Литература / Тормозные системы ЖД транспорта - Э.И. Галай, Е.Э. Галай

Э. И. ГАЛАЙ, Е. Э. ГАЛАЙ

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГОТРАНСПОРТА

Конструкция тормозного оборудования

УДК 629.4.077−592(075.8) ББК 39.26

Г15

Р е ц е н з е н т ы: заведующий кафедрой «Тракторы» БНТУ д-р техн. наук, профессор В. П. Бойков; главный научный сотрудник Объединенного института

машиностроения НАН Беларуси чл.-кор., д-р техн. наук, профессор Л. Г. Красневский

Галай, Э. И.

Г15 Тормозные системы железнодорожного транспорта. Конструкция тормозного оборудования : учеб. пособие / Э. И. Галай, Е. Э. Галай ; М-во образования Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. – Гомель :

БелГУТ, 2010. − 315 с. ISBN 978-985-468-687-5

Описаны конструкции и действие автоматических тормозов железнодорожного подвижного состава, в частности, компрессорных установок, приборов управления и воздухораспределителей подвижного состава, применяемых на Белорусской железной дороге и железных дорогах стран СНГ.

Предназначено для студентов специальностей «Подвижной состав железнодорожного транспорта» и «Тяговый состав железнодорожного транспорта», слушателей факультета повышения квалификации специалистов железнодорожного транспорта и может быть использовано научными и инженернотехническими работниками, связанными с проектированием, исследованиями и техническим обслуживанием тормозного оборудования.

УДК 629.4.077−592(075.8)

ББК 39.26

ВВЕДЕНИЕ

Развитие железнодорожного транспорта происходит быстрыми темпа-

ми. В настоящее время достигнуты высокие скорости движения пассажирских поездов на западноевропейских железных дорогах. Планируется повышение скоростей на Белорусской железной дороге и дорогах России. В связи с этим повышаются требования к тормозам железнодорожного подвижного состава.

Тормоза являются одним из главных средств обеспечения безопасности движения поездов. Они оказывают непосредственное влияние на уровень пропускной и провозной способностей железной дороги.

Несмотря на широкое применение тормозной силы локомотивов с электродинамическим (реостатным или рекуперативным) торможением, пневматические тормоза являются тормозами безопасности для грузовых и пассажирских поездов.

Тормозная техника совершенствуется, однако тормозные приборы на массовых видах подвижного состава остаются прежними или претерпевают некоторую реконструкцию. Надо учитывать, что перевозки осуществляются сотнями тысяч грузовых вагонов и десятками тысяч пассажирских, работающих на железных дорогах стран СНГ и Балтии. Выпускаемые в настоящее время вагоны и локомотивы в большинстве своем оснащены тормозными приборами, которые будут работать еще не один десяток лет. Тем более, что новые, принципиально отличные от существующих, тормозные системы до настоящего времени не созданы или не апробированы. Надо полагать, пневматическим тормозам, которые уже полтораста лет доминируют на железнодорожном транспорте, замены не будет еще длительное время.

Мощность и эффективность тормозов определяются по трем основным показателям: скорость поезда, его вес и длина тормозного пути. Эти факторы являются доминирующими при выборе тормозных систем. Конструкция ходовых частей подвижного состава также должна создаваться с учетом тормозного оборудования. Существующие тормоза грузовых вагонов с односторонним нажатием колодок на колеса и колодочные тормоза определяют длину тормозного пути при чугунных и наиболее распространенных типах композиционных тормозных колодок.

На грузовых вагонах начали применяться многоцилиндровые тормозные системы, что упрощает рычажную передачу и делает её более надежной. В отличие от воздухораспределителей Западной Европы и США в странах СНГ применяются трехступенчатые воздухораспределители, изменяющие давление в тормозных цилиндрах в зависимости от установленного режима при загрузке вагона.

Развитие тормозной техники идет, главным образом, пока в одном направлении – совершенствование воздухораспределителей. Более широко развиваются приборы управления тормозами на современных локомотивах.

В учебном пособии рассматривается конструкция основных типов тормозных приборов, применяемых на локомотивах и вагонах Белорусской железной дороги, дорог СНГ и Балтии.

Цель пособия – подробно описать современную тормозную технику и показать возможные пути ее развития, нацелить будущих инженеровмехаников на работу по совершенствованию тормозных систем железнодорожного подвижного состава.

1ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗАХ, ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1 Особенности торможения поезда

Если выключить тяговые двигатели локомотива, то поезд еще долго бу-

дет продолжать движение по инерции. Расстояние, пройденное до полной остановки, будет зависеть от скорости поезда и его массы, а также от величины сил сопротивления движению. Например, при начальной скорости 90 км/ч грузовой поезд с выключенными двигателями будет двигаться по рельсовому пути около 20 минут и пройдет расстояние более 15 км. Если поезд идет под уклон, то без тормозов одного сопротивления движению может оказаться недостаточно, чтобы остановить поезд.

Понятно, что при таких условиях управлять движением поезда очень сложно, и невозможно гарантировать безопасность движения поездов. Для искусственного увеличения силы сопротивления движению применяют тормоза.

Таким образом, тормоз – это комплекс устройств, предназначенных для создания искусственного сопротивления движению с целью регулирования скорости или остановки, или удержания на месте транспортного средства.

Поезд состоит из локомотива и многих вагонов, поэтому п е р е д а ч а с и г н а л о в у п р а в л е н и я т о р м о з а м и представляет определенные трудности. Способы передачи сигналов могут быть разными. Это изменение давления сжатого воздуха в тормозной магистрали или электрический сигнал, поступающий по кабельной линии к тормозным устройствам на вагонах. Предпринимались попытки гидравлического управления действием тормозов по трубопроводам, наполненным машинным маслом, и передачи сигнала по радио.

В настоящее время для передачи сигнала на торможение или отпуск тор-

моза наиболее распространен способ изменения давления в воздушной тор-

мозной магистрали. Исполнительные устройства в тормозной системе поезда размещены на некотором расстоянии друг от друга и сообщаются между собой и с устройством управления при помощи сигналов в пневматической системе. Этот способ имеет ряд положительных свойств:

–для управления тормозами используется возможность регулирования давлениясжатого воздуха, получаемого приработекомпрессора на локомотиве;

–полученный сжатый воздух используется и для создания тормозной силы;

61 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗАХ, ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

–утечки воздуха из тормозной магистрали, избежать которых практически невозможно, не наносят ущерба окружающей среде;

–передача сигналов управления тормозами и обеспечение силовой энергией тормозных устройств могут осуществляться по одному воздухопроводу, которым оборудуются все вагоны.

Работа силовых устройств на единицах подвижного состава – прижатие тормозных колодок или накладок дискового тормоза – осуществляется с помощью механических рычажных передач, действующих от тормозных цилиндров, наполняемых сжатым воздухом. Этот способ торможения применяется с 70-х годов XIX столетия. В настоящее время, даже при использовании самых современных тормозных систем, способ управления тормозами и создания тормозной силы с помощью сжатого воздуха используется в качестве резервного при отказе других систем торможения или при разрыве поездов.

А в т о м а т и ч е с к и е т о р м о з а железнодорожного подвижного состава являются основным средством, обеспечивающим безопасность движения поездов и непосредственно влияющим на пропускную и провозную способности железной дороги. От протяженности блок-участков между светофорами зависит количество поездов, которые могут одновременно находиться в движении на перегоне между станциями. А расстояние между светофорами устанавливают с учетом длины тормозного пути поезда при максимальной скорости движения.

Отличительной особенностью автоматического тормоза является его способность приходить в действие независимо от воли машиниста в случае аварии или при расцеплении вагонов в поезде.

1.2 Кинетическая энергия поезда, силы сопротивления движению

По своей природе действие тормозов сводится к гашению кинетической, а на спусках и потенциальной энергии поезда. Желательно, чтобы этот процесс происходил как можно быстрее.

Как известно, кинетическая энергия поезда складывается из энергии поступательного движения всей его массы и энергии вращательного движения колесных пар и тех деталей, которые связаны с ними. Общее количество кинетической энергии (Н·м), накопленной поездом, который движется с

где М – масса поезда, кг;

vн, vк – скорость в начале и в конце торможения, м/c. В случае остановочного торможения vк = 0 ;

γ– коэффициент, учитывающий инерцию вращательного движения колесных пар и деталей, непосредственно связанных с ними (шестерни и зубчатые колеса тяговых приводов локомотивов, якоря подвагонных генераторов с выключенной нагрузкой и др.). Определено, что для вагонов γ = 0,06 , тепловозов– 0,12, электровозов– 0,08.

Более точно подсчитать увеличение кинетической энергии за счет инерции вращающихся масс можно, воспользовавшись формулой

В этой формуле I pj – полярный момент инерции вращающейся детали,

кг·м2; I pj = mjρ2j ; ωj – угловая скорость вращения детали, рад/с,

На поступательное движение поезда оказывают влияние следующие внешние силы: сила тяги локомотива F, силы сопротивления W и тормозные силы Вт . При торможении тяговые двигатели обычно выключают, поэтому

F = 0.

Силы сопротивления движению поезда принято разделять на основ-

ные и дополнительные, полные и удельные. К о с н о в н ы м (основное сопротивление) относят силы, возникающие от трения в буксовых подшипниках колесных пар, при качении и проскальзывании колес по рельсам; от

8 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОРМОЗАХ, ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

рассеивания энергии за счет прогибов и колебаний рельсов, колебаний подвижного состава на рессорном подвешивании, от сопротивления воздушной среды и др.

Д о п о л н и т е л ь н ы е силы сопротивления возникают из-за кривых и уклонов (подъемов) пути.

П о л н ы е силы сопротивления измеряют в ньютонах (Н) или килоньютонах (кН), их принято обозначать большими буквами латинского алфавита

(F, W, P и т. д.).

У д е л ь н а я сила сопротивления, или удельное сопротивление – это полная сила, приходящаяся на 1 т массы поезда. Единицей измерения удельной силы является ньютон, деленный на тонну (Н/т). Обозначаются удельные силы соответствующими малыми буквами латинского алфавита. Например, удельное основное сопротивление движению для вагонов – w′о′ ,

для локомотивов при выключенных тяговых двигателях – wx .

Подсчет удельного основного сопротивления обычно выполняют по фор-

где a, b, c – коэффициенты, полученные в результате опытов и зависящие от типа и конструкции единицы подвижного состава, нагрузки, приходящейся на колесную пару, и т. д.;

v – скорость движения поезда, км/ч.

Для электровозов и тепловозов на звеньевом железнодорожном пути

ной пары вагона, т.

На рисунке 1.1 приведены графики зависимости удельного основного сопротивления от скорости для некоторых единиц подвижного состава.

Удельное дополнительное сопротивление от уклона железнодорожного пути является одной из характеристик потенциальной энергии поезда:

где i – величина уклона, измеряемая в ‰ (промилле); на спусках берется со знаком минус, а на подъемах – со знаком плюс.

Удельное дополнительное сопротивление от кривых при длине поезда менее или равной длине кривой (всегда положительное – со знаком плюс)

где R – радиус кривой железнодорожного пути, м.

При расчетах, требующих повышенной точности, а также при проектировании железных дорог для всех видов подвижного состава удельное сопротивление от кривых определяют по формулам:

– при длине поезда менее или равной длине кривой lкр –