2014-02-24
1825
Схема сил действующих на колесо
Раздел 1.01 История развития тормозов. Перспективы дальнейшего развития и внедрения новой тормозной техники.
В настоящее время Россия занимает ведущие позиции в развитии тормозной техники железнодорожного подвижного состава. Железные дороги России значительно опережают зарубежные железные дороги по масштабам внедрения электропневматических тормозов на пассажирском подвижном составе, а также по масштабам применения композиционных тормозных колодок. Сочетание режимов ступенчатого и бесступенчатого отпуска, обеспечивающих наилучшие условия управляемости тормозами в тяжеловесных длинносоставных грузовых поездах на равнинном профиле железнодорожного пути и неистощимость действия тормозов на крутых затяжных спусках, имеется только на железных дорогах России. Отечественные тормоза обладают самой высокой работоспособностью при температурах окружающего воздуха 55-60 С.
Когда почти 200 лет назад англичанин Джордж Стивенсон изобрел паровоз, перед человечеством встала проблема: как добиться эффективного и плавного торможения. Сначала для этой цели использовались ручные тормоза. Позднее, с развитием железнодорожного транспорта стали применяться более совершенные тормозные системы. Первый поезд из пяти груженых вагонов, который со скоростью около 8 км/ч в 1804 г. 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 железной дороге, построенной в 1843—1851 гг. Но настоящий переворот в тормозостроении совершила пневматическая тормозная система, предложенная в апреле 1869 года 22-х летним американским инженером и изобретателем Джорджем Вестингаузом. Первые пневматические тормоза: прямодействующий неавтоматический и непрямодействующий автоматический были созданы Д. Вестингаузом в 1869-1872 гг. Основной идеей стало применение воздухопровода с соединительными рукавами, которыми оборудовалась каждая подвижная единица. В поезде после соединения рукавов создавался непрерывный пневматический канал, через который можно подавать энергию в виде сжатого воздуха на вагоны от локомотива, а также и управлять тормозными процессами путем изменения давления в тормозной магистрали. В России широкое внедрение автоматического тормоза Вестингауза началось в 1882 году, в связи, с чем в Петербурге в 1899 фирмой «Вестингауз» был построен тормозной завод. Дальнейшее развитие тормозной техники было посвящено решению одной важной задачи - повышению уровня реализуемого сцепления между колесами поезда и рельсами при торможении и, таким образом, повышению тормозной эффективности. Эффективность тормозных средств является одним из важнейших условий, определяющих возможность повышения веса и скорости движения поездов, пропускной и провозной способности железных дорог. От свойств и состояния тормозного оборудования подвижного состава в значительной степени зависит безопасность движения. С учетом этого из большого количества иностранных тормозных систем профессором Н.П. Петровым в 1897 г. после сравнительных испытаний были отобраны для Российских железных дорог тормоза двух фирм: Вестингауз и Нью-Йорк. Ими оборудовался как пассажирский, так и грузовой подвижной состав, но не в полном объеме, поскольку часть вагонов была нетормозной. Эти вагоны были оснащены так называемыми пролетными трубками, которыми обеспечивалась только непрерывность пневматического канала в поезде, но тормозные устройства на них отсутствовали. Сила сцепления колес с рельсами в таких поездах использовалась не более чем на 15-20 %.
Первым изобретателем отечественного автоматического тормоза был машинист Флорентий Пименович Казанцев. Его неистощимый двухпроводный тормоз был успешно испытан в пассажирском поезде в 1910 году. Первым отечественным прибором управления тормозами, созданным в 1928 г., был кран машиниста, разработанный Ф.П. Казанцевым. Он имел автоматические перекрыши, звуковой сигнализатор обрыва тормозной магистрали, взаимозаменяемые детали и успешно эксплуатировался вплоть до 1953 г. 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 г. крана машиниста № 222, а затем в 1966 г. более совершенного №394.
В 1925 г. Московский тормозной завод (ныне АО "Трансмаш") начал серийно выпускать первые отечественные воздухораспределители Казанцева, которые выгодно отличались от зарубежных, особенно в плане неистощимости. С этого времени попыток использования импортной тормозной техники в нашей стране не предпринималось. Отечественная промышленность выпускала тормозные устройства, разработанные исключительно своими специалистами и ориентированные на определенные неблагоприятные условия эксплуатации и обслуживания с учетом особенностей и географического положения страны.
В период 1925-1926 г. железнодорожниками было подано более 30 предложений по совершенствованию существующей тормозной системы. Наиболее перспективной оказалась конструкция тормоза, предложенная Иваном Константиновичем Матросовым (1886-1965 гг.) для грузовых поездов, которая имела ряд существенных преимуществ перед тормозом Казанцева и обладала принципиально новыми режимами работы: «порожний-груженый» и «равнинный-горный». Это позволяло повысить управляемость тормоза и увеличить длину и вес грузовых составов. Тормозная система Матросова выдержала сложнейшие испытания, и по результатам этих испытаний была принята в качестве типовой для железных дорог СССР в 1931 году. И по сей день российская тормозная система больше известна в мире как «тормоз Матросова». И.К.Матросов начал свой трудовой путь слесарем паровозного депо Рыбинска, работал помощником машиниста, затем машинистом паровоза. В 1928 году зачислен в штат тормозной группы НКПС. Работал техником Главных мастерских НКПС, начальником КБ по тормозам. Длительное время возглавлял конструкторское бюро воздухораспределителей на МТЗ. На его счету 50 авторских свидетельств на изобретения. Награжден орденами Ленина, Трудового Красного Знамени. Удостоен звания Генерала Тяги железнодорожного транспорта. Тормозная лаборатория МТЗ ТРАНСМАШ носит его имя.
Таким образом, с 1932 по 1953 гг. серийно выпускались воздухораспределители М-320. Он же, производя последовательную модернизацию этого устройства, обеспечил в течение нескольких лет переход на воздухораспределители МТЗ-135 (1953 г.), затем № 270-002 (1959 г.) и № 270-005 (1968 г.) Последнее существенное усовершенствование отечественных грузовых воздухораспределителей произошло в 1976 г. с переходом к воздухораспределителю № 483. Он обеспечивает высокую скорость тормозной волны 300 м/с, стандартность действия по давлению, позволяет водить поезда весом 8 —8,5 тыс. тонн и обладает многими другими положительными свойствами, которые ставят его в ряд лучших тормозных устройств.
Большой вклад в развитие отечественной тормозной науки и техники внесли известные ученые и конструкторы Н.П. Петров, Ф.П. Казанцев, И.К. Матросов, Б.Л. Карвацкий, В.Ф. Егорченко, В.М. Казаринов, В.Г. Иноземцев, В.И. Крылов, В.В. Крылов и многие другие.
В целом развитие отечественного тормозостроения характеризуется значительным прогрессом в основном в области конструкций грузовых воздухораспределителей. Однако к сожалению, в области конструкций пассажирских пневматических воздухораспределителей наблюдается пока заметное отставание по сравнению с конструкциями воздухораспределителей зарубежных железных дорог. Хотя совершенно очевидно, что все наиболее значительные достижения в области тормозной техники, прежде всего, должны находить применение на пассажирских вагонах, в которых комфорт для пассажиров и безопасность движения являются в первую очередь обязательными. Применяемые в настоящее время пассажирские воздухораспределители № 292-001 выпускаются с 1958 г. Московским тормозным заводом и являются очередной модернизацией тройного скородействующего клапана Вестингауза. В настоящее время ОАО МТЗ ТРАНСМАШ готовится к серийному производству нового современного воздухораспределителя 242 для пассажирских вагонов, моторвагонного подвижного состава, пассажирских и грузо-пассажирских локомотивов, полностью взаимозаменяемого с ныне серийно выпускаемым воздухораспределителем 292 М. Электропневматическим тормозом с ЭВР усл. № 305 начали оборудовать электропоезда с 1948 г., а пассажирские с локомотивной тягой с 1958 г.
Для уменьшения регулировок рычажных передач и снижения потерь передаваемых усилий с 1947 г. применяют автоматические регуляторы выхода штока ТЦ. В настоящее время используются винтовые одностороннего действия регуляторы рычажной передачи № 574Б и РТРП-675, РТРП-300. Корректировку давления в тормозном цилиндре в зависимости от загрузки вагона осуществляют другие регуляторы — авторежимы, также имеющие свою 50-летнюю историю развития. С 1965 г. наряду с чугунными стали использовать, особенно на грузовых составах, композиционные тормозные колодки, обладающие высокой износостойкостью и стабильным коэффициентом трения, мало зависящим от скорости движения. В настоящее время продолжаются работы по созданию композиционных тормозных колодок с твердыми скребковыми вставками из фосфористого чугуна. При периодических торможениях оказывают очищающее воздействие на колеса благодаря присущей им абразивности, увеличивая шероховатость поверхности катания колес, своевременно ликвидируя очаги появления наваров металла и ползунов, чем препятствуют появлению выщерблин на поверхности катания колес. Кроме того, твёрдые вставки способствуют повышению сцепления колес с рельсами и теплопроводности композиционной колодки. 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 тормозами (САУТ). Только за последнее десятилетие были разработаны и внедрены в эксплуатацию устройство контроля параметров движения поезда «Дозор», телеметрическая система контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ), электронный скоростемер КПД-3, комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ) и другие. 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. К ним относятся грузовые электровозы 2ЭС5К «Ермак», 2ЭС6 «Единая Россия», пассажирский электровоз постоянного тока ЭП2К, а также магистральные тепловозы 2ТЭ25К «Пересвет» и 2ТЭ25А с асинхронным приводом. 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 %.
Вопросы:
1) Назначение тормозов.
2) История развития тормозов.
3) Перспективы развития тормозной техники.
========================================================================
Вопрос 1
Для остановки поезда выключают ТЭД, но он продолжает двигаться по инерции за счёт накопленной кинетической энергии и до остановки проходит значительное расстояние. Для осуществления безопасности следования поезда необходимо искусственно создавать силы сопротивления движению.
Тормозная сила – это силы создающие искусственное сопротивление движению.
Тормозные устройства, приборы (тормоза) – это устройства, применяемые в поездах для искусственного увеличения сил сопротивления движению.
Тормозные силы и силы сопротивления движению гасят кинетическую энергию движущегося поезда.
1)
|
2) В режиме выбега – 
3)
|
|
 |
Наиболее распространённым средством для получения тормозных сил является колодочный тормоз, при котором нажатие осуществляется прижатием колодок к вращающимся колёсам, благодаря чему возникают силы трения между колодкой и колесом.
На железных дорогах Российской Федерации применяются в основном пневматические (ПТ), и электропневматические (ЭПТ) тормоза, которые работают на энергии сжатого воздуха.
Основным типом тормоза железнодорожного подвижного состава, является автоматический пневматический тормоз, в котором сигналы для управления тормозами вагонов в поезде передаются по пневматической магистрали путём 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).
Тормоза служат для остановки или уменьшения скорости грузового поезда весом до 10 тысяч тонн и скоростью 100 км/час или пассажирского поезда со скоростью 140 км/час на расстоянии 1500 метров.
Вопрос 2:
1869г. – изобретение воздушного не автоматического тормоза;
1872г. – изобретение воздушного автоматического тормоза и
появляется ЭПТ;
1882г. – внедрение в России автоматических тормозов;
1910г. – в России изобретён свой пневматический тормоз
Казанцева;
1923г. – изобретён первый воздухораспределитель.
========================================================================
Основы торможения
Вопросы:
1) Тормозная сила поезда и её возникновение.
2) Коэффициенты сцепления и трения. Юз или заклинивание
колёсных пар.
3) Действительное расчётное тормозное нажатие. Расчёт справки
ВУ-45 (нажатие К).
========================================================================
Вопрос 1:
Если к катящему по рельсу колесу, нагружённому силой Р (рис.), прижать тормозную колодку с силой К, то между поверхностью катания колеса и колодкой возникает сила трения B=Kjк, где jк – коэффициент трения между колодкой и колесом.
Со стороны колеса на колодку и далее на подвеску, раму и буксу действует реактивная сила R, равная силе В и противоположно направленная. Сила В по отношению к колесу является внутренней силой, которая сама по себе не может произвести торможение; она создаёт момент Мв=Вт, направленный против вращения колеса.
Под действием момента Мв в точке а контакта колеса с рельсом возникает сила Вт, действующая на рельс со стороны и стремящаяся сдвинуть его.
Внешняя сила Вт, действующая на колесо со стороны рельса, числено, равна силе В и направленная в сторону, обратную движению, и является т о р м о з н ой с и л о й:
Вт=В= Kjк
Момент силы трения Мт, направленный против вращения колеса, называется т о р м о з н ы м м о м е н т о м:
Мт=Втr.
Таким образом, тормозная сила реализуется в точках контакта колёс с рельсами.
========================================================================
Вопрос 2:
Коэффициент сцепления (y- пси), равный отношению максимально возможной силы сцепления к действительной нагрузке колеса на рельс, зависит от скорости, от погодных условий, состояния колеса, состояния контактной поверхности.
Для грузовых вагонов при скоростях от 20 до 120 км/ч и нагрузке колёсной пары на рельс от 60 до 220 кН коэффициент сцепления изменяется от 0,13 до 0,07 и для пассажирских при скоростях от 40 до 160 км/ч – от 0,14 до 0,09. Во время тумана, росы, при моросящем дожде, особенно при образовании на рельсах инея и загрязнённых рельсах, коэффициент y уменьшается и может быть менее 0,04. При сильном дожде, когда чистые рельсы, коэффициент y остаётся таким же, как и при сухих рельсах. При входе колёс в кривые участки пути и при выходе из них коэффициент y уменьшается на 5-10%. Коэффициент сцепления повышается до 0,2 при подсыпке песка на рельс и различных способах очистки их.
yр= (0,17 – 0,00015 (q – 50)f(u),
где: q – нагрузка от колёсной пары на рельсы (осевая нагрузка), кН;
f(u) - функция скорости, параметры которой зависят от типа
подвижного состава.
