Серия «Железяки электропоезда.»

Практика показывает, что 99% приходящих работать помощниками машиниста не могут хотя бы минимально описать работу воздухораспределителя. Мало того, не знают значений таких понятий как мягкость и чувствительность воздухораспределителя, прямодействие и автоматичность тормоза и т.д. В этом длиннопосте я попытаюсь простым языком объяснить, что такое воздухораспределитель. Это будет полезно для учащихся, студентов и других, кто хочет более-менее понять, как работают тормоза поезда.
Я писал посты Железяки электропоезда-3. Тормозная система и Железяки электропоезда-4. Кран машиниста усл. №395, но без воздухораспределителя они выглядят неполно.
Также я разберу основные понятия, касающиеся работы автотормозов.
Я не стал описывать само устройство воздухораспределителя, его внутренности, куда и зачем перетекает воздух при разных режимах работы, потому что пост и так выдался объёмным. Возможно, если будет запрос, разберу это в других постах. И да, речь идёт о воздухораспределителях №242, 292 и 483, которые управляют пневматическими тормозами поезда. Есть ещё электровоздухораспределитель №305, который управляет электропневматическими тормозами (пост Железяки электропоезда-7. Электропневматические тормоза), речь не о нём.
Вообще, писать о тормозах очень сложно, потому что тормозная система работает в комплексе. Можно написать пост о токоприёмнике, никак не упоминая тяговый трансформатор, двигатели и т.д., а вот рассказать о работе устройства из тормозной системы, никак не упомянув другие её части, очень трудно. Но я постарался.
Также я не смог пройти мимо распространённых мифов.
Надеюсь, хоть кто-нибудь почитает этот пост до конца, и на парочку тормозов на ЖД станет меньше.
***
Воздухораспределитель внешне ничем не примечателен. Когда мне дают неопытного помощника или дублёра, один из первых вопросов, который я задаю на предмет знания тормозов звучит просто: "Покажи мне воздухораспределители". Большинство сыпется уже на этом.

На фото выделен воздухораспределитель, управляющий пневматическими тормозами. Слева к нему прикреплён электровоздухораспределитель №305, на переднем плане тормозной цилиндр.
Что такое воздухораспределитель?
Его назначение кроется в самом названии. Он действительно распределяет воздух, а если более точно - управляет тормозом своего вагона. Функции воздухораспределителя можно представить простым рисунком:

Запасный резервуар - ёмкость для хранения сжатого воздуха. Этот воздух нужен для наполнения тормозного цилиндра при торможении.
Тормозной цилиндр тупо тормозит. Сжатый воздух в него подали - он прижал тормозные колодки к колёсам. Воздух у него забрали - он отжимает тормозные колодки.
Тормозная магистраль выполняет две функции:
- является источником сжатого воздуха для запасного резервуара;
- является органом, который передаёт воздухораспределителю команды крана машиниста с помощью изменения давления воздуха.
ВР - воздухораспределитель. На части электропоездов, пассажирских локомотивов и вагонов постсоветских стран установлен ВР №292, в советское время он являлся основным воздухораспределителем для пассажирского движения. Теперь же в эксплуатации есть более новый и совершенный №242, постепенно на него перейдёт почти всё пассажирское движение (в России уж точно), кроме Ласточек, Сапсанов и т.п., так как у последних иные тормозные системы. Воздухораспределители №292 и №242 взаимозаменяемые. На грузовых локомотивах и вагонах установлен №483, который по принципу работы совершенно другой и на пассажирском подвижном составе не используется.

Запасный резервуар, тормозной цилиндр, тормозная магистраль и воздухораспределитель работают в трёх режимах:
1. Отпуск и зарядка. Тормозная магистраль соединена с запасным резервуаром, а тормозной цилиндр - с атмосферой. В таком режиме поезд следует всё время, когда торможение не требуется.
2. Торможение. Запасный резервуар соединяется с тормозным цилиндром, тем самым наполняя его. Само по себе торможение - быстрый процесс, цилиндр наполняется на какую-то величину и всё. То есть тут некая игра слов получается. Снижение скорости поезда происходит в большинстве случаев не в режиме торможения, а в режиме перекрыши. И только экстренное торможение - это режим, когда поезд тормозит в режиме торможения.
3. Перекрыша. Ничто ни с чем не соединено, всё перекрыто, название говорит само за себя. Сжатый воздух, поданный при торможении в тормозной цилиндр, остаётся в нём. Сниженное после подачи воздуха в тормозной цилиндр давление в запасном резервуаре также ничем не восполняется, он тоже закрыт. Умение поддерживать при перекрыше заданное давление в тормозных цилиндрах с помощью запасного резервуара, а давление в этом резервуаре - с помощью сжатого воздуха из тормозной магистрали, называется прямодействием тормоза. ВР-292/242 так не умеет, утечки из тормозных цилиндров никак не восполняются, поэтому он является непрямодействующим, то есть истощимым, и в этом один из его недостатков. А воздухораспределитель грузового вагона №483 является прямодействующим, то есть может пополнять утечки тормозного цилиндра из питательной магистрали через кран машиниста, тормозную магистраль и запасный резервуар.
Соединением и разъединением друг с другом тормозной магистрали, запасного резервуара и тормозного цилиндра занимается воздухораспределитель, а делает он это, воспринимая изменение давления в тормозной магистрали. Эти изменения возникают благодаря крану машиниста. Но ВР-292/242 и №483 могут затормозить сами, реагируя на снижение давления в тормозной магистрали при разрыве поезда, срыве стоп-крана и т.п. без участия машиниста. Это свойство называется автоматичностью тормоза.
Таким образом, тормозная система с ВР-292/242 и №483 является автоматическим тормозом. И вообще, это мировой стандарт для всех поездов, что пневматический тормоз должен быть автоматическим.

Мы разобрались, что такое автоматичность и прямодействие тормоза.
Относительно воздухораспределителя есть ещё несколько понятий, значение которых я иногда спрашиваю у своих помощников и дублёров. Приведу некоторые из них.
Мягкость воздухораспределителя - это максимальный темп снижения давления воздуха в тормозной магистрали, при котором не происходит срабатывание тормозов. Тормозная система поезда не является идеально герметичной, воздух то и дело выходит из неплотностей соединений, отверстий и т.д. Если бы воздухораспределители не имели мягкости - поезд не смог бы следовать, тормоза всё время прихватывали бы. Плюс при перезарядке (превышении нормативного давления в тормозной магистрали) невозможно было бы её ликвидировать, как это делает стабилизатор крана машиниста, постоянно вытравливая воздух из тормозной магистрали. Поэтому воздухораспределитель "закрывает глаза" на некоторый темп утечки воздуха из тормозной магистрали. Для ВР-242 этот темп равен 0,3-0,4 кгс/кв.см в минуту, для ВР-292 он несколько больше - до 0,5 кгс/кв.см за минуту. Мягкость воздухораспределителя имеет и другую сторону медали. Возможна ситуация, когда у поезда, который следует без остановок и торможений длительное время, при ошибочных действиях машиниста (например, оставил кран машиниста в положении перекрыши без питания) может через мягкость истощиться до ноля давление в тормозной магистрали. И тогда при наступлении ситуации, требующей торможения, тормозить будет нечем.
Чувствительность к торможению воздухораспределителя - минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали, при которой происходит гарантированное срабатывание воздухораспределителя на торможение. Многие путают это понятие с мягкостью. Для ВР-242 эта величина равна 0,15 кгс/кв.см. Это значит, если машинист краном снизит давление в тормозной магистрали на 0,1 кгс/кв.см., то далеко не факт, что тормоза сработают, а если и сработают - не факт, что на всех вагонах. Поэтому при управлении тормозами машинист применяет разрядки, превышающие чувствительность воздухораспределителей, для надёжной работы тормозов и отсутствия сильных продольных реакций по поезду.

Распространённые мифы о тормозах поезда.
Я иногда вижу в постах и комментариях на Пикабу заблуждения насчёт тормозов поезда. Перечислю некоторые из них и опровергну.
Миф №1. Если в тормозной сети поезда нет воздуха, то он заторможен.
Если в тормозной системе поезда нет воздуха, то тормозить нечему. Некоторые ошибочно полагают, что тормозные колодки прижимаются некими пружинами, а воздух в поезде их наоборот, отжимает. Это, как можно понять из моих постов, не так. Чтобы поезд был заторможен, нужно подать в тормозные цилиндры воздух и перекрыть его в них. Для этого необходимо, чтобы сжатый воздух был в запасном резервуаре, так как он является источником воздуха для тормозного цилиндра. А чтобы воздух из запасного резервуара попал в тормозные цилиндры, воздухораспределитель должен сработать на торможение. Не выполняются эти условия - нет торможения.
Миф №2. Если при катастрофе расцепятся вагоны, то разорвётся тормозная магистраль, и весь воздух очень быстро выйдет, из-за чего тормоза поезда быстро отпустят.
При любом экстренном торможении тормозная магистраль в принципе остаётся без воздуха, а сжатый воздух закрывается в контуре "запасной резервуар-воздухораспределитель-тормозной цилиндр". Пока воздух не выйдет из этого контура через утечки - тормоза будут держать.
Миф №3. При срыве стоп-крана машинист получает об этом сигнал и решает, тормозить или нет.
Отчасти миф, отчасти правда. На современном подвижном составе машинист действительно при срыве стоп-крана лишь получает об этом сигнал, после чего решает, что делать. В решении, что делать, ему помогает видеонаблюдение и т.п. Такая система на Ласточках, Сапсанах, Иволгах и т.п. Если ошибаюсь, так как не работаю на данном подвижном составе, поправьте. Но на старых добрых электричках и в пассажирских поездах срыв стоп-крана приводит к экстренному торможению, и машинист никак не может это предотвратить. Другой вопрос, что многие не срывают стоп-кран до конца или срывают кратковременно - это может не вызвать торможения, особенно при стоянке поезда.

Если дочитали до этого предложения - поздравляю, у вас крепкие нервы. Если что-то не поняли - можете спрашивать.
Продолжение следует... (наверно)

Предыдущие посты цикла:

Железяки электропоезда. Токоприёмник.

Железяки электропоезда-2. Высоковольтный выключатель.

Железяки электропоезда-3. Тормозная система

Железяки электропоезда-4. Кран машиниста усл. №395

Железяки электропоезда-5. Тяговый трансформатор и силовой контроллер

Железяки электропоезда-6. УСАВП или "автопилот" поезда

Железяки электропоезда-7. Электропневматические тормоза

Железяки электропоезда-8. Резинокордная муфта

Железяки электропоезда-9. Колёсная пара

***

Я писал о пневматических и электропневматических тормозах. Осталось приоткрыть завесу тайны над ещё двумя видами тормозов на электропоезде: электрическим и стояночным. Сразу предупреждаю: так как я - машинист электропоезда, то этот пост не будет подробным пособием по электротехнике. Я не буду расписывать, как работают электромагнитные поля, куда направлена ЭДС и т.д., потому что сам в душе не е...

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ.

Электрическое торможение - это торможение с помощью тяговых электродвигателей (далее - ТЭД), которые для этого переводятся в режим генератора. 

Зачем вообще нужен электрический тормоз при наличии пневматического и электропневматического? На то есть несколько основных причин:

- электрическое торможение не расходует тормозные колодки, а это довольно ощутимая экономия в эксплуатации и ремонте;

- электрическое торможение эффективнее пневматического. В теории с помощью него можно достичь максимально возможного физически тормозного эффекта на колёсах;

- возможность более тонкого управления торможением;

- удобство в использовании. Одно дело джойстиком играться или контроллером туда-сюда гонять, а другое - работать краном с этими вашими разрядками-перезарядками, толчками в первое и прочей фигнёй.

У электрического торможения несколько видов:

1. Реостатное торможение. На крыше (или где-нибудь ещё) установлены тормозные резисторы. Вот их фото (можно увидеть не предусмотренные конструкцией резисторы короткого действия):

При реостатном торможении ток идёт через них, они нагреваются, и таким образом рассеивают тепловую энергию. То есть кинетическая энергия поезда с помощью ТЭДов, работающих в режиме генератора, преобразовалась в электрическую, та пошла на резисторы, имеющие определённое сопротивление, и преобразовалась в тепловую. Вуаля, поезд тормозит.

Плюс этого вида торможения:

+ простота и дешевизна исполнения на подвижном составе любых родов тока.

Минусы:

- невозможность остановки, тормозной эффект непостоянный. Чем выше скорость - тем сильнее тормозит. По мере уменьшения скорости эффект ослабевает, и в конце концов на скорости около 20 км/ч становится незначительным, поэтому требуется включение дополнительного тормоза (т.е. замещение);

- полученная электроэнергия расходуется на обогрев улицы, то есть никак не используется. Поэтому возник следующий вид торможения.

2. Рекуперативное торможение.

Полученная при торможении электроэнергия возвращается в контактную сеть или, например, заряжает бортовые источники электричества.

Плюс:

+ использование полученной электроэнергии, то есть улучшенная энергоэффективность. На первых испытаниях рекуперативного торможения на горных профилях родилась байка, что грузовые поезда могут ходить чуть ли не без использования электричества от тяговых подстанций, сугубо питаясь друг от друга: пока один с горы летит и тормозит - второй в гору за счёт энергии первого взбирается. Это, конечно, миф, но немного правды в нём есть - полученным электричеством действительно можно закрывать часть тяговых нужд.

Минусы:

- невозможность остановки, ослабевающий с уменьшением скорости тормозной эффект, как и у реостатного торможения;

- более сложная схема и принцип работы (чем при реостатном торможении), особенно геморрная при работе на сети переменного тока. Так как ТЭДы советского (и не только) подвижного состава питаются постоянным током, то и вырабатывают они постоянный. А как его впихнуть в сеть с переменным напряжением? Поэтому нужны технические решения по его преобразованию, а это усложнение конструкции;

- сила торможения зависит от параметров электрического тока в контактной сети. Скачки напряжения в сети приводят к толчкам, рывкам и т.п.;

- при отсутствии потребителей полученная от рекуперативного торможения электроэнергия идёт в никуда, то есть представляет собой лишь красивые циферки на счётчике рекуперации. Правда, интернеты подсказывают, что на электростанциях могут ставиться специальные устройства, которые эту энергию "ловят", куда-то перенаправляют, но тут я не в курсе, где они стоят, а где их нет.

3. Рекуперативно-реостатное.

Попытка использовать преимущества обоих видов торможения.

4. Реверсивное торможение.

Если честно, не совсем понимаю, почему это торможение является разновидностью электрического, или само понятие электрического торможения не совсем корректное, но при реверсивном торможении уже не работает принцип превращения электродвигателя в генератор. Тут мы тупо меняем подаваемый ток полюсами, то есть подаём контрток. И всё, движки хотят вращаться в другую сторону, тем самым и тормозят.

Плюсы:

+ ещё проще исполнение, чем реостатное торможение;

+ в отличие от реостатного и рекуперативного может остановить подвижной состав.

- возможно применять без угрозы для двигателей только на малых скоростях (до 10-15 км/ч), по этой причине является лишь вспомогательным электрическим тормозом с использованием основного (рекуперативного или реостатного и т.д.).

5. Динамическое торможение.

Оно уже применяется на современном подвижном составе, имеющем асинхронные двигатели переменного тока. Принцип работы прост: на движок переменного тока подаётся ток постоянный. Движок за счёт этого начинает тормозить вплоть до остановки. Скажу честно, с этим торможением не работал и не изучал. Кто разбирается - велком в комменты.

Плюсы:

+ можно регулировать тормозной момент, нет этой зависимости от скорости, как у реостата или рекуперации;

+ можно останавливать подвижной состав.

Минусы:

- нужен мощный источник постоянного тока, чтобы подавать его на ТЭДы при торможении.

***

Ну а теперь о неприятном.

Почему же при наличии такого замечательного электрического торможения не отказаться от пневматического или хотя бы электропневматического?

Основные недостатки:

1. Электрический тормоз не является автоматическим. При его неисправности или разрыве поезда он просто перестаёт работать. То есть пневматические тормоза он заменить не может.

2. Он может работать только на обмоторенном подвижном составе. То есть локомотивы и моторвагонный подвижной состав. На обычных вагонах ТЭДов нет, тормозить электрически нечему. А пневматика и электропневматика может устанавливаться везде.

3. Требует тонкой настройки и 100%-й исправности, из-за чего даже при наличии электрического торможения приходится работать электропневматикой, так как на ремонте опять что-то напороли, из-за чего при реостатном торможении пассажиры чуть ли не летают по салону (шутка).

***

Закрываю тему стояночным тормозом.

Его предназначение простое: удержать на месте поезд, который уже стоит. Так как тормозная система поезда работает только при наличии воздуха в тормозной магистрали, а в кабине должен сидеть человек, работающий краном, то возникает проблема, а как же удержать состав на месте, когда в нём никого нет, он вообще в холодном состоянии? Для этого и предназначен стояночный тормоз.

Он бывает ручным. С ручным тормозом связано много шуток и баек о руле в кабине, вписывании в кривых с помощью него и т.д., но на деле его применение куда прозаичнее:

Его нужно вращать по часовой стрелке оборотов пятнадцать, дабы тот через не знаю, какое передаточное отношение, преобразовал ваши силёнки в выдвижение штока из тормозного цилиндра и прижатие колодок к колёсам. На современном подвижном составе используются более продвинуты виды стояночного тормоза, срабатывающие от кнопки, крутить ничего не нужно. 

Есть мнение, что это - чуть ли не последний тормоз, который нужно применять, чтобы остановить поезд без тормозов, но это неправда. Если поезд уже летит без тормозов - вашими руками его не остановить, такова физика. Бывали случаи, когда бригада, поменяв кабины на конечной станции, чтобы отправиться обратно, обнаруживала на хвосте закрученный ручной тормоз. То есть поезд следовал с закрученным ручником на хвосте, не испытывая никаких проблем, машинист даже не почувствовал.

Вот такой длиннопост получился. Прошу в комменты!)

Предыдущие посты цикла:

Железяки электропоезда. Токоприёмник.

Железяки электропоезда-2. Высоковольтный выключатель.

Железяки электропоезда-3. Тормозная система

Железяки электропоезда-4. Кран машиниста усл. №395

Железяки электропоезда-5. Тяговый трансформатор и силовой контроллер

Железяки электропоезда-6. УСАВП или "автопилот" поезда

Железяки электропоезда-7. Электропневматические тормоза

Железяки электропоезда-8. Резинокордная муфта

***

Давно я не радовал вас эльфийским длиннопостом, к концу которого доживают лишь избранные. :D

Железнодорожное колесо кажется весьма нехитрым. Берём металлический блин, присобачиваем ему выступ, чтобы с рельс не сходил, и поехали! Но не всё так просто. Железнодорожное колесо является  достаточно сложным продуктом инженерной мысли. Даже я, машинист электропоезда, не знаю всех тонкостей об этом движителе. Но попробую рассказать  доступным языком, что мне всё же известно.

***

КОЛЁСНАЯ ПАРА.

Особенностью железнодорожного транспорта является то, что он движется по рельсовой колее. Она имеет фиксированную ширину (условно), поэтому колёса должны быть также "зафиксированы" относительно друг друга. Никаких развалов-схождений не допускается, между колёсами должно строго обеспечиваться определённое расстояние. Сделать это не так просто. Самым логичным решением является жёсткая посадка двух противоположных колёс на одну ось. Таким образом и появилась колёсная пара:

Хоть современные технологии позволяют строить поезда с независимыми друг от друга колёсами (например, поезда компании Talgo), но от колёсных пар всё равно преобладающее большинство производителей не отказалось, так как это очень надёжная конструкция.

Ок, мы посадили два колеса на одну ось.  Но перед нами возникает проблема: прохождение кривых пути. Нарисовал в Paint рисунок, это колёсная пара в кривой (вид сверху):

Хорошо видно, что одно колесо идёт по пути L1, а второе - по пути L2, и первое делает куда больший путь, чем второе. Но так как они жёстко посажены на одну ось, то вращаться будут с одинаковой скоростью. Получается, либо первое колесо будет проскальзывать и вращаться медленнее, чем нужно, то есть срываться в юз, либо второе будет вращаться быстрее, чем нужно, и боксовать. Ну или и то, и другое одновременно. Это негативное явление, с которым нужно бороться.

Что же делать?

Для этого колёса сделаны конусными:

В кривой колёсная пара будет смещаться относительно колеи.

Колесо, что идёт по большему пути, будет иметь круг катания с наибольшим радиусом R1, а то, что с меньшим путём - с минимальным радиусом R2. Таким образом и происходит ликвидация разницы проходимых путей при одинаковой частоте вращения.

***

Однако, профиль колеса не строго конический, а несколько сложнее:

Прохождение кривых обеспечивается конусностью 1:10.

Конусность 1:3,5 с фаской 6 мм х45 градусов предназначены для безударного прохождения стрелочных переводов.

***

КЛАССИФИКАЦИЯ.

Колёса бывают двух видов:

- цельнокатаные (на самом первой картинке поста) - название говорит само за себя, они полностью отлиты из металла, являются неразборными. В электропоезде серий ЭР и ЭД (т.н. электрички) они стоят на прицепных вагонах (это которые без токоприёмника).

- бандажные - стоят на моторных вагонах электропоезда, состоят из трёх частей: бандажа (3), кольца для его закрепления (4) и колёсного центра (2):

Цельнокатаные колёса прочнее и надёжнее бандажных, имеют меньшую массу. Но при износе ободов цельнокатаных колёс необходимо полностью менять колёсную пару, в то время как у бандажного колеса можно лишь заменить бандаж (по аналогии с шиной у автомобиля, представьте, что для смены резины с летней на зимнюю вам пришлось бы менять колёса вместе с подвеской). По этой причине бандажные колёса применяют на локомотивах и моторных вагонах электропоезда, где менять колёсную пару затруднительно, а цельнокатаные - на обычных вагонах локомотивной тяги и прицепных вагонах электрички.

***

Колёсные центры бывают спицевыми (как на рисунке сверху, имеет спицы) и дисковыми (представляет собой сплошной диск без спиц, как на рисунке с цельнокатаными колёсами). На пикабу было немало споров насчёт того, зачем нужны спицевые, а зачем - дисковые, в чём преимущество одних над другими. Я поставлю точку в этом споре.

Спицевый колёсный центр позволяет снизить массу колеса, чтобы уменьшить вредное воздействие на путь, стрелочные переводы. Но он дороже в изготовлении. Поэтому производитель локомотива/МВПС сам для себя решает, что для него важнее: цена вопроса или воздействие на путь.

На электропоездах более лёгкие колёсные центры применены на более тяжёлых моторных вагонах. Но это не закон, есть локомотивы, которые куда тяжелее моторного вагона электрички, но они на дисковых колёсных центрах.

***

НЕИСПРАВНОСТИ КОЛЁСНЫХ ПАР.

Тысячи их! Скукотища. Но отмечу самые интересные и не менее опасные:

- ползун. Образуется в случае, когда колесо длительно тащили по рельсу в заблокированном состоянии (юз). В таком случае круглая поверхность катания колеса под воздействием трения в месте контакта с рельсом приобретает ровную площадку. Ползун весьма характерно стучит во время движения поезда. Особенно опасен ползун при низких температурах, так как он бьёт по промёрзшим рельсам, что может вызвать их разрушение на микро- и не только уровне.

О ползуне у меня был пост: Фото из архива машиниста-3. Ползун.

- ослабление (проворот) бандажа или колёсного центра:

На бандаж, колёсный центр и ось нанесены специальные метки, которые должны быть строго друг напротив друга. При ослаблении бандажа он может провернуться, и метки окажутся не на одном уровне. Аналогично и с колёсным центром, он может провернуться относительно оси. Это очень опасная неисправность, так как может привести к разрушению колёсной пары с последующим крушением поезда.

- трещина в колесе. Ну тут без комментариев:

- раковина в колесе. Это уже привет от металлургов, которые допустили при отливке колеса пустую полость внутри бандажа, которая со временем вскрылась:

- остроконечный накат гребня:

Грубо говоря, у гребня образуется острая грань, которая может при прохождении поездом стрелочного перевода "вскрыть" стрелку,  и вместо отклонения на боковой путь поезд поедет прямо.

Есть ещё множество неисправностей, но они не такие эпические, их даже внешне не всегда увидеть, они определяются различными шаблонами и  прочим.

***

Надеюсь, пост был не сильно сложным, и до этого предложения дочитало большинство.)

Предыдущие посты цикла:

Железяки электропоезда. Токоприёмник.

Железяки электропоезда-2. Высоковольтный выключатель.

Железяки электропоезда-3. Тормозная система

Железяки электропоезда-4. Кран машиниста усл. №395

Железяки электропоезда-5. Тяговый трансформатор и силовой контроллер

Железяки электропоезда-6. УСАВП или "автопилот" поезда

Железяки электропоезда-7. Электропневматические тормоза

***

Опытные машинисты электропоезда иногда говорят: "Когда я еду пассажиром в электричке, я никогда не сажусь в моторных вагонах в начале или конце салона". Возникает закономерный вопрос: почему? А всему виной Её Величество резинокордная муфта.

Что это такое и зачем нужно?

При конструировании подвижного состава возникает одна проблема: как передать вращательный момент от тяговых электродвигателей (далее - ТЭД) колёсам. Колёсные пары воспринимают неровности пути, перемещаются вверх-вниз, а сам двигатель, находящийся в тележке, так перемещаться не может, его невозможно полностью вывесить на ось колёсной пары. Поэтому есть два вида подвешивания ТЭДов:

- опорно-осевое подвешивание. Одним концом ТЭД лежит на тележке, а вторым опирается на ось колёсной пары.

Это решение достаточно простое, так как ТЭД одним концом зафиксирован относительно колёсной пары, и дело осталось за малым - повесить два зубчатых колеса и привод готов. Но среди недостатков данного подвешивания слишком большой неподрессоренный вес. Колёсная пара и больше половины веса двигателя воздействует на путь, рельсовые стыки, стрелочные переводы и т.п., что разрушает их.

- опорно-рамное подвешивание. Двигатель обоими концами опирается на раму тележки, его вес полностью подрессорен.

Но при таком подвешивании возникает необходимость создания "гибкого" привода, шарнирной муфты, так как положение ТЭДа не зафиксировано относительно оси колёсной пары.

На электропоезде это осуществляется резинокордной муфтой.

Казалось бы, какие могут быть проблемы?

Но они существуют. Резинокордная муфта склонна к разрушению. Работая под колоссальными нагрузками, муфта постепенно изнашивается. И при наплевательском отношении ремонтного персонала к выполнению своих обязанностей рано или поздно муфта выйдет из строя.

Иногда это сопровождается вылетом полуколец и корпуса муфты в салон электропоезда с попутным пробитием насквозь пола.

В интернетах можно найти видео с забавным заголовком "У электрички оторвалось колесо":

Понятное дело, что никакое это не колесо, а резинокордная муфта.

***

К счастью, прогресс не стоит на месте, теперь используются другие виды крепления, которые сократили в разы случаи разрушения муфт. Я уже и не помню, когда в последний раз электропоезд гнали в депо с такой неисправностью, а ещё лет 7-8 назад это случалось раз в несколько месяцев.

Впрочем, ещё ничего не забыто, и опытные работники до сих пор стараются не садиться в начале или конце моторного вагона.

З.Ы. Баянометр ругнулся на этот пост: Опорно-осевое и опорно-рамное подвешивание(сложно-технический пост).

Здесь более подробно разобраны виды подвешивания ТЭД.

Предыдущие посты цикла:

Железяки электропоезда. Токоприёмник.
Железяки электропоезда-2. Высоковольтный выключатель.
Железяки электропоезда-5. Тяговый трансформатор и силовой контроллер

Железяки электропоезда-6. УСАВП или "автопилот" поезда
Перед прочтением поста настоятельно рекомендую прочесть это:

Железяки электропоезда-3. Тормозная система

Железяки электропоезда-4. Кран машиниста усл. №395

***

Почему вообще появились электропневматические тормоза (далее - ЭПТ)? Зачем они нужны?
Для этого разберёмся в минусах пневматических тормозов:

- наличие тормозной волны. Пневматические тормоза управляются из кабины локомотива. Машинист, например, делает разрядку в тормозной магистрали, чтобы применить торможение. Давление падает сначала в голове поезда, а потом этот процесс перемещается в хвост. Таким образом тормоза срабатывают неодновременно. И наоборот, когда машинист захочет отпустить тормоза - сначала это произойдёт в голове поезда, и в последнюю очередь - в хвосте. Скорость тормозной волны, чтобы вы понимали, при служебном торможении равна ~120 метров в секунду. То есть у электропоезда длиной ~200 метров пневматические тормоза на хвостовом вагоне сработают на ~1,7 секунды позже, чем на головном. Это приводит к реакциям по поезду и поводам для жалоб пассажиров, что выливается в создание таких постов: Почему электричка дёргается. Эльфийский длиннопост

- отсутствие ступенчатого отпуска. При пневматическом торможении машинист может ступенчато повышать давление в тормозных цилиндрах, тем самым постепенно увеличивая тормозное нажатие. Это делает торможение более плавным. Но по мере уменьшения скорости возникает необходимость уменьшить нажатие, чтобы поезд остановился мягко, а не как вкопанный. Но пневматика так не умеет. Если пневматические тормоза сработали на отпуск - они отпускают полностью. Это тоже отражается на комфорте пассажиров.

- низкое быстродействие тормозов. Представьте, что вы управляете автомобилем, у которого тормоза срабатывают не мгновенно, а с задержкой. И отпускают тоже с задержкой. То есть все ваши действия с тормозами имеют определённый "пинг" в несколько секунд. Таким автомобилем удобно управлять? А именно так и работают пневматические тормоза поезда, так как команды передаются с помощью воздуха, и их скорость не может превышать скорость звука.

***

Электропневматический тормоз позволяет убрать все минусы пневматического тормоза. Управление ЭПТ осуществляется при помощи тока, а в качестве источника энергии для торможения используется давление сжатого воздуха на поршни тормозных цилиндров. То есть тормозим мы всё равно воздухом, но машинист команды отдаёт с помощью электрических цепей.
На вагонах с ЭПТ установлены электровоздухораспределители (далее - ЭВР) усл.№305:

Не буду вдаваться в подробности, отмечу главное. В корпусе воздухораспределителя есть два вентиля. Один называется вентилем отпуска, его электромагнитная катушка под номером 25, второй вентиль - тормозной, на рисунке стоит справа от вентиля отпуска. Суть работы ЭВР проста: вентиль торможения впускает воздух в тормозные цилиндры, вентиль отпуска - наоборот, выпускает. Когда нужно поддерживать определённое давление в цилиндрах (то есть перекрыша) - оба вентиля закрыты. То есть воздух и не впускается, и не выпускается. Всё. Вся работа ЭВР.
Команды на торможение-отпуск машинист даёт с помощью крана машиниста №395.

Для этого у него есть специальная крышка, в ней микропереключатели. От неё идёт кабель:

В Vэ-положении крана получают питание оба вентиля ЭВР. Воздух поступает в тормозные цилиндры. Когда нужно остановить наполнение цилиндров и сделать перекрышу - машинист ставит ручку крана в III-е или IV-е положение. В таком случае вентиль отпуска остаётся под питанием (чтобы воздух не вышел из тормозных цилиндров), а вентиль торможения теряет питание, закрывая течение воздуха в цилиндры.
Когда тормоза нужно отпустить - машинист ставит ручку крана во II-е или I-е положение. В таком случае теряет питание и вентиль отпуска. Воздух из цилиндров выходит в атмосферу. Но! Вот тут и появляется возможность ступенчатого отпуска. Машинист может, не дожидаясь выхода всего воздуха из цилиндров, переместить ручку крана в положение перекрыши. И тогда отпуск тормозов прекратится, в цилиндрах останется воздух. Таким образом машинист может осуществлять ступенчатый отпуск, которого так не хватает при пневматическом торможении.
При ЭПТ нет тормозной волны, так как скорость электрического импульса равна (условно) скорости света, тормоза на всех вагонах срабатывают одновременно. Ещё одно преимущество по сравнению с пневматикой.

ЭПТ отличаются быстродействием. Машинист может быстро и чётко добавлять или уменьшать давление в тормозных цилиндрах с шагом чуть ли не в 0,01 МПа, насколько позволяет скорость его рук и желание, что при пневматике невозможно.
Вот такая классная штука, этот электропневматический тормоз.
Но назревает закономерный вопрос.

Если ЭПТ такие классные, почему тогда не уберут пневматические тормоза? Потому что у ЭПТ есть два существенных взаимосвязанных недостатка:

- ЭПТ не являются автоматическими тормозами в отличие от пневматических, то есть они не сработают при разрыве тормозной магистрали (например, при разъединении поезда). Вагон, отцепившийся от поезда с одними только ЭПТ, просто будет катиться по инерции дальше.

- при неисправности цепей ЭПТ они просто не будут работать. Например, перегорит предохранитель - всё, тормозов у поезда нет. Переломался где-то проводок в поезде - аналогично, тормозить нечем.
Поэтому пневматические тормоза остаются основными тормозами поездов.
Надеюсь, пост не слишком эльфийский.)
Отвечу на вопросы.)