4. Особенности пневматической части тормоза грузовых и пассажирских вагонов

В настоящее время весь подвижной состав оснащается комплексом разнообразных приборов и устройств, относящихся к пневматической части тормоза.

Приборы и устройства пневматического тормозного оборудования подвижного состава выполняют все основные рабочие функции по питанию тормозной системы сжатым воздухом, управлению ее действием и непосредственному осуществлению (совместно с силовыми механическими органами) процесса торможения.

Пневматические схемы тормозного оборудования подвижного состава различных типов имеют много общего. Принципиальное отличие схем пневматического тормозного оборудования локомотивов и вагонов заключается в том, что на тяговых единицах (кроме электропоездов) устанавливаются все приборы и устройства тормозного оборудования для питания, управления и торможения, а на вагонах – только приборы и устройства, осуществляющие торможение. К ним относятся: воздухораспределители (ВР), тормозные цилиндры (ТЦ), запасные резервуары (ЗР), авторежимы (АРЖ), противоюзные устройства (ПЮУ). Каждая подвижная единица также оснащается воздухопроводом тормозной магистрали (ТМ) и арматурой в виде кранов и клапанов.

На рис. 4.1 представлена схема пневматического тормозного оборудования грузового вагона, а на рис. 4.2 – пассажирского вагона.

Рис. 4.1. Схема пневматического тормозного оборудования грузового вагона

На рис. 4.1 цифрами обозначено: 1 – соединительные рукава, 2 – тройник-кронштейн тормозной магистрали, 3 – концевые краны, 4 – запасной резервуар, 5 – разобщительный кран, 6,7,8 – воздухораспределитель № 483 (двухкамерный рабочий резервуар 7 с главной 8 и магистральной 6 частями), 9 – авторежим, 10 – тормозной цилиндр.

Двухкамерный резервуар 7 укреплен на раме вагона и отводами соединен с ТМ, ЗР и АРЖ. Разобщительный кран 5 позволяет в случае излома отвода отключить не только ВР от ТМ, но и неисправный отвод. При этом ВР сообщается с атмосферой, что исключает возможность его самопроизвольного срабатывания на торможение.

Рис. 4.2. Схема пневматического тормозного оборудования пассажирского вагона

На рис. 4.2 цифрами обозначено: 1 – соединительные рукава, 2 – концевые краны, 3 – концевые клеммные коробки, 4 – стоп-краны, 5 – средняя клеммная коробка, 6 – проводка, 7 – изолированные подвески рукавов, 8 – кронштейн-тройник, 9 – отвод, 10 – разобщительный кран, 11 – рабочая камера ВР, 12 – электровоздухораспределитель, 13 – пневматический воздухораспределитель, 14 – тормозной цилиндр, 15 – выпускной клапан, 16 – запасный резервуар.

5. Механическая часть тормоза

Для передачи усилия от тормозного цилиндра к тормозным колодкам используется механическая система рычагов, тяг и т.п., от состояния которой во многом зависит работа тормоза вагона, а значит, и обеспечение безопасности движения.

Механическая часть тормоза объединяет тормозную рычажную передачу, автоматический регулятор тормозной рычажной передачи и фрикционные элементы тормоза (тормозные колодки и накладки). Тормозная рычажная передача представляет собою систему рычагов и их затяжек, тяг, триангелей (грузовые вагоны) или траверс (пассажирские вагоны), передающих на фрикционные элементы тормоза усилие, развиваемое поршнем тормозного цилиндра или приводом ручного тормоза, с заданным увеличением и некоторой потерей этого усилия из-за трения в шарнирных соединениях тормозной рычажной передачи.

В настоящее время к механической части тормоза предъявляется целый комплекс требований, в том числе такие как:

- рычажная передача должна обеспечивать равномерное распределение усилий по всем тормозным колодкам или накладкам;

- величина усилия практически не должна зависеть от углов наклона вертикальных и горизонтальных рычагов, выхода штока поршня тормозного цилиндра и износа тормозных колодок или накладок в пределах установленных эксплуатационных нормативов;

- при отпущенном тормозе тормозные колодки должны равномерно отходить от поверхности катания колеса;

- рычажная передача должна быть оснащена автоматическим регулятором, поддерживающим зазор между тормозными колодками и поверхностью катания колес в заданных пределах независимо от их износа.

Схема тормозной рычажной передачи определяется типом подвижного состава и конструкцией ходовых частей. При этом такая передача выполняется с учетом реализации необходимого нажатия тормозных колодок на колесо. Величины такого нажатия тормозных колодок для разного типа подвижного состава приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Действительная сила нажатия К_д на тормозную колодку, кН

Тип вагона	Тип тормозной колодки
	чугунная	композиционная
Грузовой четырехосный на режиме воздухораспределителя: груженом среднем порожнем	38 23 13	24 15 8
Пассажирский ЦМВ с тарой, т: 42 – 47 48 – 52	16,5 18,5	7,4 8,8
53 – 65	23,8	10,7

Существующие грузовые вагоны с центральным рессорным подвешиванием, в основном, имеют тормозную рычажную передачу с односторонним нажатием тормозных колодок, а пассажирские и рефрижераторные вагоны с двухступенчатым рессорным подвешиванием (центральное и надбуксовое) – с двухсторонним нажатием.

Тормозная рычажная передача с односторонним нажатием тормозных колодок по сравнению с двухсторонним проста по конструкции, имеет меньшую массу и более высокий КПД. В то же время большее одностороннее нажатие тормозной колодки на колесо может привести к расстройству работы буксового узла, повышенному износу колодок и уменьшению коэффициента трения.

Схемы тормозной рычажной передачи колодочного тормоза для основных типов грузовых, рефрижераторных и пассажирских вагонов представлены на рис. 5.1 ÷ 5.4. Все основные типы грузовых вагонов: четырехосные полувагоны, крытые, платформы и цистерны, а также рефрижераторные и пассажирские вагоны оборудованы симметричной тормозной рычажной передачей, состоящей из двух кинематических цепей – головной и тыловой, размещенных снизу на раме кузова и тележках. Эти кинематические цепи передачи тормоза подключены к тормозному цилиндру, расположенному на раме кузова в средней части вагона. Объединяющим их элементом является затяжка горизонтальных рычагов тормозного цилиндра.

Рис. 5.1. Схема тормозной рычажной передачи четырехосного грузового вагона

На рис. 5.1 цифрами обозначено: 1 и 3 – триангели, 2 – мертвая точка, 4 – головная тяга, 5 – головной горизонтальный рычаг, 6 – шток тормозного цилиндра, 7 – тормозной цилиндр, 8 – тыловой горизонтальный рычаг, 9 – тыловая тяга, 10 – затяжка горизонтальных рычагов, 11 – распорка вертикальных рычагов.

Рис. 5.2. Схема тормозной рычажной передачи вагона бункерного типа для перевозки зерна, цемента

На рис. 5.2 цифрами обозначено: 1 – рычаг стояночного тормоза, 2 – рычаг тормозного цилиндра, 3 – автоматический регулятор тормозной рычажной передачи, 4 – тормозной цилиндр, 5 – затяжка рычага тормозного цилиндра, 6 – вертикальные рычаги промежуточного механизма, 7 – тормозная тяга к дальней тележке, 8 – вертикальный рычаг, 9 – серьга мертвой точки, 10 – распорка вертикальных рычагов, 11 – затяжка рычагов промежуточного механизма, 12 – тяга к ближней тележке, 13 – штурвал стояночного тормоза, 14 – ось червячной передачи, 15 – червячный сектор стояночного тормоза.

Рис. 5.3. Схема тормозной рычажной передачи полувагона бункерного типа для перевозки окатышей

На рис. 5.3 цифрами обозначено: 1 – затяжка рычага тормозного цилиндра, 2 – тормозной цилиндр, 3 – вертикальный рычаг тормозного цилиндра, 4 – привод автоматического регулятора тормозной рычажной передачи, 5 – тяга стояночного тормоза, 6 – червячный сектор стояночного тормоза, 7 – штурвал стояночного тормоза, 8 – автоматический регулятор тормозной рычажной передачи, 9 – тяга, 10 – затяжка рычагов промежуточного механизма, 11 – горизонтальный рычаг промежуточного механизма, 12 – тяга к дальней тележке, 13 – мертвая точка, 14 – распорка вертикальных рычагов, 15 – тяга к ближней тележке, 16 – вертикальный рычаг тележки.

Рис. 5.4. Схема тормозной рычажной передачи пассажирского и рефрижераторного вагонов

На рис. 5.4 цифрами обозначено: 1 – промежуточная тяга, 2 – вертикальный рычаг, 3 – затяжка вертикальных рычагов, 4 – балансир, 5 – тяга, 6 – рычаг стояночного тормоза, 7 – головная тяга, 8 – головной горизонтальный рычаг, 9 – шток тормозного цилиндра, 10 – тормозной цилиндр, 11 – тыловой горизонтальный рычаг, 12 – тыловая тяга, 13 – затяжка горизонтальных рычагов.

На специализированных грузовых вагонах из-за наличия бункеров и механизмов для их разгрузки в нижней части рамы кузова применяют несимметричные тормозные рычажные передачи с установкой тормозного цилиндра, воздухораспределителя и запасного резервуара сверху на одной из свободных консольных частей рамы вагона. Поэтому для подключения тормоза двухосных тележек к тормозному цилиндру в этих вагонах тормозная рычажная передача дополнительно содержит промежуточный рычажный механизм (см. рис. 5.2 и 5.3).

Подвешивание тормозных колодок у всех вагонов выполняется так, чтобы в отпущенном состоянии тормоза они отходили от поверхности катания колес под действием собственного веса и веса тормозной рычажной передачи.

Как в момент зарождения подвижного состава, так и в настоящее время тормозная сила создается за счет силы трения при прижатии тормозных колодок к поверхности катания колеса. В этой связи, при создании этой силы трения между ними важным фактором является материал тормозных колодок. Первые тормозные колодки делались из дерева, а именно из осины, т.к. эта порода дерева лучше других держит влагу и, соответственно, не загорается при трении о колесо.

В фрикционном колодочном тормозе в настоящее время применяются, в основном, чугунные стандартные (на пассажирских вагонах при скоростях движения до 120 км/ч), чугунные с повышенным содержанием фосфора (на электропоездах) и композиционные (на грузовых вагонах) тормозные колодки.

Несмотря на специфические особенности механических частей тормозной системы, все они имеют общие отличительные признаки, к которым относятся:

- передаточное число тормозной рычажной передачи n;

- КПД тормозной рычажной передачи _трп;

- выход штока поршня тормозного цилиндра L_шт.

Отношение теоретической (без учета потерь в шарнирных соединениях) суммы сил нажатия К_т тормозных колодок, приводимых в действие от одного тормозного цилиндра, к усилию, развиваемому на его штоке Р_шт, называется передаточным числом или передаточным отношением тормозной рычажной передачи:

где m – количество тормозных колодок, приводимых в действие от одного тормозного цилиндра.

Таким образом «n» показывает, во сколько раз с помощью рычажного механизма тормоза увеличивается сила, развиваемая поршнем тормозного цилиндра при передаче на фрикционные узлы (тормозные колодки). В мировой железнодорожной практике принимается «n» в пределах 6 ÷ 12 с учетом возможности обеспечения нормальных зазоров 5 ÷ 10 мм между тормозной колодкой и колесом при отпущенном состоянии тормоза и обычно допустимых величинах выхода штока поршня тормозного цилиндра 75 ÷ 150 мм.

Важным фактором обеспечения безопасности движения является наличие на вагонах стояночного тормоза (рис. 5.5), который приводится в действие руками человека на стоянке. При этом принцип работы стояночного тормоза заключается в том, что при вращении штурвала, как правило, через червячную передачу усилие передается на тягу, с помощью которой шток тормозного цилиндра вытаскивается, преодолевая усилие возвратной пружины. А при выходе штока тормозного цилиндра через имеющуюся рычажную передачу колодки прижимаются к колесам.

Рис. 5.5. Ручной стояночный тормоз

На рис. 5.5 цифрами обозначено: 1 – штурвал, 2 – привод стояночного тормоза, 3 – нерабочее положение стояночного тормоза, 4 – червячный сектор, 5 – тяга стояночного тормоза.