Конспект_лекцій_гальма

•значно менші експлуатаційні витрати на утримання.

Однак до останнього часу постійні магніти поступалися електромагнітам у зусиллі притягання. Зараз певних успіхів досягнуто в технологіях виготовлення так званих надпотужних магнітів, наприклад зі сплаву Nd-Fe-B (неодім-залізо-бор), тому МРГ дедалі стають все більш актуальними.

Як і ЕМРГ, так і фрикційне гальмо на постійних магнітах мають однаковий принцип дії та класифікацію щодо висоти підвішування башмака у неробочому стані. Силові блоки МРГ, подібно до ЕМРГ, можуть бути виготовлені таким чином, що будуть створювати відносно рейок або поздовжні, або поперечні магнітні потоки. Конструкційну схему башмака МРГ із поздовжнім магнітним потоком зображено на рисунку 15.8.

Рис. 15.8 Башмак МРГ з подовжнім магнітним потоком.

1 – рейка; 2 – корпус; 3 – діамагнітні прокладки; 4 – магніти; 5 – вставки.

Під дією зусилля спеціального пневмоциліндра через важіль 6 силовий блок (тобто склеєні між собою магніти 4 та вставки 5) переміщується в поздовжньому напрямку на певну відстань відносно розташованої знизу фрикційної діамагнітної накладки, що має вкладиші з магніто-м'якої електротехнічної сталі (АРМКО-залізо). При цьому постійні магніти або вмикаються, або вимикаються. В увімкненому стані магніти силового блока суміщаються з вкладишами і магнітний потік, який замикається через рейку, створює зусилля притягання башмака до рейки внаслідок чого (за рахунок тертя) з'являється гальмова сила.

а) елементи конструкції б) вимкнено в) увімкнено

Рис. 15.9 Перетин гальмового блока МРГ фірми Oerlikon-Knorr (1 - башмак; 2 - опора сердечника; 3 - сердечник; 4 - термоелемент)

Гальмовий блок МРГ, яке розроблено фірмою Oerlikon-Knorr Eisenbahntechnik (Німеччина), схематично показано на рисунку 15.9. Це МРГ має сердечник 3 постійного магніту, що встановлений у спеціальній опорі 2. Взимку для розтоплення льоду ці МРГ підігріваються. Термоелемент 4 системи електропідігріву знаходиться

61

в опорі магніту. Для вмикання або вимикання сердечник 3 повертається за допомогою гідравлічного привода на 90 градусів відносно власної осі магніту, яка орієнтована уздовж рейки. В увімкненому стані цього МРГ магнітний потік замикається поперек головки рейки.

Вагони поїзда DD-IRM, що експлуатується на залізницях Нідерландів (NS) на швидкостях до 160 км/год, обладнано МРГ. Тут використовується висока підвіска башмаків – при нових колесах зазор між башмаком та рейкою становить 100 мм. Гальмо на постійних магнітах фірми SAB WABCO Tebel Technologies (Швеція) складається із двох гальмових блоків, направляючої рами з приводними пневмоциліндрами та блока управління. В кожному гальмовому блоці містяться 14 магнітів Nd-Fe-B. Поперечний перетин гальмового блока показано на рисунку 15.10.

Рис. 15.10. Гальмовий блок МРГ фірми SAB WABKO (Швеція)

У відпущеному стані циліндри привода утримують магніти у верхній частині корпусу гальмового блока, тому магнітний потік замикається власне через цей блок. Для гальмування пневмоциліндрами постійні магніти переміщуються із верхнього положення у нижнє, внаслідок чого магнітний потік замикається через рейку, чим утворюється гальмова сила. Найбільший тиск повітря, що потрібен для переведення гальмового блока як у робоче, так і у неробоче положення, становить 5 кГ/см2. МРГ фірми SAB WABCO підвищує гальмову ефективність тривагонного поїзда типу DD-

IRM на 32 %.

У теперішній час МРГ облаштовуються електровози декількох типів на залізницях Швейцарії (SBB). Зазначений МРГ має башмаки довжиною 1400 мм, які створюють зусилля притягання до рейок 140 кН кожен. Окрім Нідерландів та Швейцарії, МРГ також застосовується на рухомому складі, що експлуатується на гірських ділянках залізниць Франції (SCNF).

Лінійні вихрострумові гальма.

Останніми із гальм, дія яких не залежить від зчеплення коліс рухомого складу з рейками, розглянемо лінійні вихрострумові гальма (ЛВГ). Принцип дії такого гальма було розроблено французьким фізиком Фуко (Foucault) ще в середині XIX ст. Вихрострумове гальмо вперше було запатентоване у США в 1892 р. Через п'ять років у Німеччині було видано другий подібний патент, але протягом наступних сімдесяти років ЛВГ не викликали практичного інтересу. Лише на початку 60-х років XX ст. у Японії при створенні поїзда для швидкісної лінії Токай-до почалися

62

дослідження ЛВТ. У Франції в 1969 р. при розробці швидкісного поїзда TGV (фр. Trains Grande Vitesse – Високошвидкісний поїзд) ЛВГ досліджувалося за участі компанії Knorr-Bremse AG (Німеччина).

ЛВГ складається з ярма та значної кількості полюсних сердечників. Принцип дії такого гальма показано на рисунку 15.11.

а) на стоянці (V=0) б) під час руху (V≠0) в) башмак ЛВГ Рис. 15.11. Принцип дії ЛВГ (1 – полюсний сердечник; 2 – соленоїд)

Більш детально конструкцію башмака ЛВГ зображено на рисунку 15.12.

Рис. 15.12. Башмак лінійного струмовихрового гальма 1 – кінцевий полюс; 2 – полюс; 3 – прокладка; 4 – соленоїд; 5 – ярмо; 6 –

упори; 7 – діамагнітна кришка; 8 – діамагнітна прокладка.

За допомогою соленоїдів створюється магнітне збудження, в результаті якого утворюються протилежні магнітні полюси N та S (див. рис. 15.11). На стоянці (F=0) магнітне поле має симетричну конфігурацію та створює вертикальне зусилля F(v=o) притягання. Під час руху (V≠0) магнітне поле стає нестаціонарним. Згідно із законом електромагнітної індукції виникає електрорушійна сила індукції (е.р.с.)

E=-dФ/dt. Під дією е.р.с. утворюється вихровий струм, магнітне поле якого має протилежний напрямок по відношенню до основного магнітного поля гальмової системи. Це призводить до послаблення поля у тій половині полюсних сердечників, які розташовані за напрямком руху, та до відповідного посилення поля у сердечниках, що знаходяться з протилежної сторони (проти напрямку руху). В результаті зусилля притягання F(v) відхиляється від вертикалі, тому виникає горизонтальна його складова, яка направлена назустріч руху одиниці рухомого складу. Ця горизонтальна складова FB і є гальмовою силою ЛВГ.

Формули для розрахунку параметрів ЛВГ достатньо складні. Тому нижче наведено спрощені відповідні залежності, які, однак, дозволяють з'ясувати зв'язок

63

між швидкістю руху одиниці рухомого складу, параметрами магнітного поля та гальмовою силою ЛВГ.

Частота f (Гц) струму Фуко, що протікає по рейках під час гальмування засобами ЛВГ, розраховується за формулою:

Значення частоти струму Фуко ЛВГ повинно значно відрізнятися від частот, які використовуються у системах рейкової сигналізації аби унеможливити помилкову інтерпретацію сигналів.

Гальмова сила ЛВГ обчислюється за формулою:

швидкість, це швидкість, для якої досягається найбільша гальмова сила ЛВГ).

Для створення магнітного поля та підтримування його напруженості на належному рівні потрібна доволі значна намагнічуюча сила та відповідна енергія. В ЕМРГ ця енергія перетворюється у теплову, яка нагріває соленоїди. Механічна енергія, яка утворюється при гальмуванні засобами ЛВГ, дорівнює тепловим втратам струмів Фуко, що нагрівають рейки:

ST (відповідно до закону збереження енергії), дорівнює тепловій енергії, що утвориться у рейках на зазначеній їх довжині [64]. Підвищення температури рейки визначається за величиною гальмової сили ЛВГ залежно від погонної маси рейки тк та питомої теплоємності її матеріалу ск. Відповідні чисельні значення, наприклад, для рейок марки UIC 60 такі: mк=60 кг/м, ск=462 Дж/(кг·К).

Звідси випливають вирази для розрахунків роботи ЛВГ

W = FB × ST = DT × cкmк ×ST

та підвищення температури рейок при ЛВГ

понад 160 км/год на території Німеччини, для забезпечення збереження існуючої відстані 1000 м між попереждувальними та основними колійними сигналами

64

повинні обладнуватися рейковими гальмами. Для прикладу, порівняльну характеристику ЕМРГ та ЛВГ фірми Knorr-Bremse, наведено у таблиці 6.1 [61].

На рисунку 15.13 наведено відносні (до погонного метра) гальмові сили ЛВГ поїздів ICE (англ. Inter City Express - Міжміський експрес) та ІСЕ-3 (Німеччина) при: величині робочого повітряного зазору між башмаком і рейкою 7 мм та температурі навколишнього повітря +20° С. Названі поїзди мають різні величини віднесеної до погонного метра потужності збудження: ICE – 8 кВт/м; ІСЕ-3 – 25 кВт/м

Рис. 15.13 Відносні гальмові сили ЛВГ поїздів ICE Переваги ЛВГ:

-значна гальмова сила на високих швидкостях руху (див. рис. 6.15);

-відсутність зношуваних елементів (гальмо відноситься до безконтактних);

-просте і довільне (в заданих межах) регулювання гальмової сили;

-незалежність гальмової сили від стану поверхонь рейок (забруднення, крига).

Однак, застосування ЛВГ пов'язане із суттєвим нагріванням рейок під час гальмування. Для виключення шкідливого впливу ЛВГ на рейки встановлюють спеціальні безконтактні термометри (наприклад, що реєструють інфрачервоні промені). Якщо під час службового гальмування засобами ЛВГ поточна температура рейки досягає наперед заданої критичної межі, то додатковий пристрій автоматично вимикає ЛВГ. У разі екстреного гальмування вказаний пристрій не вимикає ЛВГ.

65

Лекція №16 Поздовжньо-динамічні зусилля в поїздах при гальмуванні.

Ще в 1879 р. під час перших випробувань гальм в Англії Гальтоном і Вестингаузом було виявлено, що в процесі гальмування на рухомий склад діють поздовжні зусилля у виді поштовхів, а іноді і небезпечних струсів суміжних вагонів із-за неодночасності початку дії гальм передніх і задніх вагонів.

Теоретичні методи дослідження, які дозволили виявити загальні закономірності процесів і виразити фізичну сутність процесів, показали, що поздовжні динамічні реакції, які виникають між вагонами в результаті стискання поїзда ростуть із збільшенням числа вагонів.

Перші кроки в розвитку теорії поздовжньої динаміки поїзда в Росії були зроблені Миколою Єгоровичем Жуковським.

Вивчення законів виникнення поздовжніх зусиль в поїзді при гальмуванні проводились і під час випробувань трьох систем гальм – Казанцева, Матросова і Карвацького – в 1930 році на Закавказькій дорозі з метою вибору кращого з них для обладнання вантажних вагонів. Величини реакцій визначались тоді не між вагонами, а по силі поштовхів, які вимірялись кульковими приладами в голові, середині і хвості поїзда. По кількості викинутих кульок із гнізд приладу які мали денця з різними кутами нахилу, розраховувались прискорення даної маси вагону, а звідси визначалась сила поштовху.

Професори В.А. Лазарян і Ф.В. Флоринський, розвиваючи теорію М.Є. Жуковського, розглядають поїзд, як пружній, або пружно-в’язкий стержень з вантажем на одному кінці замість локомотива. При цьому автори виходять з допущень, що гальмівна сила кожного вагону досягає своєї найбільшої величини миттєво, розповсюджуючись вздовж поїзда із швидкістю гальмівної хвилі.

Розрахунок зусиль, які виникають при гальмуванні, проводять на основі системи нелінійних диференціальних рівнянь другого порядку, які описують рух поїзда як системи дискретних мас, які мають між собою зв’язки із заданими характеристиками (маси локомотивів, вагонів; переміщення центрів мас локомотивів і вагонів відносно їх рівновісного положення; коефіцієнти пропорційності сили поглинаючих апаратів локомотивів та вагонів і вагонів між собою відповідно їх відносному переміщенню і швидкості цього переміщення; гальмівні сили локомотива і вагонів у виді функції швидкості і часу; додаткові сили від ухилу колії).

з'єднаного з ним першого вагона відповідно до їх відносному переміщенню й швидкості цього переміщення;

Si, Svi – те ж для двох зчеплених вагонів;

66

Пі(zi) – додаткова сила від ухилу колії.

Число рівнянь в системі дорівнює кількості локомотивів і вагонів в складі поїзда і їх вирішення проводиться численним методом з використанням ЕОМ.

При оцінці дії поздовжніх сил на рухомий склад важлива тривалість прикладення сили. По цьому показнику сили умовно розділяють на динамічні, які діють не більше 2 с, і квазистатичні, які діють 2 с і більше. Ударні зусилля діють дуже короткий час і при передачі на протилежний кінець вагону в значній мірі гасяться його масою.

Квазистатичні зусилля при їх значній величині можуть привести до сходу рухомого складу з рейок (особливо в кривих малого радіусу), а динамічні – до його руйнування.

Характерним режимом гальмування, який викликає квазистатичні сили є гальмування стиснутого поїзда локомотивним фрикційним гальмом, або електричним гальмом. В цьому випадку максимальна сила діє між першим вагоном і локомотивом, поступово убуваючи до хвостового вагону у відповідності з масою складу за автозчепом, який розглядається.

Під час росту гальмівної сили локомотива можуть виникати динамічні зусилля, величина яких залежить від темпу зміни діючої на склад сили, її величини, зазорів в автозчепах і їх розподілу в складі.

При найбільш несприятливих умовах динамічна сила може в 1,5 – 2 рази бути більше, ніж сила на автозчепі локомотива, а виникає вона, як правило, в останній третині складу поїзда.

Ударні зусилля в розтягнутому поїзді в 2,5 – 3 рази більше ніж зусилля в стиснутому при аналогічних умовах.

В 1953 р. ЦНДІ МШС сумісно з Дніпропетровським інститутом інженерів залізничного транспорту на чолі з професором В.А. Лазаряном проводились експериментальні визначення динамічних реакцій в поїзді при гальмуванні. Отримані результати підтвердили правильність теорії поздовжньої динаміки поїзда, але відмовитись від недешевого методу експериментальних досліджень недоцільно тому, що при теоретичних дослідженнях неможливо врахувати велику кількість факторів, які можуть змінюватись в процесі ведіння поїзда, а саме:

величина і розподіл по довжині поїзда зазорів в автозчепах; різниця тисків в гальмівних циліндрах і процесів їх зміни у окремих вагонів; величина скачка тиску в гальмівному циліндрі; характеристики і умови спрацювання поглинальних апаратів; неоднорідність складу поїзда;

особливості режимів гальмування локомотива і відключення тяги; профіль колії та інше.

Розглянемо індикаторні діаграми наповнення гальмівних циліндрів На рис. 16.1 зображені діаграми наповнення гальмівних циліндрів вагонів поїзда.

Для оцінки очікуємого рівня поздовжньо-динамічних зусиль при гальмуванні в різних складах поїздів можна визначити їх орієнтовну величину по спрощеній методиці, яку розробив проф. Б.Л. Карвацький. Згідно цієї методики величина сил, які діють на вагон, визначається як різниця гальмівних сил і сил інерції без врахування характеристик поглинальних апаратів, ударних дій та ін. Розвиток

67

гальмівної сили характеризується чотирма фазами у відповідності з діаграмою наповнення гальмівних циліндрів стиснутим повітрям у функції часу по довжині поїзда.

Рис. 16.1. Фази розвитку гальмівної сили

I фаза – з моменту повороту ручки крана машиніста в гальмівне положення. Повітророзподільники послідовно спрацьовують, починаючи з голови поїзда, і поїзд стискається. В той час, коли гальма останнього вагона тільки спрацювали, в головній частині поїзда тиск в гальмівних циліндрах сягнув максимальної величини на даний момент часу.

II фаза – тиск у гальмівних циліндрах всього поїзда зростає і поїзд залишається стиснутим.

III фаза – тиск у гальмівних циліндрах усього поїзда досягає максимальної величини. Раніше стиснуті поглинальні апарати автозчепів дають у цій фазі послідовну віддачу (в залежності від типу апарата та рівня сталих сил повну або часткову).

IV фаза – гальмування з максимальною силою. У цій фазі при рівномірному розподілові по поїзду питомої гальмівної сили ніяких реакцій в автозчепах не буде. При нерівномірному розподілі будуть виникати реакції стискання або розтягування.

З врахуванням допущень у формули вводяться емпіричні коефіцієнти, які забезпечують приближення розрахункових даних до експериментальних.

Для I – III фаз розрахункові формули мають вид

де А – емпіричний коефіцієнт; в I фазі, якій характерні максимальні зусилля, приймається для пасажирського поїзда рівним 0,5, для вантажного стиснутого 0,8 і

де ∑KPi – сума розрахункових сил гальмівного натискання поїзда від локомотива до i-го перетину;

68

МП – загальна маса поїзда;

МПi – маса поїзда від локомотива до i-го перетину.

В умовах експлуатації максимальна довжина поїзда перевіряється як по умовах обмеження поздовжніх сил, так і забезпеченню керованості поїзда. Для рівнинних профілів з крутизною спусків не більше 80/00 , де нема необхідності частих повторних гальмувань максимальна довжина завантаженого складу, живлення стиснутим повітрям якого здійснюється від одного крана машиніста складає 1200 м з чотирьохвісними вагонами і 1000 м – з восьмивісними. При більшій довжині необхідне додаткове живлення гальмівної магістралі (локомотив з хвоста). Управління гальмами в такому випадку відбувається з використанням пристроїв радіозв’зку з метою одночасності виконання операцій по управлінню гальмами. Завдяки цьому поздовжні зусилля, які виникають, не перевищують1000 кН при екстреному гальмуванні і 600 кН при службовому.

Встановлено, що плавність гальмування забезпечується при умові наповнення гальмівних циліндрів пасажирських поїздів за 5-7 с, а вантажних – 20-

28 с.

Лекція № 17

Випробування і перевірка гальм в поїздах з локомотивною тягою.

Встановлено два види випробування гальм – повне та скорочене. Крім того, для вантажних поїздів встановлена перевірка автогальм на станціях і перегонах.

При повному випробуванні перевіряють технічний стан гальмівного обладнання, цілісність та щільність гальмівної магістралі, дію гальм усіх вагонів, підраховують натиснення ручних гальм.

При скороченому випробуванні перевіряють стан гальмівної магістралі по дії гальм двох хвостових вагонів.

Повне випробування гальм виконується від стаціонарної компресорної установки чи локомотива, скорочене – тільки від локомотива.

Після повного випробування від стаціонарної установки з локомотива проводиться скорочене випробування з перевіркою щільності гальмівної магістралі.

По результатах повного випробування оглядач вагонів складає і видає машиністу довідку форми ВУ-45 про забезпечення поїзда гальмами та їх справну дію.

Повне випробування гальм.

Виконується:

- на станціях формування та обороту перед відправленням поїзда; -після зміни локомотива та в разі причеплення його при зміні напрямку

руху поїзда; -на станціях, які розділяють суміжні гарантійні дільниці прямування

вантажних поїздів, при технічному обслуговуванні состава без зміни локомотива; - на станціях, що знаходяться перед перегонами із затяжними спусками, де

зупинка поїзда передбачена графіком руху; перед затяжними спусками 18°/ оо та крутішими повне випробування проводиться від локомотиву з десятихвилинною витримкою у загальмованому стані. Перелік таких станцій визначає начальник

69

залізниці. При визначенні затяжних спусків належить керуватися наступними значеннями:

Затяжні спуски крутизною 18 %о і більше вважаються крутими затяжними. Повне випробування електропневматичних гальм (ЕПГ) виконується на

станціях формування та обороту пасажирських поїздів від стаціонарних пристроїв чи локомотива.

Перед повним випробуванням гальм необхідно провести зарядку ГМ, перевірити цілісність гальмівної магістралі і переконатися у вільному проходженні стисненого повітря по ній для чого, дотримуючись особистої безпеки, відкрити останній кінцевий кран хвостового вагона і після спрацювання прискорювачів екстреного гальмуванням повітророзподільників (пасажирські поїзди) або на 2- 4 с у поїздів із гальмами західноєвропейського типу закрити кінцевий кран. У вантажних поїздах кінцевий кран відкривають на 5-7 с. Перед проведенням цієї операції оглядач у хвостовій частині поїзда через оглядача головної частини або через парковий зв'язок повинен сповістити про це машиніста. Після цього машиніст локомотива зобов'язаний протягнути стрічку швидкостеміра і виконати ступінь гальмування зниженням тиску на 0,5- 0,6 кгс/см2 після чого через 5-7 с виконати відпуск і зарядку гальмівної мережі поїзда і повідомити про результати перевірки оглядача вагонів головної групи.

Після повної зарядки до встановленого тиску машиніст і оглядач вагонів зобов'язані перевірити щільність гальмівної магістралі.

У пасажирських поїздів перед випробуванням автоматичних гальм проводиться випробування ЕПГ.

При випробуванні автоматичних гальм зниження тиску у зрівнювальному резервуарі проводиться в один прийом на величину 0,5-0,6 кгс/см2 у пасажирських поїздах і 0,6-0,7 кгс/см2 – у вантажних. Після зниження тиску на вказані величини ручка крана машиніста переводиться в положення перекриші із живленням. Автогальма усіх вагонів в поїзді повинні прийти в дію і більше не відпускати до моменту їх відпуску краном машиніста.

Оглядачі не раніше ніж через 2 хвилини перевіряють стан і дію гальм у всьому поїзді і переконуються в їх нормальній дії по виходу штоків гальмівних циліндрів і притисненню колодок до поверхні кочення коліс.

Після цього проводиться відпуск гальм II положенням РКМ. Оглядачі перевіряють відпуск гальм по схову штока ГЦ і відходженню гальмівних колодок.

Всі виявлені при випробуванні несправності повинні бути усунені і дія гальм цих вагонів знову перевірена.

Під час гальмування вантажного поїзда машиніст знову перевіряє щільність гальмівної магістралі, яка не повинна відрізнятись від щільності у II положенні більше ніж на 10 % в сторону зменшення, а хвостовий оглядач заміряє величину виходу штока ГЦ хвостового вагона і його номер і заносить ці дані в довідку форми

70