ТОРМОЗНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Для уменьшения скорости движения поезда, его остановки и удержания на месте локомотивы и вагоны снабжены тормозами. Тормоз - это комплекс устройств, служащих для искусственного увеличения сил сопротивления движению поезда. Силы, создающие искусственное сопротивление движению, называют тормозными.

В условиях возрастающих скоростей движения и масс поездов для их остановки на более коротком отрезке пути требуются значительные тормозные силы. От значения тормозной силы зависит эффективность тормозов, а чем эффективнее тормоза, тем меньше тормозной путь (расстояние, проходимое поездом от начала торможения до полной его остановки) и тем дольше поезд может следовать по перегону с наибольшей скоростью. Следовательно, повышается средняя скорость движения поезда, безопасность движения, увеличивается пропускная способность железных дорог.

Тормозная сила противодействует вращению колесной пары. Беспредельно увеличивать эту силу нельзя: если она превысит силу сцепления колеса с рельсом (последняя определяется нагрузкой от колесной пары на рельсы и коэффициентом сцепления колеса с рельсами), возникнет юз, т.е. скольжение заклиненной колесной пары по рельсу. Это снижает эффективность торможения и приводит к появлению ползунов на колесах. Поэтому кроме увеличения максимальной допустимой силы нажатия тормозных колодок на колесные пары конструкторы используют и другие возможности повышения эффективности тормозов.

На железнодорожном подвижном составе применяются следующие виды торможения:

• фрикционное, использующее силу трения между неподвижными поверхностями тормозных колодок и вращающимися поверхностями колес или тормозных дисков. Фрикционные тормоза могут быть ручного и пневматического действия. Основные достоинства фрикционных тромозов - возможность применения при любых скоростях (вплоть до нулевой) и на любом типе подвижного состава. Недостатки: интенсивный износ рабочих поверхностей, возможность возникновения юза колесных пар, снижение эффективности тороможения под влиянием ряда внешних факторов;
• электромагнитное, основанное на принципе воздействия электромагнитных устройств вагонов на рельсы. Оно эффективно применяется в скоростных поездах, так как создаваемая тормозная сила не ограничивается условиями сцепления колес с рельсами. Недостатки: сложность плавного регулирования тормозного усилия, потребность в мощном источнике электроэнергии, невозможность применения при малых скоростях движения и во время стоянок;
• электродинамическое торможение, основанное на принципе обратимости электрических машин, когда электрические двигатели переводятся в режим генераторов тока, в результате чего на их валах возникает сила, противоположная направлению вращения. Т.е. это режим, когда кинетическая энергия поезда преобразуется в электрическую и далее передается другим потребителям. Электродинамическое торможение может быть рекуперативным, когда выработанная электродвигателями энергия возвращается обратно в контактную сеть, или реостатным, когда энергия поглощается специальными сопротивлениями - реостатами. Электродинамическое торможение эффективно применяется при движении поездов по затяжным спускам, а также при движении со скоростями, близкими к максимально разрешенным. При этом отсутствует износ рабочих поверхностей и их нагрев, а в случае применения рекуперативного торможения - экономится электрическая энергия. Недостатком электродинамического тормоза является зависимость эффективности торможения от скорости движения. При малых скоростях применение электродинамического тормоза становится невозможным.

Основной способ торможения, применяемый на железнодорожном транспорте, - фрикционный. Он основан на возникновении трения при нажатии тормозных колодок на поверхности катания вращающихся колес (колодочный тормоз) или на рабочие поверхности тормозных дисков (дисковый тормоз). В результате этого кинетическая энергия вращающейся колесной пары переходит в тепловую и рассеивается в окружающем пространстве.

Большинство вагонов оборудовано колодочным фрикционным тормозом с чугунными, либо композиционными (неметаллическими) колодками. Композиционные колодки обладают более высоким коэффициентом трения, мало зависящим от скорости движения поезда. При использовании таких колодок длина тормозного пути меньше, чем при использовании чугунных.

По виду источника энергии и способу управления фрикционные тормоза подразделяются на пневматические, электропневматические и ручные.

Основным видом фрикционного тормоза, применяющегося на подвижном составе, является пневматический непрямодействующий автоматический тормоз. Действие такого тормоза основано на создании разности давлений воздуха в камерах тормозных приборов. Торможение поезда происходит быстро, так как запас сжатого воздуха, необходимый для приведения тормоза в действие, имеется у каждой подвижной единицы. Тормоз считается непрямодействующим, так как при снижении давления воздуха в тормозной сети поезда происходит увеличение тормозной силы, а при повышении давления в тормозной магистрали - происходит отпуск тормозов. Таким образом в случае нарушения целостности тормозной сети поезда (срыв стоп-крана, разъединение или обрыв тормозных рукавов и т.п.) происходит снижение давления в тормозной магистрали, что приводит к безусловному срабатыванию тормозов во всем составе (без участия машиниста). В связи с этим пневматические непрямодействующие тормоза получили название автоматических (автотормоза).

Локомотивы и специальные самоходные подвижные единицы оборудуются пневматическим прямодействующим неавтоматическим тормозом, выполняющим функцию вспомогательного. Такой тормоз применяется машинистом при выполнении маневровых передвижений одиночным локомотивом (единицей ССПС), а также для удержания на месте локомотива (с составом поезда, либо без него). В прямодействующем тормозе имеется прямая зависимость между величиной давления воздуха в тормозной магистрали и силой торможения. Этим обусловлен основной недостаток такого тормоза - потеря тормозного эффекта в случае разрыва тормозной магистрали.

Электропневматические тормоза (ЭПТ), в отличие от пневматических, управляются электрическим током, при этом тормозные колодки прижимаются к колесам или тормозным дискам приборами, питающимися сжатым воздухом. Применение электрического тока позволяет сделать управление тормозами более четким и эффективным, избежать возникновения тормозных и отпускных волн. Однако невысокая надежность электрических цепей управления не позволяет полностью заменить пневматические тормоза электропневматическими. Электропневматические тормоза применяются в пассажирских и моторвагонных поездах в качестве дополнительных.

Ручными тормозами оборудуют все локомотивы и пассажирские вагоны, а также часть грузовых вагонов. Ручной тормоз применяют для затормаживания (закрепления) подвижных единиц, находящихся в отстое (в дополнение к тормозным башмакам, укладываемым под колесные пары), а также как резервное средство для остановки поезда при неисправности пневматических тормозов.

По роду подвижного состава тормоза подразделяют на:

• грузовые, предназначенные для торможения грузовых поездов и отличающиеся сравнительно медленным срабатыванием тормозных приборов, но вместе с этим обеспечивающими постоянную подпитку тормозов сжатым воздухом при их нахождении в заторможенном состоянии (неистощимые тормоза);
• пассажирские с более быстрым срабатыванием тормозных приборов, но являющиеся истощимыми при длительном нахождении в рабочем состоянии.

По условиям применения торможение может быть служебным и экстренным.

В обычных условиях машинист применяет служебное торможение, при котором давление в тормозных цилиндрах повышается ступенями. Такой режим управления тормозами обеспечивает плавное уменьшение скорости движения поезда и позволяет остановить его в заранее обозначенном месте.

Для немедленной остановки поезда в случае возникновения угрозы безопасности движения применяют экстренное торможение, при котором сразу происходит полное наполнение тормозных цилиндров, что создает наибольшую тормозную силу. Экстренное торможение может производиться краном машиниста или краном экстренного торможения (стоп-краном). Также экстренное торможение происходит при срабатывании приборов безопасности локомотива, приводящих в действие электропневматический клапан автостопа (ЭПК) и при разрыве тормозной магистрали в поезде.

Пневматическое тормозное оборудование подвижного состава позволяет осуществлять управление тормозами из кабины ведущего локомотива и состоит из следующих основных приборов и узлов:

• приборы питания сжатым воздухом - устанавливают их только на локомотивах, моторвагонном и специальном самоходном подвижном составе. К ним относятся компрессоры, вырабатывающие сжатый воздух, который нагнетается в напорную магистраль и в главные резервуары для создания необходимого запаса сжатого воздуха. Компрессоры имеют регуляторы давления, обеспечивающие поддержание давления в главных резервуарах в заданных пределах (7,2 - 9,0 кгс/см²);
• приборы управления тормозами - их устанавливают в кабинах локомотивов, моторвагонного и специального самоходного подвижного состава. К ним относятся: кран машиниста, кран вспомогательного тормоза (только у локомотивов и ССПС), манометры, сигнализаторы и другие приборы. Кран машиниста предназначен для управления тормозами поезда и регулируется на поддержание зарядного давления в тормозной магистрали (4,5 - 6,2 кгс/см²);
• приборы торможения устанавливаются на каждой подвижной единице (локомотиве, вагоне и т.д.). К ним относятся воздухораспределители, тормозные цилиндры, запасные резервуары, воздухопроводы с концевыми кранами и соединительными рукавами, тормозные рычажные передачи и др. Эти узлы предназначены для осуществления торможения и растормаживания каждой единицы подвижного состава.

Грузовые вагоны имеют пневматическое оборудование, которое включает в себя воздухопровод (3) с концевыми кранами (2) и соединительными рукавами (1), воздухораспределитель (5), запасный резервуар (8) и тормозной цилиндр (7). Воздухораспределитель (ВР) служит для управления наполнением тормозных цилиндров и зарядкой запасного резервуара. Разобщительный кран (4) служит для отсоединения ВР от тормозной магистрали или подсоединения к ней. Воздухораспределитель прикреплен к раме вагона. К нему подведены три трубы: от тормозной магистрали, от запасного резервуара и от тормозного цилиндра. Между тормозным цилиндром и воздухораспределителем на некоторых вагонах установлен специальный прибор - авторегулятор тормозной силы (авторежим) (6), который автоматически изменяет степень наполнения тормозного цилиндра в зависимости от загрузки вагона.

Принцип управления пневматическим непрямодействующим тормозом заключается в следующем. Во время движения поезда давление в тормозной магистрали поддерживается краном машиниста на уровне зарядного (ручка крана машиниста находится в положении II - поездном). При этом воздухораспределитель соединяет тормозной цилиндр с атмосферой, а запасный резервуар - с тормозной магистралью. Происходит зарядка запасного резервуара, тормоза поезда отпущены.

Чтобы начать торможение, машинист снижает давление в тормозной магистрали постановкой ручки крана машиниста на некоторое время в положение V (тормозное), при этом воздухораспределитель срабатывает на торможение и сообщает запасный резервуар через авторежим с тормозным цилиндром. Давление в тормозном цилиндре устанавливается пропорционально ступени торможения и загрузке вагона, а его шток выходит на определенную величину, прижимая тормозные колодки к поверхностям катания колес. После выполнения ступени торможения ручку крана машиниста ставят в положение IV (перекрыша с питанием тормозной магистрали), либо положение III (перекрыша без питания тормозной магитсрали), при этом поезд продолжает следовать в режиме торможения с установившимся давлением в тормозных цилиндрах. При необходимости тормозной эффект можно усилить, выполнив еще ступень торможения.

Для отпуска тормозов давление в тормозной магистрали повышается краном машиниста, ручка которого кратковременно переводится в положение I (отпуск), воздухораспределитель срабатывает на отпуск, отключая тормозной цилиндр от запасного резервуара и соединяя его с атмосферой. Запасный резервуар соединяется с тормозной магистралью и начинается его зарядка, т.е. подготовка тормозов к следующему торможению. После возвращения ручки крана в положение II давление в тормозной магистрали стабилизируется и поддерживается на уровне зарядного. Тормоза снова готовы к действию.

Для выполнения экстренного торможения ручку крана машиниста ставят в положение VI. При этом происходит быстрая и полная разрядка тормозной сети поезда, начинается торможение с максимальным наполнением тормозных цилиндров до полной остановки поезда.

Пассажирские вагоны, помимо пневматического, оборудованы двухпроводным электропневматическим тормозом. Кроме воздухораспределителя на вагоне установлен электровоздухораспределитель (ЭВР). Как и на грузовом вагоне, на пассажирском имеются тормозная магистраль (ТМ) с концевыми кранами (2), тормозной цилиндр (ТЦ) и запасный резервуар (ЗР). В каждом пассажирском вагоне установлено не менее трех стоп-кранов (4). Провода электрического управления и контроля проложены в стальных трубах (6), на которых установлены монтажные коробки (3, 5) для присоединения проводов от электровоздухораспределителя и от междувагонных соединений. Междувагонное соединение выполняется с помощью соединительных рукавов (1) со специальной головкой, которой одновременно соединяются воздушная магистраль и электрическая цепь. В хвостовом вагоне рукава подвешивают на изолированных подвесках (7) для изоляции электрической цепи тормоза от корпуса вагона. При этом в головке соединительного рукава хвостового вагона происходит электрическое соединение управляющего и контрольного проводов, чем обеспечивается цепь контроля исправности электропневматическго тормоза. Для управления ЭПТ локомотив оборудуется специальным источником тока, а кран машиниста - микроконтроллером.

При торможении электропневматическим тормозом ручка крана машиниста ставится в положение Vэ на короткое время (1-2 секунды), а затем переводится в положение перекрыши (III или IV). При нахождении ручки положении Vэ выпуск воздуха из тормозной сети поезда не происходит, но контакты микроконтроллера переключаются и в электрическую цепь подается постоянный электрический ток определенной полярности. При этом электровоздухораспределители срабатывают на торможение и происходит наполнение тормозных цилиндров воздухом из запасных резервуаров на величину, пропорциональную продолжительности нахождения ручки крана машиниста в тормозном положении. При постановке ручки крана машиниста в положении перекрыши в электрической цепи протекает ток обратной полярности, при этом тормозные цилиндры отсоединяются от запасных резервуаров, но с атмосферой не соединяются. Поезд продолжает тормозить с установившимся тормозным давлением в тормозных цилиндрах. При необходимости тормозной эффект можно усилить, повторно поставив ручку крана машиниста в положение Vэ.

Для отпуска тормозов ручку крана машиниста переводят в положение отпуска (I), при этом подача постоянного тока в электрическую цепь прекращаеся и электровоздухораспределители соединяют тормозные цилиндры с атмосферой. Отпуск можно производить ступенями, кратковременно переводя ручку крана в положение II, а затем снова в перекрышу.

При движении поезда ручка крана машиниста находится в поездном положении II, при этом запасные резервуары заряжаются воздухом из тормозной магистрали через воздухораспределители (ВР), а по проводам протекает переменный ток, с помощью которого осуществляеся контроль целостности электрической цепи электропоневматического тормоза.

В случае необходимости электропневматический тормоз можно отключить и следовать с использованием пневматического тормоза. При этом для выполнения торможения ручка крана ставится в положение V с целью снижения давления в тормозной магистрали.

Тормозная рычажная передача служит для передачи усилия, создаваемого тормозным цилиндром (при пневматическом торможении) или человеком (при ручном торможении), к тормозным колодкам, которые прижимаются к колесам.

Рычажная передача представляет собой систему рычагов и башмаков с колодками, соединенных тягами. Эти передачи бывают с односторонним и с двусторонним нажатием тормозных колодок на колеса.

В передачах с односторонним нажатием тормозные колодки располагаются с одной стороны каждого колеса. Такие передачи имеют относительно несложную конструкцию и применяются в вагонах грузового парка (за исключением изотермических).

При двустороннем нажатии колодки располагаются с обеих сторон колеса. Рычажная передача с двусторонним нажатием сложнее по конструкции и тяжелее передачи с односторонним нажатием, однако она имеет ряд преимуществ. Так, нажатие, передаваемое на каждую тормозную колодку, значительно меньше, меньше износ и нагрев при торможении, в результате чего увеличивается срок службы колодок. Кроме того, при двустороннем нажатии коэффициент трения между колодкой и колесом больше, вследствие чего эффективность тормозов увеличивается. Тормозные передачи с двусторонним нажатием применяются в пассажирских и изотермических вагонах.

В дисковых тормозах колодки прижимаются индивидуальным тормозным цилиндром к обеим поверхностям тормозного диска, жестко закрепленного на оси колесной пары. Дисковые тормоза обеспечивают высокую тормозную эффективность, особенно при высоких скоростях (140 км/ч и более). Кроме того, по сравнению с колодочным тормозом исключаются перегрев колес, ненормальные выработки на их поверхностях катания и др. Дисковые тормоза применяются на пассажирских вагонах, скоростных электропоездах и пассажирских локомотивах.

Чтобы проверить действие тормозов, а также убедиться в том, что тормозные магистрали всех вагонов включены в тормозную сеть поезда, выполняют опробование тормозов. Установлены два вида опробования автотормозов: полное и сокращенное. Кроме того, установлена проверка эффективности действия тормозов в пути следования.

При полном опробовании тормозов проверяют техническое состояние тормозного оборудования, целостность и плотность тормозной сети поезда, действие тормозов у всех вагонов и локомотива, подсчитывают нажатие тормозных колодок в поезде и количество ручных тормозов.

При сокращенном опробовании проверяют состояние тормозного оборудования по действию тормозов двух хвостовых вагонов, что подтверждает проход сжатого воздуха по всей тормозной сети поезда.

Полное опробование тормозов производят от стационарной установки или локомотива, сокращенное - только от локомотива. При опробовании автотормозов в поезде управление тормозами локомотива осуществляет машинист, а от стационарной компрессорной установки - осмотрщик-автоматчик или оператор центрального пульта.

Действие тормозов в поезде и правильность их включения проверяет осмотрщик-автоматчик. После этого он составляет и выдает машинисту справку формы ВУ-45 об обеспечении поезда тормозами и исправном их действии. В справке содержится информация о начальной станции следования поезда, локомотиве (серия, номер), поезде (номер, вес, составность), требуемом и фактическом тормозном нажатии, количестве имеющихся ручных тормозов, результах измерения плотности тормозной сети поезда, номере хвостового вагона и др. Справка составляется под копирку в двух экземплярах. Подлинник справки передается машинисту ведущего локомотива, а копия остается в книжке справок и хранится в течение семи суток у должностного лица, производившего опробование тормозов. На оборотной стороне справки отражается информация об опробованиях тормозов, производимых в пути следования поезда. Справку формы ВУ-45 машинист должен хранить до конца поездки и по прибытии в депо сдать вместе со скоростемерной лентой. Если производится смена локомотивных бригад без отцепки локомотива, то сменяющийся машинист обязан передать имеющуюся у него справку о тормозах принявшему локомотив машинисту, сделав соответствующую отметку на скоростемерной ленте.

Плотность тормозной сети поезда должны проверять машинист и осмотрщик вагонов при полном опробовании автотормозов и сокращенном опробовании, если оно выполняется после полного опробования от стационарной компрессорной установки. При сокращенном опробовании автотормозов в других случаях присутствие осмотрщика вагонов при проверке плотности не требуется.

Полное опробование автотормозов в поездах производится:

• на станциях формирования поездов перед их отправлением;
• после смены локомотива;
• на станциях, разделяющих смежные гарантийные участки следования грузовых поездов, при техническом обслуживании состава без смены локомотива;
• на станциях, предшествующих перегонам с затяжными спусками, где остановка поезда предусмотрена графиком движения; перед затяжными спусками 0,018 и круче полное опробование производится с десятиминутной выдержкой в заторможенном состоянии. Перечень таких станций устанавливается начальником железной дороги.

Полное опробование электропневматических тормозов производится на станциях формирования и оборота пассажирских поездов от стационарных устройств или поездного локомотива.

Сокращенное опробование автотормозов в поездах производится:

• после прицепки поездного локомотива к составу, если предварительно на станции было произведено полное опробование автотормозов от стационарного устройства или другого локомотива;
• после смены локомотивных бригад, когда локомотив от поезда не отцепляется;
• после всякого разъединения рукавов в составе поезда, перекрытия концевого крана в составе, после соединения рукавов вследствие прицепки подвижного состава (в последнем случае с проверкой действия тормоза на каждом прицепленном вагоне);
• в пассажирских поездах после стоянки поезда более 20 мин, при падении давления в главных резервуарах ниже 5,5 кгс/см², при смене кабины управления или после передачи управления машинисту второго локомотива на перегоне после остановки поезда в связи с невозможностью дальнейшего управления движением поезда из головной кабины;
• в грузовых поездах, если при стоянке поезда произошло самопроизвольное срабатывание автотормозов или изменение плотности более чем на 20 % от указанной в справке формы ВУ-45;
• в грузовых поездах после стоянки поезда более 30 мин.

В случае, если при сокращенном опробовании автотормозов не срабатывают тормоза двух хвостовых вагонов, работник, на которого возложено опробование автотормозов, обязан принять меры к тому, чтобы не допустить отправление поезда.

Сокращенное опробование электропневматических тормозов производится в пунктах смены локомотивов и локомотивных бригад по действию тормозов двух хвостовых вагонов, а после прицепки вагонов - по действию тормозов всех прицепленных вагонов.

Чтобы убедиться в исправной и надежной работе тормозов поезда, машинист обязательно должен осуществить проверку их действия в пути следования. Места проверки тормозов и скорость движения поезда при такой проверке устанавливаются приказом начальника дороги. Скорость движения поезда при выполненной ступени торможения должна быть снижена не менее чем на 10 км/ч на определенном расстоянии. Это расстояние и его ориентиры на перегоне указываются в местных инструкциях и обозначаются специальными знаками.

Порядок полного и сокращенного опробования автотормозов установлен Правилами технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава.

Согласно п. 15 Приложения № 5 к ПТЭ подвижной состав должен быть оборудован автоматическими тормозами, а пассажирские вагоны и локомотивы, кроме того, электропневматическими тормозами.

Автоматические и электропневматические тормоза подвижного состава должны содержаться по установленным нормам и обладать управляемостью и надежностью действия в различных условиях эксплуатации, обеспечивать плавность торможения, а автоматические тормоза также остановку поезда при разъединении или разрыве тормозной 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 нормами и правилами.

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 и внутри вагонов и пломбируются.

Локомотивы, пассажирские вагоны, моторвагонный и специальный самоходный подвижной состав оборудуются ручными тормозами, которые должны обеспечивать необходимое тормозное нажатие и содержаться в соответствии с нормами и правилами.

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

Запрещается ставить в состав поезда вагоны, у которых тормозное оборудование имеет хотя бы одну из следующих неисправностей:

• неисправные воздухораспределитель, электровоздухораспределитель (в пассажирском поезде), авторежим, концевой или разобщительный кран, выпускной клапан, тормозной цилиндр, запасный резервуар;
• повреждение воздухопроводов (трещины, прорывы, протертости, расслоение соединительных рукавов, неплотность соединений и т.п.);
• неисправность механической части - рычагов, тяг, подвесок, авторегулятора рычажной передачи, башмаков;
• неисправный ручной тормоз;
• ослабление крепления деталей;
• неотрегулированная рычажная передача (выход штока тормозного цилиндра в заторможенном состоянии на величину, большую установленной для данного типа подвижного состава);
• толщина колодок менее допустимых размеров;
• установка тормозных колодок несоответствующих типов.

Запрещается устанавливать композиционные колодки на вагоны, рычажная передача которых переставлена под чугунные колодки, и наоборот. Шести- и восьмиосные грузовые вагоны разрешается эксплуатировать только с композиционными колодками.