали ло­комотива будет немного ниже, чем давление в магистрали последнего ва­гона. А если поезд состоит из большого количества вагонов, то его тор­мозная магистраль - трубопровод более длинный, и когда машинист на локомотиве, снизив давление, перекроет кран, прекратив выпуск воздуха, в хвосте поезда давление только начнёт снижаться. Разница давлений в голове и в хвосте поезда окажется тем больше, чем длиннее будет состав.

После перекрытия машинистом крана 1 из-за возникшей разности давления в магистрали начнётся его выравнивание по всей длине поезда, будет происходить перетекание воздуха от хвоста поезда к голове. В ре­зультате чего произойдёт обратный процесс - давление в головных ваго­нах повысится. А мы знаем, что при повышении давления в тормозной магистрали тормоза отпускают. Если представить себе в этот момент ра­боту тормозного оборудования по всей длине поезда, то ситуация окажется совершенно недопустимая, возможно аварийная: в головных вагонах будет происходить отпуск тормозов, а ближе к хвосту поезда ва­гоны будут заторможены. Это может привести к тяжёлым последствиям: разрыву поезда или проезду запрещающего сигнала из-за недостатка тор­мозной силы и т.д., а сам процесс торможения к тому же получится со­вершенно неуправляемым. Такой способ управления, когда машинист при помощи крана 1 напрямую соединяет тормозную магистраль с атмо­сферой, с последующей перекрышей явно непригоден.

Чтобы подобного не случилось, машинист должен иметь возмож­ность снижать давление на определённую величину по всему поезду не­зависимо от его длины. Но ведь чем длиннее поезд, тем больше объём его тормозной магистрали и, следовательно, тем большее количество воздуха необходимо выпустить из неё, чтобы добиться строго определённой ве­личины снижения давления. Можно ли сделать так, чтобы машинист не задумывался каждый раз, какое количество воздуха ему необходимо вы­пустить из магистрали? И как избежать возникновения той аварийной си­туации, о которой мы уже говорили, а именно, завышения давления в ма­гистрали после снижения давления в ней на определённую величину? Имея обычный кран, соединяющий тормозную магистраль с атмосферой, выполнить эти требования невозможно. Нужен кран машиниста особой конструкции, к рассмотрению которой мы теперь и приступим.

В цилиндр 4 (рис. 2) помещён поршень 5. Нижняя часть цилиндра, так называемое подпоршневое пространство, соединено с тормозной ма­гистралью, а надпоршневая полость сообщается с резервуаром 3, который называется уравнительным. Хвостовик поршня упирается в верхнее атмо­сферное седло двухседельчатого клапана 7. К нижнему седлу клапана подводится воздух из главных резервуаров. Снизу на двухседельчатый клапан действует усилие пружины 8. Сам поршень тоже называется уравнительным. В дальнейшем при изучении конструкции этого устройства и его работы мы поймём, почему поршень и резервуар так названы. В нашей схеме снизу уравнительного резервуара помещён выпускной краник £. Следует отметить, что схема, показанная на рис. 2, является упрощённой неполной и может служить только для изучения конструкции крана и понимания принципа управления тормозами. Реаль­ное устройство современного крана машиниста гораздо сложнее.

На рис. 2 изображено установившееся положение поршня, когда дав­ления над поршнем и под ним одинаковые. Рассмотрим работу этого уст­ройства при перемещении поршня.

При движении поршня вверх, его хвостовик откроет атмосферное от­верстие верхнего седла клапана 7, что приведёт к выпуску воздуха из тормозной магистрали и понижению в ней давления. А при движении поршня вниз, хвостовик, преодолев усилие пружины 5, отожмёт нижнее седло клапана 7 и воздух из главных резервуаров станет поступать в тор­мозную магистраль, а значит, давление в ней будет увеличиваться.

Теперь перейдём к рассмотрению процесса управления тормозами, руководствуясь упрощённой схемой показанной на рис. 2.

Для приведения тормозов в действие машинист должен добиться снижения давления в тормозной магистрали на определённую величину. Для этого он с помощью выпускного краника 1 начинает выпускать воз­дух, т.е. снижать давление в уравнительном резервуаре. Давление в по­лости над уравнительным поршнем также начнёт понижаться. От того, что давление под поршнем в данный момент больше, чем над ним, пор­шень приподнимается вверх и открывает своим хвостовиком атмосфер­ное отверстие, при этом тормозная магистраль сообщается с атмосферой.

Снизив давление в уравнительном резервуаре на необходимую вели­чину, машинист перекрывает краник 1 Давление в уравнительном резер­вуаре и полости над уравнительным поршнем остаётся неизменным, а процессы, которые будут происходить в тормозной магистрали необхо­димо рассмотреть более подробно.

После прекращения выпуска воздуха из уравнительного резервуара и установления нового давления в полости над уравнительным поршнем выпуск воздуха из тормозной магистрали через атмосферное отверстие двухседельчатого клапана прекратится не сразу, он будет происходить до тех пор, пока не уравняются давления в полостях над поршнем и под ним. И только после этого поршень, опустившись вниз, закроет атмосферное отверстие своим хвостовиком. Чем длиннее будет состав поезда, тем дольше будет открыт атмосферный клапан, тем больший объём воздуха выйдет из тормозной магистрали. В результате давление в ней снизится

Когда выше рассматривался процесс торможения при наличии у ма­шиниста простого крана, который связывал тормозную магистраль непо­средственно с атмосферой, то мы говорили, что при перекрытии крана возникает обратная волна повышающегося давления, которая движется от хвоста поезда к голове, вызывая отпуск тормозов в головных вагонах. Кран машиниста особой конструкции, имеющий уравнительный орган, такого не допустит. Подходящий воздух от хвостовых вагонов будет удерживать уравнительный поршень в приподнятом состоянии до тех пор, пока давление над уравнительным поршнем и под ним не уравняют.

Уравнительный резервуар и уравнительный поршень потому и назы­ваются уравнительными, что выполняют функции уравнивания давлений - заданного машинистом с помощью уравнительного резервуара с тем, которое будет выполнено с помощью уравнительного органа.

При изучении принципиальной схемы работы крана необходимо по­пять и запомнить, что при служебном торможении машинист выпускает воздух только из уравнительного резервуара, руководствуясь его мано­метром, при этом соответствующее устройство крана - уравнительный орган, обеспечивает выпуск воздуха из тормозной магистрали до сниже­ния давления в ней на такую же величину, как и в уравнительном резер­вуаре. Машинист, снижая давление в уравнительном резервуаре, как бы даёт команду, а всё остальное за него выполняет уравнительный орган. При таком способе управления тормозами завышение давления в голове поезда после произведённого торможения уже не происходит. Давление в магистрали снижается по всей её длине и на необходимую величину. Процесс торможения получается управляемым и контролируемым.

Необходимо отметить, что современные поезда состоят из большого количества вагонов, объём тормозной магистрали таких поездов соответ­ственно тоже большой. Если производить разрядку тормозной магистрали только через кран машиниста, такой процесс торможения уже не будет отвечать современным требованиям по параметрам распространения тор­мозной волны, условиям вождения длинносоставных поездов и т.п., по­этому современные воздухораспределители в этом плане помогают крапу машиниста разряжать тормозную магистраль. Они в начальный момент торможения производят дополнительную разрядку магистрали, способст­вуя тем самым одновременному срабатыванию тормозов по всей длине поезда.

С помощью упрощённой схемы устройства для управления тормоза­ми, показанной на рис. 2, мы ознакомились с основным принципом управления тормозами. Для срабатывания тормозов впоезде машинист снижает на определённую величину давление в уравнительном резервуа­ре, или, как принято говорить, выполняет степень торможения. Величина первой ступени в грузовом поезде равна 0,7 кгс/см². Уравнительный ор­ган на такую же величину обязан снизить давление в тормозной магист­рали. Такой вид торможения называется служебным торможением. Одно из положений ручки крана машиниста (имеется в виду уже реальный кран) так и называется - положение служебного торможения.

После снижения давления машинист ставит ручку крана в положение перекрыши. Название его происходит от глагола «перекрывать»: для пре­кращения дальнейшего снижения давления в тормозной магистрали ма­шинист перекрывает кран. В реальном кране имеются два положения не-рекрыши: перекрыша без питания тормозной магистрали и перекрыша с питанием тормозной магистрали. Что же означают слова питание тор­мозной магистрали?

В тормозной магистрали из-за неплотностей в её соединениях, в при­борах тормозного оборудования возможны утечки воздуха. Эти утечки необходимо восполнять для поддержания постоянной величины давле­ния. В режиме перекрыши кран восполняет утечки в тормозной магистра­ли следующим образом.

В уравнительном резервуаре и в полости над уравнительным порш­нем установилось заданное машинистом давление. В положении пере­крыши с питанием это давление должно оставаться неизменным. А в по­лости под уравнительным поршнем из-за утечек в тормозной магистрали давление будет снижаться. Когда под поршнем (т.е. в тормозной магист­рали) давление станет меньше чем над ним, поршень, опускаясь вниз, приоткроет питательный клапан, от этого тормозная магистраль и по­лость под уравнительным поршнем станут пополнятся воздухом из глав­ных резервуаров до уравнивания давления над поршнем и под ним. По­стоянно реагируя на снижение давления из-за утечек в тормозной магист­рали, уравнительный поршень будет приоткрывать питательный клапан, отчего тормозная магистраль станет пополняться воздухом, т.е. получать питание.

Перейдём к дальнейшему изучению работы крана машиниста. В на­стоящее время на локомотивах для управления тормозами поезда исполь­зуют кран золотниково-поршневой конструкции. Машинист, поворачивая ручку крана и устанавливая её в фиксированные рабочие положения, по­ворачивает золотник относительно его зеркала. Золотник представляет собой подвижный элемент крана, предназначенный для управления про­цессом воздухораспределения. При смещении золотника по его зеркалу происходят соединения нужных каналов и отверстий. От этого собирают­ся необходимые схемы рабочих положений крана.

Дадим краткую характеристику всех рабочих положений крана машиниста.

Машинист снижает давление в уравнительном резервуаре, а уравни­тельный орган, в свою очередь, начинает выпускать воздух из тормозной магистрали через верхнее седло двухседельчатого клапана.

Va положение. Служебное торможение с замедленным темпом снижения давления в уравнительном резервуаре (рис. 3)

В этом положении происходит замедленная разрядка уравнительного резервуара. После произведённого торможения перед постановкой ручки крана в перекрышу, в необходимых случаях машинист пользуется этим положением и для того, чтобы предотвратить завышение давления в уравнительном резервуаре в режиме перекрыши. Более подробно мы об этих случаях ещё поговорим.

IV положение. Перекрыша с питанием тормозной магистрали (рис.4)

В этом положении утечки воздуха, возникающие в тормозной маги­страли пополняются через кран машиниста. Со схемой работы крана в этом положении мы знакомились ранее. Повторим то, что все отверстия в зеркале перекрыты золотником, поэтому на рис. 4 они и не показаны, а в уравнительном резервуаре и полости над уравнительным поршнем уста­навливается неизменное давление. Из-за утечек из тормозной магистрали уравнительный поршень будет приопускаться и тем самым приоткрывать питательный клапан, обеспечивая питание тормозной магистрали.

III положение. Перекрыша без питания тормозной магистрали (рис. 5)

II положение. Поездное с автоматической ликвидацией сверхзарядки (рис. 7)

Поездному положению ручки крана машиниста соответствует такое состояние тормозов поезда, когда они отпущены и готовы к работе. Это означает, что тормозная магистраль заряжена или при некоторых услови­ях ещё заряжается, и в ней поддерживается установленное давление. При ведении поезда ручка крана машиниста всегда находится в этом положе­нии. Поэтому оно так и называется - поездное положение.

Давление в тормозной магистрали при приёмке локомотива в депо (в пассажирских поездах 5,0 кгс/см, в грузовых — 5,5 кгс/см) устанавливает машинист с помощью редуктора. Редуктор - это такой прибор, который поддерживает необходимое давление в уравнительном резервуаре и в по­лости над уравнительным поршнем, а уравнительный орган соответст­венно поддерживает такое же давление в тормозной магистрали. При от­пуске тормозов после перевода ручки крана машиниста из I во II положе­ние тормозная магистраль для лучшего прохождения отпускной волны может быть заряжена давлением более, чем установленное зарядное, т.е. сверхзарядным давлением. Для ликвидации сверхзарядного давления и перевода на нормальное зарядное необходимо медленным темпом, не вы­зывающим срабатывания тормозов, снижать давление в полости над уравнительным поршнем. Эти функции в кране машиниста выполняет стабилизатор.

VI положение. Экстренное торможение (рис. 8)

Для экстренной остановки необходимо как можно более быстрым темпом снизить давление в тормозной магистрали.

Кран в IV положении обеспечивает прямое сообщение тормозной ма­гистрали с атмосферой до полной её разрядки. Также сообщены с атмо­сферой уравнительный резервуар и полость над уравнительным поршнем.

Дата добавления: 2015-07-24