19XVМеждународная научно-практическая конференция
Дульский Евгений Юрьевич Dulsky Evgeny Yuryevich
к. т. н, доцент кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство»
Candidate of Technical Sciences Associate Professor of the Department "Wagons and Wagon Economy"
Корсун Антон Александрович Korsun Anton Alexandrovich аспирант кафедры «Электроподвижной состав» Post-graduate student of the Department "Electric Rolling Stock"
Емельянов Денис Олегович Yemelyanov Denis Olegovich студент кафедры вагоны и вагонное хозяйство Student of the Department of Wagons and Wagon Economy Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск Irkutsk State University of Railway Transport, Irkutsk
СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗНЫМ НАЖАТИЕМ ПАССАЖИРСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
EXISTING METHODS OF CONTROLLING THE BRAKE PRESSURE OF PASSENGER ROLLING STOCK
Аннотация. Одним из основных факторов, обеспечивающих безопасность движения на ЖД транспорте, является безотказная и эффективная работа тормозных систем. С момента появления и введения в эксплуатацию первых тормозных систем, их конструкция, принципы и алгоритмы, заложенные в основу работы, претерпевали ряд изменений. Все эти изменения неуклонно направлены в сторону конструктивных улучшений, повышения надежности и эффективности использования тормозных систем, следствием чего является повышения уровня безопасности, а также положительная динамика экономической составляющей данного вопроса. В данной статье рассмотрены различные тормозные системы пассажирского подвижного состава, существующие на данный момент способы управления этими тормозными составами, в частности способы управления тормозным нажатием, а также представлены сравнительные характеристики различных воздухораспределителей, активно применяющихся на железных дорогах России и за рубежом. Приведены графические зависимости изменения параметров давления в тормозных цилиндрах от времени, при использовании разных воздухораспределителей. В результате чего выявлены характерные особенности каждой системы.
УДК 629.423
«Научные междисциплинарные исследования»
Annotation. One of the main factors that ensure traffic safety on railway transport is the trouble-free and efficient operation of brake systems. Since the appearance and commissioning of the first brake systems, their design, principles and algorithms laid down in the basis of work, have undergone a number of changes. All these changes are steadily directed towards constructive improvements, improving the reliability and efficiency of the use of brake systems, which results in an increase in the level of safety, as well as a positive dynamics of the economic component of this issue. This article discusses the various brake systems of passenger rolling stock, the currently existing methods of controlling these brake trains, in particular, the methods of controlling the brake pressure, and also presents comparative characteristics of various air distributors that are actively used on the railways of Russia and abroad. The graphic dependences of the change in the pressure parameters in the brake cylinders on time, when using different air distributors, are given. As a result, the characteristic features of each system are revealed.
Ключевые слова, воздухораспределитель, тормозная магистраль, запасный резервуар, чугунная колодка, ступенчатый отпуск, экстренное торможение, тормозной цилиндр, коэффициент сцепления, электропневматические тормоза, пневматические тормоза, коэффициент трения.
Keywords: air distributor, brake line, spare tank, cast iron pad, step release, emergency braking, brake cylinder, clutch coefficient, electropneumatic brakes, pneumatic brakes, friction coefficient.
На сегодняшний день на сети железных дорог компании ОАО РЖД остро стоит вопрос повышения участковой скорости движения поездов, которая напрямую зависит от тормозной эффективности подвижного состава. Более подробно взаимосвязь участковой скорости и тормозной эффективности рассмотрена в [1]. Различные методы и средства повышения эффективности работы тормозной системы приведены в [2, 3, 4, 5]. Анализ влияния различных факторов на динамику изменения коэффициента трения колодки о колесо и в целом на безотказность работы тормозной системы [6, 7].
На пассажирских вагонах нашей страны в настоящее время активно используется две модели пассажирских воздухораспределителей: воздухораспределитель усл. №292 и стремительно приходящий ему на смену воздухораспределитель усл. №242.
XVМеждународная научно-практическая конференция
Эти устройства различны по конструкции, но практически аналогичны по
принципу работы. Оба устройства работают на разности давлений в тормозной магистрали (ТМ) и запасном резервуаре (ЗР). Оба обеспечивают дополнительную разрядку тормозной магистрали при торможении: 292-й разряжает ТМ в специальную закрытую камеру (камеру дополнительной разрядки), объемом 1 литр, а 242-й — непосредственно в атмосферу. Оба прибора оснащены ускорителем экстренного торможения. И тот и другой прибор не имеют ступенчатого отпуска — они производят отпуск сразу при завышении давления в ТМ над давлением в ЗР, установившемся там после последнего торможения.
Также на пассажирских вагонах используется
электровоздухораспределитель усл. №305 совместно с ВР 242 или ВР 292, который привносит электрическое управление тормозами, и рабочую камеру с пневматическим реле, обеспечивающие возможность производить ступенчатый отпуск.
В таблице 1 представлена сравнительная характеристика этих воздухораспределителей [8].
Таблица 1 - Сравнительная характеристика воздухораспределителей
усл. №242, усл. №292 и усл. №305
Наименование параметра усл. №242 усл. №292 усл. №305
Диапазон рабочих зарядных давлений, кгс/см2 4,5-5,2 4,5-5,6 4,5-5,5
Время наполнения тормозного цилиндра до 3,0 - 3,5 кгс/см2 при экстренном торможении, с «К» 5-7 «Д» 12-16 «К» 5 — 7 «Д» 12 — 16 2,5 — 3,5
Время отпуска после экстренного торможения, с «К» 9 — 12 «Д» 19 — 24 «К» 9 — 12 «Д» 19 — 24 3,5 - 4.5
Скорость тормозной волны при экстренном торможении, м/с 250 190 мгновенно
На рисунке 1 представлено изменение скорости наполнения тормозного цилиндра в пассажирском поезде с воздухораспределителями № 292 при экстренном торможении.
Р,
кгс/см2
4,0 3,0 2,0 1,0
0
ТЦ1
/ ' \ У
/ ТЦ32
ю / / ТЦ2 0
/ 1 к * / /
5 10 15 20 25
Ъс
Рис. 1 - Изменения давлений в тормозных цилиндрах первого (ГЦ1) и последнего вагонов (ТЦ20 и ТЦ32) в пассажирском поезде с воздухораспределителями № 292 при экстренном торможении
Помимо этого, существует воздухораспределитель KES, являющийся прибором европейского типа, имеющий режим ступенчатого отпуска, использующийся на пассажирских вагонах международного сообщения.
Максимальная допустимая скорость следования вагонов с воздухораспределителями KES — 140 км/ч.
Двухступенчатое нажатие чугунных колодок, достигается изменением давления в тормозных цилиндрах в зависимости от скорости движения. Переключения осуществляются специальным регулятором центробежного типа, устанавливаемым на буксе одной из колесных пар и воздействующим на реле давления воздухораспределителя KEs, путем расхождения грузов в зависимости от скорости движения и воздействия центробежной силы, после чего полость реле давления сообщается с источником сжатого воздуха, либо с атмосферой. Такой режим действия тормоза целесообразен потому, что с ростом скорости начала торможения коэффициент трения чугунных колодок резко падает, в то время как коэффициент сцепления колес с рельсами изменяется в значительно меньшей степени. При тормозе KE-GPR на режиме R(ПС) в диапазоне высоких
XVМеждународная научно-практическая конференция скоростей давление в тормозных цилиндрах автоматически устанавливается
выше, чем при низких скоростях, с целью получения большей тормозной силы.
При уменьшении скорости в процессе торможения до определенной величины
давление воздуха в цилиндрах автоматически снижается до меньшего значения
(в отношении 1 : 1,7 или 1 : 2,2).
В связи с более низкими величинами коэффициента сцепления на наших дорогах по сравнению с европейскими, достигаемые тормозные пути при экстренном торможении составляют не более 1000 м на площадке и 1200 м на уклонах до 0,006 со скоростей 140 км/ч на режиме ПС и 120 км/ч на режиме П. Соответственно расчетное нажатие на ось этих вагонов для наших условий эксплуатации принято 15 т на режиме ПС и 10 т на режиме П. Включают режимы и используют в зависимости от предстоящей скорости движения.
Величины скоростей, при которых на режиме ПС предусмотрено автоматическое переключение с низкого давления в цилиндрах на высокое в процессе разгона, составляют примерно 100 км/ч, а обратный переход давлений при уменьшении скорости происходит 90 км/ч.
Характеристики воздухораспределителя - КЕБ:
- скорость распространения тормозной волны при экстренных торможениях около 270 м/с;
- время наполнения тормозного цилиндра до 95 % от максимального давления при экстренном торможении 3—5 с;
- время отпуска после экстренного торможения 15-18 с.
- время отпуска тормозов в пассажирском поезде длиной 60 осей после полного служебного торможения составляет 20-23с.
- чувствительность - при темпе снижения давления в магистрали отдельно взятого вагона 0,6 кгс/см2 за 6 с воздухораспределитель срабатывает через 0,40,5 с4.
На рисунке 2 и 3 представлено изменение давления тормозных цилиндров в пассажирском поезде с воздухораспределителями KES в зависимости от времени и от давления в магистрали при экстренном торможении.
Рис. 2 - Изменение давления в тормозных цилиндрах с воздухораспределителем KES от времени
Рис. 3 - Изменение давления в тормозных цилиндрах с воздухораспределителем KES в зависимости от давления в магистрали
1(сплошная линия) — скорость более 110 км/ч; 2(пунктирная линия) — скорость менее 110 км/ч и на пассажирском режиме
Заключение. Среди рассмотренных в данной статье воздухораспределителей, особое внимание стоит обратить на воздухораспределитель европейского типа KEs. Его конструктивные особенности и принцип работы позволяют учесть изменение коэффициента трения в зависимости от скорости движения подвижного состава, а следовательно, уменьшают вероятность образования ползунов на поверхности катания колес и увеличивают тормозную эффективность. Однако воздухораспределитель KEs не в полной мере учитывает изменение
XVМеждународная научно-практическая конференция коэффициента трения в процессе торможения, поскольку реализует всего лишь
одну ступень торможения. Достаточно простой принцип работы данного
устройства обуславливается тем, что воздухораспределитель был разработан
еще в СССР, при недостаточном развитии материально-технической базы, в том
числе микропроцессорной техники. На сегодняшний день развитие электроники
позволяет наиболее точно управлять процессами торможения. В связи с этим
имеет место разработка новых устройств, позволяющих учитывать динамику
изменения коэффициента трения в процессе торможения, в основе которых
будет лежать алгоритм работы, использованный в воздухораспределитях типа
КЕБ.
Библиографический список:
1. Иванов П. Ю. Теоретические исследования особенностей моделирования процесса фрикционного торможения поездов / П. Ю. Иванов, Е. Ю. Дульский, А. А. Хамнаева, А. А. Корсун // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. -№ 4 (68). - С. 150-158. - Б01: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).150-158.
2. Сравнительный анализ тормозных систем подвижного состава с однотрубным и двухтрубным питанием, / Иванов П.Ю., Дульский Е.Ю., Хамнаева А.А., Корсун А.А., Трескин С.В// Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2020. № 3 (79). С. 35-42.
3. Иванов П.Ю. Снижение энергопотребления электровоза при управлении пневматическими тормозами грузового поезда. / Иванов П.Ю., Хамнаева А.А., Худоногов А.М.// Разработка и эксплуатация электротехнических комплексов и систем энергетики и наземного транспорта : сборник материалов третьей международной научно-практической конференции. 2018. С. 143-151.
4. Повышение эффективности работы тормозной системы пассажирских поездов. / Иванов П.Ю., Романовский А.И., Хамнаева А.А., Корсун А.А., Борутенко А.С.// Транспорт: наука, техника, управление. Научный информационный сборник. 2020. № 3. С. 39-43.
«Научные междисциплинарные исследования»
5. Исследование работы стабилизатора крана машиниста усл. № 395. / Иванов П.Ю., Мануилов Н.И., Дульский Е.Ю., Худаногов А.М. // Инновационные проекты и технологии машиностроительных производств: сборник материалов второй всероссийской научно-технической конференции. Омский государственный университет путей сообщения. 2017. С. 62-69.
6. Исследование температуры тормозных колодок с разной степенью износа в процессе фрикционного торможения. / Иванов П.Ю., Худоногов А.М., Дульский Е.Ю., Корсун А.А., Трескин С.В. // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2020. № 3 (47). С. 27-34.
7. Мануилов Н.И. Анализ влияния человеческого фактора на безотказную работу тормозного оборудования / Мануилов Н.И., Иванов П.Ю., Дульский Е.Ю// Наука вчера, сегодня, завтра. 2016. № 12-2 (34). С. 48-57.
8. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава: Справочник / В.И. Крылов, В.В. Крылов, В.Н. Ефремов, П.Т. Демушкин - М.: Транспорт, 1989 - 487 с.: ил., табл. - Библиогр.: с. 487.
