Серия «Железяки электропоезда.»

Предыдущие посты цикла:
Железяки электропоезда. Токоприёмник.
Железяки электропоезда-2. Высоковольтный выключатель.
Железяки электропоезда-3. Тормозная система

***

В посте о тормозной системе я обещал рассказать о главном приборе управления тормозами электропоезда - кране машиниста усл. №395. Целых два месяца я садился за этот пост, но не заканчивал, удалял. Когда я пытался писать понятно и подробно - я увязал в объяснениях элементарных (с точки зрения машиниста) вещей. На выходе получалась "простыня", которую до конца вряд ли бы кто прочёл. Если же я писал кратко и ёмко - внутренний пикабушник во мне вопрошал: "Чё ты написал? Нифига не понятно!"

Этот пост я постарался выдержать в "золотой" середине между совсем уж разжёвыванием материала и "эльфийским" языком матёрого машиниста.
Для буквоедов и любителей точности: я рассматриваю автоматические пневматические тормоза электропоезда с краном №395-5.

Итак, поехали!

КАК РАБОТАЮТ ТОРМОЗА.

Принцип работы тормозной системы электропоезда такой: в тормозной магистрали поддерживается определённое давление воздуха. Чтобы затормозить, машинист должен снизить это давление. Называется этот процесс разрядкой тормозной магистрали. Воздухораспределители в вагонах реагируют на снижение давления и загоняют воздух в тормозные цилиндры. Будет это продолжаться до тех пор, пока давление не прекратит снижаться. Чтобы это сделать, машинист останавливает разрядку и делает перекрышу (то есть давление в тормозной магистрали остаётся пониженным). Воздухораспределители откликаются на прекращение разрядки и останавливают подачу воздуха в тормозные цилиндры, в них устанавливается определённое давление. Поезд тормозит. Машинист может усилить торможение, сделав разрядку ещё раз. Чтобы прекратить торможение, достаточно повысить давление в тормозной магистрали. Воздухораспределители реагируют на это и выпускают воздух из тормозных цилиндров. Поезд едет дальше.

Казалось бы, нам нужен прибор всего с тремя положениями. Отпуск-перекрыша-торможение.

Но у крана машиниста усл. №395 этих положений аж семь. О них мы и поговорим.

Для начала посмотрим на сам кран, где он находится:

А вот рисунок:

Я не буду рассказывать, из каких частей состоит кран. Мы рассмотрим лишь самый нижний рисунок, на котором отображены положения крана.

Итак, как я уже писал вверху, нам нужно положение, при котором поезд едет, не тормозит, в тормозной системе поддерживается определённое давление. Это II-е положение крана.
II-е положение. "Поездное положение". В этом положении кран выполняет три функции:

- отпуск тормозов. Если тормоза были приведены в действие, то перевод ручки крана во второе положение отпустит их.

- поддержание зарядного давления. Во втором положении давление в тормозной магистрали будет стремиться к нормативному, то есть к тому давлению, которое должно поддерживаться в тормозной магистрали, когда поезд следует штатно, не тормозит. На сленге железнодорожников это давление называется "зарядным". Для каждого вида подвижного состава, локомотивов устанавливается свой норматив зарядного давления, но он находится в районе 0,5 МПа, чтобы вы понимали "масштаб".

- ликвидация сверхзарядного давления. Иногда давление в тормозной магистрали становится выше, чем зарядное. В таком случае кран должен снизить это давление до нормативного, но не забываем, что снижение давления приведёт к срабатыванию тормозов. Поэтому кран ликвидирует сверхзарядку таким темпом, который не превышает так называемый "темп мягкости" воздухораспределителей. Темп мягкости - это темп, с которым из тормозной магистрали может уходить воздух, но воздухораспределители не будут срабатывать на торможение.

В этом положении кран находится подавляющее большинство времени, пока тормоза не задействованы, поезд просто едет. С помощью его также отпускают тормоза.
Но тормоза отпустить можно ещё одним положением: I-м.
I-положение. "Отпуск и зарядка". В этом положении кран выполняет две функции II-го положения, а именно: отпускает тормоза и заряжает тормозную магистраль. Но есть одно отличие: в этом положении кран будет повышать давление в тормозной магистрали не до норматива, а пока воздуха хватит. Можно при желании в тормозную магистраль загнать такое же давление, как и в напорной магистрали (0,65-0,8 МПа для электропоезда). Вы спросите, а нафига нужно это положение? Необходимо для двух случаев:

- проверка целостности тормозной магистрали. На сленге - "толкнуть в первое". Машинист искусственно завышает давление в тормозной магистрали I-м положением, а потом переводит кран во II-е, чтобы по реакции стрелок манометров и звуку выпускаемого воздуха определить, весь ли состав за спиной обеспечен тормозами, не перекрыл ли кто краны между вагонами.

- отпуск тормозов, если в составе есть воздухораспределители, не чувствительные к отпуску. Иногда воздухораспределители не совсем исправны, не срабатывают на отпуск при повышении давления II-м положением. В таком случае с помощью первого положения можно загнать в них большее давление большим темпом и всё же заставить их отпустить.
Фух, с отпуском и зарядкой тормозов разобрались.

Тормозные положения. Их три. Vэ, V-е и VI.

О Vэ-положении я рассказывать не буду, ибо оно управляет электропневматическим тормозом, этот пост не о нём.
V-е положение. Служебное торможение. С помощью этого положения машинист выпускает воздух из тормозной магистрали, то есть делает разрядку. Тем самым вызывает срабатывание тормозов. Больше в данном ключе написать об этом нечего, в дебри лезть не буду.
VI-е положение. Экстренное торможение. Название говорит само за себя. В этом положении воздух из тормозной магистрали выпускается максимальным темпом, тормоза срабатывают экстренно. При этом торможении кран в перекрышу не переводится, а так и остаётся в VI-м положении до полной остановки, а машинист может покинуть кабину.

Перекрыша. Она бывает двух видов, и, соответственно, есть два положения: III-е и IV-е.

IV-е положение. Перекрыша с питанием тормозной магистрали. Проблема в том, что тормозная магистраль не герметична, из неё постоянно выходит воздух. В первом и втором положениях эта проблема решается поддержанием зарядного давления в магистрали. Но при торможениях никакого зарядного быть не может по определению. Но воздух-то уходит. Может случиться такая ситуация, что машинист, работая тормозами длительное время, может растратить добрую часть воздуха в атмосферу. И тогда тормоза будут менее эффективными. Эту проблему решает перекрыша тормозов с питанием. То есть машинист снижает давление в магистрали, тормоза срабатывают. Переводит кран в положение перекрыши. Это пониженное давление будет поддерживаться на одном уровне, ликвидируя утечки, отсюда и название "с питанием". Теперь поговорим о III-м положении
III-е положение. Перекрыша без питания. Всё то же самое, но утечки из тормозной магистрали ликвидироваться не будут. Вы спросите, а нафига такое положение нужно? IV-е вон какое хорошее, питает магистраль, перекрывает. Зачем это третье? Но есть один нюанс.
Представим такую картину. Едет электропоезд на конечную станцию в тупик. Машинист тормозит перед тупиком и ставит кран в перекрышу с питанием. В это время алкаш в последнем вагоне "словил белку" и сорвал стоп-кран. Кран машиниста питает магистраль, как мы разобрались. Стоп-кран снижает давление в ней. Кран машиниста воспримет это как утечку и восполнит её, увеличив давление в тормозной магистрали. И все воздухораспределители от начала поезда до алкаша в последнем вагоне срабатывают на отпуск. Электропоезд въезжает в тупиковую призму. Поэтому при торможениях, требующих остановки, применяется не IV-е положение, а III-е.
***

Профессионализм машиниста заключается в умении точно работать краном. Расчётливо тормозить, правильно отпускать. Большинство косяков при ведении поезда, за которые наказывают машиниста - это управление тормозами. Чтобы вы понимали, при торможении в каждом из отдельных положений ручка крана находится считанные секунды, а то и меньше. При этом машинист должен наблюдать за показаниями трёх манометров. Это целое искусство, которое оттачивать можно до бесконечности.
Надеюсь, я справился со своей задачей. Отвечу на вопросы.

Итак, с токоприёмником разобрались в посте Железяки электропоезда. Токоприёмник.
Продолжаю рассказ об электропоезде переменного тока. Сегодня поговорим о главном или высоковольтном выключателе. На сленге, а также обозначен на схемах - ГВ, ВОВ, ВВ.
Ток из контактной сети через токоприёмник и дроссель радиопомех поступает к высоковольтному выключателю (далее - ВОВ). Большинство наших электровозов и электропоездов оснащено воздушными однополюсными выключателями ВОВ-25, имеющими несколько модификаций (ВОВ-25-4М, ВОВ-25А-10/400УХЛ1 и ВОВ-25А-10/630ХЛ1). Внешне они почти не отличаются, принцип работы одинаков. Выглядит ВОВ вот так (выделен зелёным прямоугольником):

Ещё картинка:

Ну и схема ВОВ:

Я не буду называть каждую деталь и подробно описывать работу, - это обывателям, думаю, не нужно и неинтересно. Освещу только главные моменты.
ВОВ предназначен для оперативного отключения (это когда машинист сам решил отключить поезд от КС) первичной обмотки тягового трансформатора от цепи токоприемников, а также для автоматического отключения (когда в цепях тяги и высшего напряжения случилось что-то нехорошее) при коротких замыканиях и перегрузках электрооборудования. Этакий главный выключатель-автомат для электропоезда.
Расшифрую ВОВ-25-4М:
В - выключатель.
О - однофазный.
В - воздушный.
25 - номинальное напряжение в киловольтах.

4М - модификация.

С подачей напряжения на электропоезд всё просто. Замкнул контакты и готово. Для этих целей можно было запилить два вертикальных изолятора с обычными ножевыми контактами и какой-нибудь привод к ним. Но как отключить электропоезд от сети?

Проблема отключения цепей под таким напряжением (от 21(19) до 29 тысяч вольт) заключается в образовании сильной дуги, которая жжёт не по-детски. Её нужно как-то гасить. На современном подвижном составе с этой проблемой разобрались очень просто - контакты главного выключателя находятся в изоляторе, внутри которого вакуум. Нет воздуха - нет дуги. Но электропоезда серии ЭР9 и ЭД9 разрабатывались в те времена, когда технологии не дошли до этого либо были слишком дорогими. Так и возник ВОВ-25-4М. В нём размыкание происходит не в вакууме, дуга гасится воздухом.
Ток от токоприёмника подаётся на ВОВ к фланцу с выводом (смотрим схему), а от самого ВОВ и дальше к тяговому трансформатору - через нож подвижного контакта.

ВОВ-25-4М имеет две пары контактов, одна находится внутри горизонтального изолятора, называются разрывными контактами, а вторая - на открытом воздухе (неподвижный контакт на горизонтальном изоляторе и подвижный на поворотном изоляторе. Разрывные контакты задействованы при отключении ВОВ, они размыкаются под действием сжатого воздуха, этим же воздухом охлаждается и выдувается электрическая дуга при размыкании, а подвижный контакт отключается уже не под нагрузкой (разрывные контакты же разъединены). Фух, надеюсь, объяснил понятно, проще никак.)) Кстати, это самое "бдыщь!", которое периодически стреляет у электропоезда - это и есть звук сжатого воздуха, гасящего дугу в горизонтальном изоляторе.
При включении подаётся напряжение на включающую катушку, она через включающий клапан открывает доступ воздуха к поршню, тот проворачивает вал поворотного изолятора, подвижный контакт присоединился к неподвижному, ток пошёл.

Изъяны.

ВОВ имеет некоторые недостатки. Самое слабое его место - это пневматический привод. Во-первых, конструктивно невозможно включить ВОВ при отсутствии нужного давления воздуха. Чисто теоретически, если можно было бы поднять токоприёмник и включить ВОВ без воздуха - это экономило бы немало времени при приёмке поезда в депо. А так - приходится ждать, когда вспомогательные компрессоры, питаемые от батарей, накачают достаточно воздуха, и только тогда можно подать напряжение с контактной сети на поезд.
Во-вторых, пневмопривод не терпит утечек воздуха. Если воздух найдёт где-то выход и начнёт травить - это сказывается на работе ВОВ. При больших утечках он просто перестанет включаться, может зависнуть в промежуточном между "вкл" и "выкл" положении. На сленге это называется "ВОВ задул"/"ВОВ в промежутке". В-третьих, пневмопривод берёт воздух воздух из окружающей среды. Его нужно осушать, в резервуаре всё равно собирается влага, которая может замёрзнуть, её нужно удалять.

Когда выключатель не включается - это полбеды. Куда хуже, когда он НЕ выключается. Моторный вагон сразу лишается защиты от КЗ в цепях тяги и высшего напряжения, что может привести к очень печальным, ярким и искрящимся последствиям. Токоприёмник будет опускаться под нагрузкой, и та самая дуга, что могла выдуться и погаситься в ВОВе, будет освещать всё вокруг, находясь между полозом токоприёмника и проводом контактной сети.))

Иногда в горизонтальном изоляторе происходит что-то не то, и он может взорваться. Редкость, конечно, но бывает. 
В остальном же это достаточно надёжное устройство. Суровая советская разработка же!)
Надеюсь, я достаточно понятно осветил это сложное устройство. Отвечу на вопросы.

Начинаю цикл постов об оборудовании электропоезда серии ЭР и производных (ЭР2, ЭР9, ЭД и т.п.). Думаю, многим будет интересно узнать, как работают некоторые устройства и машины, но не со страниц учебников, где всё написано скучным техническим языком, а с моих слов, машиниста электропоезда.
Начну с самого верха.))

На крыше моторного вагона электропоезда находится токоприёмник. Его ещё иногда называют пантографом. На жд-сленге - рога, оглобли, лыжи. Токоприёмники бывают разных модификаций, я же рассмотрю Л-13-У1, который и стоит на упомянутых мной поездах. Вот он на фото:

А также картинка с обозначениями его элементов, чтобы вы поняли текст снизу:

Начну с рашифровки:

Л - лёгкий. У этого токоприёмника только один полоз (18), так как он передаёт относительно небольшой ток (до 1200 А). У грузовых электровозов постоянного тока через токоприёмник могут проходить токи куда больших величин, и одного полоза уже недостаточно, поэтому на таком подвижном составе применяются токоприёмники с двумя полозами, они называются "тяжёлыми" и имеют в маркировке букву Т. К слову, по массе "лёгкие" и "тяжёлые" токоприёмники  особо не отличаются.

13 - номер серии.
У - угольные вставки (19). Они стоят на полозе и непосредственно контактируют с контактной сетью (далее - КС). Бывают ещё вставки медные, тогда будет буква М. Некоторые считают, что буква У обозначает "унифицированный", так как этот токоприёмник может устанавливаться на любые виды локомотивов и МВПС благодаря регулирующимся кронштейнам (4), но это не так.)

1 - номер модификации.

****

Токоприёмник кажется простым механизмом. Ну а чё там, поднимай-опускай, что с него взять? Но ничего подобного, это довольно сложное устройство, которое должно удовлетворять нескольким требованиям, иногда взаимоисключающим:
- аэродинамичность. Токоприёмник не должен опускаться от набегающего потока воздуха, как и не должен подниматься, если опущен. На его работу в идеале воздух вообще не должен влиять.
- определённое нажатие на КС. Оно не должно быть слишком слабым - тогда полоз при движении электропоезда будет отрываться от провода КС и тянуть дугу. Но и не должно быть слишком сильным - тогда токоприёмник будет приподнимать КС, что может привести даже к её обрыву.

- токоприёмник при подъёме должен быстро отрываться от основания, но медленно подходить к КС, а при опускании - наоборот, быстро отрываться от КС, но медленно садиться на основание. Если токоприёмник будет быстро подниматься к проводу - он будет его подбрасывать, что негативно скажется на контакт (потянет дугу) и может повредить КС. При опускании также возникает дуга, и если полоз будет опускаться медленно - она будет повреждать вставки токоприёмника и провод КС, создавая неиллюзорную вероятность пережога и разрыва КС. Но на основание он должен садиться медленно, дабы не повредиться.

Как это работает?
У токоприёмника пневматический привод. На рисунке почему-то не обозначен цифрой пневмоцилиндр, к которому идут тяги (14), но, думаю, вы поймёте и так. Внутри цилиндра находятся опускающие пружины. А на самом токоприёмнике стоят подъёмные пружины (3). Пружины подсоединены таким образом, что подъёмные пытаются поднять пантограф, а опускающие - наоборот, опустить. Этакий постоянный армрестлинг.) Но опускающие пружины "сильнее" подъёмных, поэтому токоприёмник без воздуха как бы прижат к основанию их усилием. Особенность состоит в том, что воздух напрямую пантограф не поднимает. Он подаётся в цилиндр и сжимает опускающие пружины, тем самым как бы помогая подъёмным "выиграть" борьбу за токоприёмник, и он поднимается под их усилием. Пружина при разжатии имеет неравномерную динамику: по мере того, как она разжимается, её усилие ослабевает. Этим и обеспечивается быстрый подъём токоприёмника в начале и медленный подход полоза к КС.

При опускании пантографа воздух из цилиндра выпускается через клапан токоприёмника таким образом, что при большом давлении, когда цилиндр максимально полон, воздух выпускается большим темпом, и токоприёмник резко отрывается от КС. Но по мере снижения давления клапан перекрывает одно отверстие, оставляя маленькое, и воздух выходит меньшим темпом, медленно усаживая токоприёмник на место.

Поломки.
Токоприёмник - геморройное устройство. 10-20% поломок на электропоезде, приводящих к внеплановым ремонтам и разменам, - это неисправности токоприёмника. Сломать его очень легко. Достаточно поймать какой-нибудь посторонний предмет или элемент контактной сети, попавший в габарит - и пантографа нет. Мало того, поломанный токоприёмник на скорости может не просто сломаться, а "поскакать" по крыше электропоезда, снося на своём пути остальные токоприёмники. В депо было немало случаев, когда электропоезд оставался вообще без пантографов. Благодаря своей лёгкости токоприёмник может оторваться и остаться на КС, как на этом фото:

Когда я работал помощником - мы поймали такой "подарочек", оставленный "чехом" (электровоз ЧС8). На КС висел полоз с распорками, без верхней рамы. Он нам снёс первый токоприёмник, мы успели остальные опустить и применить экстренное. По 25% от оклада нам заплатили, типа премировали за грамотные действия.))
Иногда токоприёмники ломаются хулиганьём, свешивающим с мостов над ЖД посторонние предметы. Например, гирю или кирпич.
Случаи излома токоприёмника могут разбираться на уровне руководства дороги, особенно, если это произошло на пассажирском электровозе/МВПС, и привело к срывам поездов.

Видео, на котором запечатлено, что будет с токоприёмниками при неисправной КС:

Проблема заключается ещё в том, что на электропоездах серии ЭР и производных нет отдельной сигнализации исправности токоприёмника. Например, на электровозе переменного тока при сломанном токоприёмнике на пульте машиниста загорается лишь лампа РН (реле напряжения), которая может гореть при неисправности асинхронного расщепителя фаз (АРФ), что не такая уж и редкость. Машинист думает, что у него просто АРФ не запустился, а на деле он уже без токоприёмника остался. В кривой пути токоприёмники можно увидеть и через зеркало (и то, кроме первого), а в прямой это не предоставляется возможным. Вот и действуешь наугад. Загорелась лампа РН в пути - и молишься, чтобы это был АРФ, а не сломанный токоприёмник.))

Вот такое непростое устройство, этот токоприёмник. Вполне возможно, текст покажется где-то эльфийским, заранее извиняюсь и могу пояснить, если что. Отвечу на вопросы.