Как устроены тормоза у поезда?
Многим знакомы эти специфические звуки, когда поезд тормозит – шипение воздуха, стуки под вагоном и запах «подгоревших» тормозных колодок. Просто романтика путешествий! А теперь опустим романтические воспоминания и попробуем узнать, что-же так шипит, стучит и пахнет.
Немного истории, поезда ходят по стальным магистралям уже очень давно и раньше вагоны не имели тормозных устройств, кроме ручных. Сам мог останавливаться только паровоз. Поэтому существовали кондукторские бригады. Они следовали с каждым грузовым составом и работа их состояла в том, чтобы по команде тормозить (помните песню из известного фильма).
Вагоны были оборудованы рычажной передачей, которая прижимала колодки к колесам. Но вся эта система работала вручную. Старшее поколение еще помнит грузовые вагоны с площадками для кондуктора а на них располагался рычаг с червячной передачей, его рабочий инструмент.
Так вот составы ходили короткие и кондуктор всю дорогу внимательно слушал сигналы гудка, подаваемые машинистом паровоза. Если подавался сигнал «тормозить» — все начинали крутить рычаги ну а рычажная передача прижимала колодки к колесам, при сигнале «отпустить тормоза» все снова крутилось, только в другую сторону.
Но техника не стоит на месте и были придуманы автоматические тормоза и теперь кондукторы стали не нужны и машинист сам мог управлять замедлением всех вагонов не вставая со своего рабочего места на паровозе. Локомотивы и вагоны оснащались такой системой американской фирмы «Вестингауз» а наши машинисты Казанцев а позже Матросов очень хорошо усовершенствовали ее, да в общем-то она совершенствовалась все годы развития железных дорог, и теперь поезда двигаются имея очень надежные и безотказные тормоза! Это точно! Покачиваясь в романтическом настроении на верхней полке в купе будьте спокойны, все под контролем!
Тормоза у нас автоматические, что это значит?
Все современные тормозные системы на железной дороге пневматические, и их работа зависит от сжатого воздуха и от простых физических законов. Это просто – изменение давления воздуха в тормозной магистрали: падает – происходит прижатие колодок, поднимается – происходит отпуск. Воздушная магистраль система закрытая и любое нарушение ее целостности приводит к падению давления а соответственно к срабатыванию тормозов, поэтому они и называются автоматические.
Регулирование давления воздуха и есть принцип управления тормозами. Как же это происходит?
Для начала познакомимся с тормозными приборами и устройствами которые принимают самое непосредственное участие в процессе. Я сохраню сейчас их технические маркировки, так будет полегче и кругозор расширится.
Это – кран машиниста усл. № 395 находится в кабине машиниста рядом с пультом управления, кран вспомогательного тормоза усл. № 254 в профессиональной среде называется «свой», почему объясню позже, находится также в кабине машиниста;
воздухораспределитель устанавливается на локомотивах и вагонах как правило под кузовом и имеет обозначение усл.№ 292 для пассажирских вагонов, усл. № 483 для грузовых вагонов;
тормозной цилиндр, устанавливается абсолютно на всем подвижном составе под кузовом; запасный резервуар, также устанавливается под кузовом.
Все это соединено соединительными трубами где проходит воздух, а также рычажной передачей которая и прижимает к бандажам колес « башмаки» в которые вставлены колодки.
Вся эта система соединяется воедино посредством рукавов – от локомотива до последнего вагона. Все трубы по которым проходит воздух и есть непосредственно тормозная магистраль, контролируемая и управляемая машинистом, а все остальное механические и пневматические устройства, просто необходимое оборудование.
На локомотиве установлены компрессора которые и заполняют тормозную систему сжатым воздухом, предварительно закачав его в главные резервуары, находящиеся также на локомотиве.
Компрессоры имеют как правило привод от электродвигателей, но на многих типах тепловозов непосредственно от дизеля через систему валов отбора мощности. Вот и подходим к главному – надо сбить скорость а для этого надо создать падение давления воздуха в тормозной магистрали.
Поехали: идем в кабину машиниста к прибору который и создает эти перепады давления – кран машиниста усл.№ 395 он имеет шесть положений, кому особо интересно: 1 – отпуск и зарядка тормозной магистрали (ТМ), 2 – поездное, 3 – перекрыша без питания, 4 – перекрыша с питанием, 5 – служебное и 6 – экстренное торможение, повторюсь, только кому особо интересно. Давление в ТМ контролируется машинистом по манометру на пульте управления.
А замедляться надо, вот машинист работая этим краном и создает утечку воздуха в ТМ через специальное отверстие в этом кране на величину, необходимую для торможения, передвигая ручку крана в служебные положения, строго контролируя ее по манометру .
Разрядив тормозную магистраль на необходимую величину машинист переводит ручку крана в положение 4, все утечка прекращена и магистраль больше не теряет воздух, а дальше самое главное. На всех вагонах и локомотивах стоит вышеуказанный замечательный прибор – воздухораспределитель и дальше его главная работа. Расскажу просто, в нем находится такая воздушная камера, разделенная на две половины поршнем, который вставлен в мягкую манжету. В поршень вставлены клапаны, необходимые для работы воздухораспределителя.
Воздухораспределитель очень сложное устройство имеющее множество каналов, клапанов, золотников, манжет, пружин и т.д. Он соединен воздушными трубопроводами с запасным резервуаром и тормозным цилиндром — единое целое. Вот тут и пошла физика – в обоих половинах камеры давление одинаковое, а тут машинист взял и создал выход воздуха и оно уменьшилось в одной половине камеры а манжета поршня у нас мягкая, резиновая и она конечно, толкаемая более высоким давлением в другой половине камеры, передвинется в сторону низкого вместе с поршнем и откроется путь воздуха по разным каналам из запасного резервуара прямиком в тормозной цилиндр. В нем находится поршень со штоком и возвратная пружина а воздух, поступивший в цилиндр преодолевает натяжение возвратной пружины, поршень перемещается и своим штоком приводит в действие рычажную передачу, а та в свою очередь прижмет колодки к бандажам колес и поезд тормозит.
Этот процесс происходит в каждом вагоне, ведь есть единая магистраль (ТМ), все вагоны соединены пневматическими рукавами. Машинист может увеличить величину разрядки и еще сильнее отодвинется манжета в воздухораспределителе и еще больше воздуха пойдет из запасного резервуара в тормозной цилиндр и еще сильнее прижмутся к бандажам колодки и еще возрастет останавливающая сила а соответственно уменьшится тормозной путь. Мы и чувствуем запах «горелых» колодок и стук рычажной передачи и шипение воздуха. Ну а если, не дай Бог, какая-то аварийная ситуация, машинист применяет экстренное, «бросая» ручку крана в шестое положение, тогда весь воздух в магистрали устремится через отверстие в кране машиниста с очень сильным шипением и манжеты в воздухораспределителях подвинутся на максимальную величину и весь воздух из запасных резервуаров пойдет в цилиндры и колодки просто вопьются в бандажи колес, тормозная сила будет огромной – состав будет остановлен достаточно быстро. Но опять-же это быстро зависит от его веса и длины!
Теперь Вы точно усвоили очень серьезную вещь – мгновенно его остановить нельзя! Передайте всем знакомым, а особенно детям! Ну мы остановились или просто снизили скорость и надо тормоза «отпустить» и конечно зарядить запасные резервуары во всех вагонах, ведь мы потратили много воздуха. И снова – идем в кабину: наш машинист берет и переводит рукоятку всемогущего крана в первое положение – отпуск и зарядка магистрали. А что дальше – то? А дальше все как и прежде, только немного наоборот: воздух из главных резервуаров локомотива усиленно поступает в ТМ поезда, а там-же в каждом вагоне умные воздухораспределители, они-то свято чтут законы физики, по которым и работают: воздух из тормозной магистрали поступает в камеру, из которой только что выходил, ну а там мягкая манжета с поршнем – она передвигается, только в другую сторону, вместе с поршнем.
Только вот это перемещение немного больше начального, статического положения и поршень посредством своих клапанов открывает другие каналы и воздух из-под поршня тормозного цилиндра, через воздухораспределитель выходит в атмосферу, да правильно, с шипением. Ну а в цилиндре возвратная пружина не дремлет и своей силой, которой ничего теперь не мешает, убирает поршень со штоком на прежнее место. Шток ушел и рычажная передача перемещается, отпуская колодки от бандажей. Все, тормоза отпустили. Одновременно идет и наполнение запасных резервуаров до нужного давления, оно называется «зарядное» и устанавливается машинистом через специальное устройство расположенное на кране машиниста, называемое «редуктор», ведь поезда у нас разные, в пассажирских одно зарядное, а в грузовых другое, поэтому есть такой редуктор.
Чтобы манжета с поршнем легко переместилась в свое «зарядно-отпускное» крайнее положение надо немного завысить давление в магистрали, что машинист и делает первым положением своего крана. Немного завысив его машинист переводит ручку во второе, поездное положение и все. ТМ приходит в норму, мембрана с поршнем возвращается в свое статичное, уравновешенное с обоих сторон положение а избыточное давление ликвидируется через «стабилизатор» находящийся также на кране машиниста, запасные резервуары зарядились и тормоза готовы к действию .
Все эти величины разрядок, зарядок и весь порядок управления тормозами а также все нестандартные ситуации определяются «Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава». Серьезный документ. Мы коснулись чуть-чуть, просто так принципа, а на самом деле управление ими вещь сложная. Поезда разные: пассажирские, грузовые, которые в свою очередь бывают длинносоставные и тяжеловесные а еще и стыкованные, это когда два самостоятельных состава соединяют в один и много другого. С ними нельзя шутить, не зная можно натворить дел даже стоя на месте. На станциях существует технология опробования, которую проводят осмотрщики вагонов так называемые «автоматчики» они проверяют полностью, как срабатывают и отпускают тормоза от первого до последнего вагона и убедившись, что все нормально выдают машинисту справку формы ВУ-45, где все написано о состоянии тормозов. Без их доклада и доклада машиниста о произведенной пробе и выдаче справки дежурный по станции никогда не даст отправление. Ну а по поводу спокойных и романтических мыслей на верхней полке – мечтайте и наслаждайтесь жизнью под стук колес, ведь тормоза у нас автоматические, и если по какой-то нехорошей причине у нас воздух начнет где-то выходить из ТМ то воздухораспределители своей чуткой мембраной приведут цилиндры в действие. А дальше уже машинист знает что делать, он ведь ведет поезд и ему не до романтики.
Электропневматические тормоза (ЭПТ)
Еще немного ценной информации, сейчас все пассажирские оборудованы и следуют на ЭПТ – электропневматических тормозах. Великая вещь! Чтобы колодки прижались и отпустили по всему составу требуется время для распространения так называемой «тормозной волны» и цилиндры вагонов в голове (первые вагоны) сработают раньше чем в хвосте и также при отпуске, а когда ведешь длинный и тяжелый грузовой это очень и очень чувствуется, поэтому при неправильном управлении тормозами в грузовом составе, можно его «порвать» — голова отпустила а хвост нет и если переломный профиль, какая-нибудь автосцепка не выдерживает нагрузки на разрыв и он рвется! Очень серьезное происшествие!
Так вот ЭПТ «хрустальная» мечта грузовых машинистов и вот почему – ЭПТ срабатывает мгновенно в каждом вагоне и отпускает мгновенно, представляете, тормоза всех вагонов срабатывают одновременно и сразу отпускают! Конечно здорово но и очень дорого, поэтому грузовики ждут и еще видимо долго будут ждать. Электропневматические тормоза устанавливаются только на пассажирских вагонах и локомотивах. Управляются они также с крана машиниста усл. № 395, но с некоторыми особенностями. На локомотиве установлен источник питания ЭПТ – 50 Вольт и тормозные рукава с небольшими изменениями в связи с наличием провода для питания электровоздухорасределителей на всех пассажирских вагонах. Этот воздухораспределитель имеет свой усл. № 305 и представляет собой два электропневматических вентиля соединенных с соответствующими трубопроводами ТМ на запасный резервуар и тормозной цилиндр непосредственно. Устанавливается такое устройство на обычном воздухораспределителе усл. № 292.
Принцип работы прост: на кране машиниста есть небольшие электрические переключатели которые при переводе рукоятки крана в соответствующее положение для срабатывание создают электрическую цепь на вентиль торможения а он открывает сразу через свой клапан доступ воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр и все, при отпуске получает питание отпускной вентиль и напрямую выпускается воздух из цилиндра и заряжается запасный резервуар. Работа основного воздухораспределителя как-бы обходится. И каждый вагон мгновенно тормозит и мгновенно отпускает. Управляются ЭПТ также краном машиниста, но на его секторе добавлено еще одно положение для этого, а контролируются сигнальными лампами на пульте машиниста.
ЭПТ позволяют очень плавно тормозить, регулировать величину прижатия колодок не отпуская тормозов, пассажиры чувствуют себя комфортно в вагонах. Ну и напоследок как и обещал – кран усл. № 254 или «свой». А свой потому-что распространяется только на локомотив, ведь локомотив когда следует один тоже должен как-то останавливаться. Он имеет шесть положений и им регулируется величина давления в цилиндре а соответственно и усилие колодок. Но он взаимодействует с основным краном машиниста и при торможении всего поезда также тормозит локомотив, только машинист самостоятельно может уменьшить, совсем убрать или увеличить торм. усилие локомотива именно этим краном.
Все тормозные приборы и устройства на локомотиве точно такие-же как и на вагонах но с некоторыми изменениями, ведь локомотив все-таки не вагон. Ну вот и все типа коротко! Да и колодки тоже бывают разные, у пассажирских вагонов чугунные а у грузовых композиционные — из композитных материалов. А еще на электровозах применяется реостатное и рекуперативное торможение, это когда тяговые электродвигатели переходят в режим генераторов и как известно из физики в этом процессе возникает сила, препятствующая вращению якоря электродвигателя, называемая противоэлектродвижущая сила (ЭДС) она всеми силами препятствует вращению якорей и происходит остановка электродвигателями без задействования пневматических тормозов.