Глава V. ТОРМОЖЕНИЕ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА.
§ 12. СИСТЕМЫ ТОРМОЖЕНИЯ.
Торможение подвижного состава применяется для его остановки, а также для ограничения скорости на спусках, перед кривыми участками пути, стрелками и крестовинами. В условиях эксплуатации транспорта для обеспечения нормального и безопасного движения подвижного состава процесс его торможения имеет весьма важное значение. Увеличение мощности тормозных устройств поезда повышает безопасность движения и дает возможность допускать большие скорости.
На рис. 27 дана схема классификации систем торможения по способу создания тормозной силы и по типу привода. По способу создания
тормозной силы системы торможения можно подразделить на две группы: 1) механическое торможение; 2) электрическое торможение.
При механическом торможении тормозная сила создается силами трения между взаимно скользящими поверхностями. Эта группа по роду трущихся поверхностей подразделена на вращательно-фрикционные и рельсовые тормоза. Приводы, осуществляющие взаимное нажатие трущихся поверхностей, могут быть непосредственного действия (ручные или ножные) и косвенного действия (пневматические, гидравлические, электромагнитные).
Рис. 27. Схема классификации систем торможения.
Электрическое торможение основано на принципе обратимости электрической машины постоянного тока. Поэтому можно использовать тяговый двигатель в качестве генератора, а генераторный режим — в качестве тормозного. Колесные пары вагона, движущегося по инерции, приводят во вращение якоря двигателей, которые при этом работают в качестве генераторов и преобразуют кинетическую энергию поезда в электрическую. Моменты, требующиеся для вращения якорей, реализуются на ободе колеса в виде тормозной силы. Электрическая энергия может быть поглощена в реостатах или отдана обратно в контактную сеть. Первый вид торможения называется реостатным, а второй — рекуперативным. Кроме того, электрическое торможение может быть осуществлено и как реверсивное. При реверсивном торможении двигатели переключаются на обратный ход, вследствие чего изменяется направление их момента: вместо тягового он становится тормозным.
Электрическое торможение по сравнению с механическим обеспечивает значительную экономию эксплуатационных расходов на смену колодок, осмотр и ремонт тормозной системы, ремонт колесных пар (смена бандажей). Применение электрического торможения повышает надежность и безопасность эксплуатации: 1) при движении на спуске любое произвольное повышение скорости сопровождается увеличением тормозного эффекта; 2) колеса при юзе обладают свойством самоосвобождения от скольжения. С другой стороны, при использовании электрического торможения в качестве служебного необходимо увеличивать на 15—30% часовую мощность двигателя и усиливать его конструкцию. Кроме того, при электрическом торможении усложняется электрическая схема вагона, а величина тормозного замедления не превышает 1,5 м/сек2.
В принципе всякое торможение представляет собой отнятие энергии у движущегося поезда. Этот процесс связан с созданием тормозной силы, направление которой противоположно направлению движения. Указанная энергия состоит из кинетической, зависящей от скорости движения, и потенциальной, определяемой высотой положения поезда по отношению к низшей точке профиля данного участка пути. По методу отвода этой энергии виды торможения подразделяются на две группы: а) торможение, при котором энергия поезда возвращается обратно в сеть, — рекуперативное; б) торможение, при котором энергия поезда теряется бесполезно, — сюда относятся все прочие виды торможения.
По своему назначению торможение поезда можно подразделить на служебное и экстренное. Служебное торможение применяется в нормальных условиях работы и осуществляется действием одного какого-либо привода. Экстренное торможение производится для предупреждения несчастных случаев и аварий. Тормозная сила и тормозное замедление должны быть максимальными, а тормозной путь минимальным, поэтому в действие обычно приводятся два привода. По условиям безопасности движения необходимо, чтобы тормозились одновременно все колеса поезда (G = Gт), т. е. тормозной вес поезда Gт должен быть равен весу поезда G.
В тормозах всех систем, кроме рельсовых, торможение осуществляется за счет внутренних моментов, создаваемых в различных элементах подвижного состава и реализуемых в виде тормозных сил при помощи сил сцепления колес с рельсами или дорогой. При рельсовом торможении тормозная сила возникает независимо от взаимодействия колеса с рельсом и, следовательно, не ограничивается условиями их сцепления.
§ 13. МЕХАНИЧЕСКОЕ ТОРМОЖЕНИЕ.
Колесно-колодочное торможение.
Этот вид торможения широко применяется на подвижном составе рельсового транспорта. Тормозная сила создается здесь за счет трения, возникающего при нажатии тормозных колодок на бандажи вращающегося колеса. Нажатие на колесо осуществляется одной колодкой (одностороннее нажатие) на четырехосных трамвайных вагонах или двумя колодками (двустороннее нажатие) на двухосных вагонах и вагонах метрополитена. На рис. 28, а показана схема одностороннего колесно-колодочного торможения. При нажатии тормозной колодки на обод вращающегося колеса с некоторой силой Qк в результате трения между колодкой и ободом возникает касательная сила Вк (тормозная сила одной колодки) и тормозного момента Мто (пара сил Вк и В'к).
Например, лентой и вращающимися фрикционными деталями, кинематически связанными с колесными парами. В зависимости от формы поверхности трения фрикционной детали различают тормоза дисковые— с плоской поверхностью трения (рис. 28, б) и барабанные — с цилиндрической поверхностью трения (рис. 28, в),
Рис. 28. Принципиальные схемы механического торможения
а —с односторонним колесно-колодочным торможением; б —с дисковым тормозом; в —с барабанным тормозом на оси колесной пары; /—колесная пара;
2 — тормозная колодка; 3 — тормозной диск; 4 — тормозной барабан
Рис. 30. Рельсовый электромагнитный тормоз а —расположение на тележке: /—контур тележки; 2—колесные пары; 3—электромагниты; пружины;
5 — рельс; б —электромагнит с продольным намагничиванием; За — сердечник; 36 — катушкой; Де —полюсы; Да —тормозной башмак; в — электромагнит с поперечным намагничиванием
Рис. 29. Схема барабанного тормоза вагона РВЗ
/—двухступенчатый редуктор; 2— тяговый двигатель; 3 — тормозной барабан; 4 — тормозные колодки;
5 —карданный вал
В зависимости от расположения фрикционной детали различают системы: 1) диск или барабан расположены на оси колесной пары (вагоны трамвая) или оси колеса (троллейбус); 2) диск или барабан расположен на валу якоря двигателя, тормозной момент передается через редуктор (рис. 29). При расположении фрикционной детали на валу якоря величина QK в 4—5 раз меньше, чем нажатие колодки.
Рельсовое торможение.
Вагоны современных типов оборудованы рельсовым тормозом с электромагнитным приводом. Сущность рельсового торможения состоит в том, что подвешенные на пружинах к тележке или к раме кузова электромагниты свободно перемещаются в вертикальном направлении и притягиваются при возбуждении их обмотки током к рельсам (рис. 30, а). Сила притяжения зависит от конструкции башмака и величины его рабочей поверхности. Башмаки бывают двух типов: с продольным (схема б) и с поперечным (схема в) намагничиванием. Электромагнит первого типа состоит из ряда полюсов, расположенных вдоль рельса. Сила притяжения на один полюс составляет 3000—4000 н. Электромагнит второго типа состоит из двух полюсов большей длины, расположенных вдоль рельса. При такой конструкции обеспечивается нажатие башмака на рельс до 50 000 н на 1 м. Возникающая между башмаками электромагнитов и рельсами сила трения передается через направляющие башмаков на тележку или на раму и является тормозной силой.