11.7. Гальма рухомого складу: класифікація та принцип дії

Гальма — це комплекс пристроїв у поїзді, призначених для штучного збільшення опору руху поїзда шляхом створення гальмових сил для зменшення його швидкості або зупинки. Енергія рухомого поїзда при гальмуванні перетворюється в теплову і розсіюється в навколишньому середовищі.

Гальмування буває службове і екстрене. Службове гальмування — це гальмування ступенями визначеної величини для плавного зниження швидкості чи зупинки поїзда у заздалегідь передбаченому місці, коли тиск в гальмових приладах забезпечує половину максимальної гальмової сили. Екстрене гальмування застосовується для термінової зупинки поїзда шляхом екстреної розрядки магістралі та реалізації максимальної гальмо­вої сили.

Гальмова путь — це відстань, яку проходить поїзд від початку гальму­вання з моменту переводу ручки крана машиніста в гальмове положення до повної зупинки. Гальмові путі розрізняються залежно від виду гальму­вання (службове, повне службове та екстрене). Чим ефективніші гальма, тим коротша гальмова путь.

Гальмова сила залежить від сили тиску гальмових колодок і коефіці­єнту тертя колодок до ободів коліс. Ця сила не повинна бути більшою си­ли зчіплювання коліс з рейками, інакше колеса не будуть крутитись, а повзти на рейках, внаслідок чого виникають на поверхні кочення коліс повзуни.

Залежно від приводів гальма бувають:

• пневматичні, які управляються і приводяться в дію за допомогою стисненого повітря, — найбільш поширені на залізницях;

• електропневматичні — це пневматичні гальма з електричним приво­дом, вони більш швидкодіючі, ніж пневматичні;

• електричні — гальмову сили створюють тягові електродвигуни, які працюють при гальмуванні в режимі генераторів і цим гальмують рух ведучих колісних пар;

• електромагнітні — гальма, в яких використовуються електромагніти, які діють на рейки і створюють гальмову силу; ця сила не залежить від зчеплення коліс з рейками;

• ручні з гвинтовим механічним приводом; ними обладнуються всі ло­комотиви, моторвагонний і спеціальний самохідний рухомий склад, пасажирські вагони, а також вантажні, які мають гальмові (перехідні) площадки; використовуються для утримання поїзда на підйомі за не­справності автоматичних гальм.

Пневматичні, електропневматичні гальма є автоматичними і забезпе­чують можливість застосування різних режимів гальмування, керованість і плавність гальмування, а також зупинку поїзда після розриву гальмової магістралі чи включення стоп-крана.

Залежно від місця прикладання гальмових сил, гальма бувають:

• колодочні (найбільш поширені), в яких гальмування виконується шляхом притискання гальмових колодок до поверхні кочення колеса;

• дискові (застосовуються рідко), в яких гальмування здійснюється шляхом притискання гальмових накладок до спеціальних дисків, надітих на осі колісних пар.

Гальмове обладнання локомотивів

Пневматичне гальмове обладнання локомотивів склада­ється з:

• компресорів — машин, які створюють (стискують) і нагнітають стис­нуте повітря в головний резервуар ((7,3-8,8) х 10⁵ Па);

• головного резервуара з регулятором тиску, який за тиску понад 8,8 х 10⁵ Па відключає компресор;

• крана машиніста, яким управляються гальма поїзда;

• крана допоміжного гальма, яким управляються гальма тільки локо­мотива;

• магістралі живлення (від головного резервуара до крана машиніста або крана допоміжного гальма);

• гальмової магістралі (від крана машиніста на локомотиві до вагонів поїзда);

• магістралі повітропроводу допоміжного гальма (від крана до­поміжного гальма до гальмових циліндрів локомотива);

• арматури управління (манометри, повітроохолоджувачі, реле тиску, запобіжне реле тощо);

• приладів гальмування (гальмові циліндри);

• важільної передачі — системи важелів, башмаків з колодками, які з'єднуються тягами.

Пасажирські локомотиви, як правило, обладнують електромагнітним гальмом. Додатково до пневматичних гальмових приладів установ­люється спеціальне джерело електричного струму, яким управляється це гальмо. Крани машиніста обладнуються електричним контролером і бло­ком управління, до якого входять реле, резистори, випрямний міст, панель виводів і вимірювальні прилади.

Пневматичне гальмове обладнання вантажного вагона складається з:

• гальмової магістралі з кінцевими кранами, з'єднувальними рукавами і стоп-кранами (якщо є перехідна площадка), призначеної для пере­дачі стисненого повітря в поїзді;

• роз'єднувального крана, яким відключається гальмова система ваго­на від гальмової магістралі поїзда;

• повітророзподільника, до якого підводяться три труби: від гальмової магістралі, від запасного резервуара і від гальмового циліндра; при­значений для автоматичного розподілу стисненого повітря між запа­сним резервуаром і гальмовим циліндром;

• запасного резервуара, призначеного для накопичення і зберігання стисненого повітря;

• гальмового циліндра, призначеного для передачі тиску стиснутого повітря через поршень циліндра, систему тяг і важелів на гальмові ко­лодки;

• авторежиму — спеціального приладу, який розташовується між повітророзподільником і гальмовим циліндром, призначеного для ав­томатичного регулювання тиску в гальмовому циліндрі в залежності від навантаження вагона;

• важільної передачі (важелів, тяг, башмаків з колодками).

Для приведення в дію гальм тиск в гальмовій магістралі за допомогою крана машиніста зменшується, при цьому магістральна частина повітро-розподілювача спрацьовує і приводить у дію його головну частину, яка з'єднує запасний резервуар через авторежим з гальмовими циліндрами. Тиск у циліндрах установлюється автоматично авторежимом залежно від навантаження вагона. Коли гальма відпускаються, повітророзрядник з'єднує гальмовий циліндр з атмосферою, а гальмову магістраль — із запа­сним резервуаром. Поршень циліндра і важільна передача за допомогою пружини повертається у вихідне положення.

Системи пневматичних гальм і управління ними

Залежно від типу повітророзподільника і крана машиніста, пневма­тичні гальма бувають:

• прямодіючі неавтоматичні, в яких при гальмуванні стисне­не повітря із головного резервуара надходить безпосередньо в галь­мові циліндри (тому називаються прямодіючими) і у випадку пошко­дження повітропроводу (падіння тиску) рухомий склад не гальму­ється (тому називаються неавтоматичними). Такі гальма застосову­ються переважно на локомотивах;

• непрямодіючі автоматичні , які в своїй системі крім голо­вного резервуара і гальмових циліндрів мають повітророзподільники і запасні резервуари, куди з гальмової магістралі надходить стиснене повітря (тому називаються непрямодіючими), при пошкодженні галь­мової магістралі і падінні тиску в гальмовій магістралі, після відповідного спрацювання повітророзподільника, рухомий склад автоматично загальмовується (тому називаються автоматичними). Такі гальма застосовуються переважно в пасажирських поїздах;

- прямодіючі автоматичні , які від непрямодіючих автома­тичних відрізняються тільки особливою будовою крана машиніста і повітророзподільників, які забезпечують поповнення стисненого повітря під час гальмування і, таким чином, підтримують постійний тиск в них. Кран машиніста 3 при поїзному положенні підтримує необхідний тиск повітря в гальмовій магістралі і запасних резервуарах.

Двигуни постійного струму, в тому числі і тягові, мають властивість зворотної роботи, тобто можуть працювати як генератори. При цьому кінетична і потенціальна енергія поїзда перетворюється в електричну. Одержана енергія переходить в теплову в резисторах або повертається в контактну мережу. В залежності від цього відбуваються три види елект­ричного гальмування: реостатне, рекуперативне і змішане.

За реостатного гальмування тягові двигуни відключають від контакт­ної мережі і включають на гальмові резистори. Перевагою цього способу гальмування є незалежність гальмового процесу від наявності напруги в контактній мережі. Застосовуються дві системи реостатного гальмування: з самозбудженням двигунів і з незалежним збудженням. У першому випад­ку обмотки збудження двигунів з'єднані послідовно з обмотками їх якорів. Щоб здійснити перехід з тягового режиму в гальмовий, реверсором міня­ють місцями початок і кінець обмоток збудження. В двигунах виробляється електричний струм. Проте самозбудження протікає повільно і потрібний певний час для створення необхідної гальмової сили. Щоб прискорити са­мозбудження в обмотки подається додаткова напруга. Реостатне гальму­вання з незалежним збудженням дозволяє регулювати гальмування у відповідності зі зміною напруги незалежного джерела додаткової напруги.

В електровозах змінного струму реостатне гальмування здійснюється за такими ж принципами, як і на електровозах постійного струму. На еле­ктровозах ВЛ80^Т і ВЛ80' застосовують схему реостатного гальмування з незалежним збудженням тягових двигунів.

За рекуперативного гальмування енергія, що рекуперується електро­возом, може споживатися електровозами, які працюють на одній ділянці в тяговому режимі. Якщо таких електровозів немає або необхідна їм енергія менше тієї, що рекуперується, то збиткова енергія через спеціальні інвертори, які установлюються на тягових підстанціях, направляється в енергосистему. Рекуперативне гальмування на електровозах змінного струму, на відміну від рекуперації на електровозах постійного струму, су­проводжується процесом інвертування, тобто перетворення генерованого тяговими двигунами постійного струму в змінний, бо в контактній мережі, куди він має подаватись, протікає змінний струм. Інвертування — це про­цес зворотний випрямленню. Виходячи з цього, випрямний пристрій на електровозах змінного струму, зібраний з тиристорів, що управляються, можна використовувати як інвертор.

Застосування рекуперації дає великий ефект. На окремих ділянках із крутими спусками може бути збережено до 20% тягової електроенергії, крім того, відпадає необхідність витрачати енергію для підгальмовування поїзда на спуску.

На електровозах і електропоїздах іноді застосовується змішане елект­ричне гальмування, яке поєднує реостатне і рекуперативне гальмування.

Порівняно з пневматично-механічним гальмуванням електричне сприяє зменшенню експлуатаційних витрат на заміну гальмових колодок і ремонт гальмової системи рухомого складу, автоматизації управління гальмовими процесами.

Разом з тим за електричного гальмування посилюється зосереджений силовий вплив локомотива і передніх вагонів поїзда на колію, що приводить до руйнування її на ділянках гальмування, а при перевищенні розрахунко­вих гальмових сил в голові поїзда може призвести до витиснення легковаго­вих вагонів. Деякі види електричного гальмування не можуть використову­ватись для екстренного гальмування. Його використовують переважно для плавного підгальмовування і регулювання швидкості руху поїзда на спусках.