Частные выводы по последовательности развития тормозов вагонов

3.6.1. Последовательность развития тормозов можно рассмотреть либо хронологически по мере появления тех или других конструкций, либо по степени их усложнения в зависимости от полноты исполнения тех функций, которые от них ожидаются.

Чаще всего используют первый путь, но он субъективен. Он зависит от надежности исторических материалов, их полноты, ответственности, честности и профессионализма регистраторов событий, а также от полноты сохранности сведений о них.

Второй путь, по нашему мнению, более верный, соответствует времени его появления, не нуждается в натянутых и трудно объяснимых гипотезах, кажется более естественным и, как сегодня говорят, научным. Он основан на логике событий, своевременности и возможности в данный исторический период появления и использования на практике того или иного предложения. Это позволяет даже при отсутствии некоторых исторических подтверждений имевшегося в реальности решения, выстроить логически обоснованный исторический путь развития в единственно правильном направлении. Такой подход мы выбрали за основной и все наши дальнейшие построения и выводы были основаны на нем. В значительной степени этому способствовал разработанный нами метод табличного классификационного конструирования (см. пп. 3.2.17, 3.3.12, 3.4.7 и 3.5.2).

3.6.2. Мы в своем исследовании старались максимально не подпасть под влияние и давление общепризнанных законов (исторических, социальных, физических, технических и др.). Как было показано выше, приоритетным для нас были законы логики и дедукции. Они, как известно, требуют при любом исследовании выделять объект изучения, среду обитания, мотивацию поведения, функции, степень их выполнимости, а также практические действия и решения. Затем скрупулезно собираются факты, исторические свидетельства, сохранившиеся материальные остатки и другие доказательства, подтверждающие логически обоснованную версию. Используются также, но осторожно, косвенные доказательства. Очень большую помощь в воссоздании "жизни" объекта оказывают свидетельства и факты, напрямую к объекту не относящиеся. Давая волю воображению (конечно, не переходя грань реальности), мы, как бы из пазлов (англ. puzzie головоломка, картинка, выкладываемая из отдельных смыкающихся между собой элементов) "воссоздаем" историческую картину действительности, в которой мог бы находился интересующий нас объект.

3.6.3. Все многообразие различных способов замедления движения, остановок, устройств и конструкций применительно к транспортным экипажам проанализированное нами на всем историческом отрезке времени существования движения, как фактора существования материи позволили установить основные факторы, влияющие на выбор способа торможения, как процесса, и тормоза, как конструкции. Для наглядности они помещены в таблицу классификационного конструирования 3.4 (см. также пп. 3.2.17, 3.3.12, 3.4.7 и 3.5.2.). Так, тормоза железнодорожного подвижного состава определяются:

- назначением;

- используемым тормозным эффектом;

- тем, чем достигается тормозной эффект;

- необходимым быстродействием тормозов, зависящим от реакции на необходимость торможения, быстродействия тормозной системы, выполнения необходимых условий торможения и состояния пути;

- эффективностью торможения, определяемую состоянием тормозов и перевозимых грузов;

- наличием устройств безопасности;

- расходами на эксплуатацию;

- наличие систем контроля готовности;

- выбранной надежностью работы;

- системой содержания;

- степенью утилизации.

3.6.4. Тормоз, как термин - относительно молодое понятие. Оно, исходя из перевода этого слова (tormos от греч. - отверстие для вставки гвоздя, задерживающего вращение колеса), появилось только после изобретения и практического использования колеса, которое произошло не ранее, чем 3500 лет назад в Месопотамии.

Торможение, как процесс естественного и искусственного сопротивления движению, уменьшающего скорость перемещения-движения вплоть до остановки существовал еще в "доколесную" эру. Многие действия человека: погоня за добычей, отставание от нее и остановка из-за исчерпания сил для дальнейшего преследования, длительные переходы, усталость от преодоления сопротивления встречного ветра, течения реки, подъема в гору, неровностям на пути следования 5, 6, 7, 8, усталость и замедление мышечной, мыслительной деятельности и т.п., а также появление различных искусственных приспособлений, ограничивающих скорость движения, таких как весел, якорей (в широком смысле этого слова), парусов и т.п. 8, все они включали в себя то, что сегодня мы называем торможением.

3.6.5. Сейчас под тормозом понимается комплекс устройств снижения скорости движения 1 или для осуществления полной остановки машины или механизма 2, 3, а также для удержания их в фиксированном состоянии на пути следования или на остановке-стоянке 4. При этом различают экстренную и плановую остановку. Первая, - вызвана появлением неожиданного препятствия на пути следования. Вторая, - определена заранее. При "стоянке" силы сопротивление покоя могут превышать любое естественное внешнее усилие, воздействующее на экипаж и не приводить его в движение.

3.6.6. Воздушное, водное сопротивление 5 возникает у стоящих экипажей от встречных ветра или тока жидкости и при движении его в воздушной или водной среде; гравитационное сопротивление 6 появляется при преодолении земного притяжения; механическое сопротивление 7 возникает от трения в контактирующих парах; электрическое 8 - от сопротивления тока в проводниках, преобразовательных устройствах и передачах, а также от концевых эффектов в специальных устройствах 8 или на экипаже 10, 11, 12, 13, дороге 14, 15, или совместно, и на экипаже и на дороге 9. Все эти виды торможения относятся к естественным.

3.6.7. Искусственные тормоза приводятся в действие человеком. Он подкладывал под колеса движущегося экипажа клинья в виде бревен 9; использовал штыри, вставляемые в колеса; цепи, которые соединяли колеса с барабанами, на которые они наматывались; выбрасывал якоря с движущегося экипажа на дорогу и они цеплялись за нее; устанавливал паруса и другие механизмы, которые создавали сопротивление движению. Многие из приведенных способов и приспособлений применяются и до сих пор.

3.6.8.В дальнейшем стали использовать различные виды сопротивлений, которые частично или полностью поглощали кинетическую энергию движения. Чаще всего вначале использовали трение, между элементами экипажа и путем. Величину трения регулировали силой человека, применением гирь, пружин, усилий сжатого воздуха (пара), гидростатическим давлением и пр. Так как трение приводило к износу пар трения, то для удлинения сроков эксплуатации в колесных экипажах стали использовать специальные приспособления в виде изнашиваемых и сменных неподвижных элементов-колодок, которые прижимались к вращающемуся колесу. В начале использовали деревянные колодки из дуба, бука, березы. Лучшими считались колодки из осины. Они хорошо отводили тепло и при торможении не образовывали искры. Это снижало пожароопасность транспортных экипажей.

С началом использования металла на транспорте деревянные колодки из-за их быстрого износа заменялись чугунными.

3.6.9. Торможение железнодорожных поездов вначале производилось вручную. Для этого на каждом вагоне поезда находился человек, тормозной кондуктор, который по команде спрыгивал с вагона и подкладывал под колеса деревянные клинья или специальные тормозные башмаки. Колесо, наезжая на полотно тормозного башмака, останавливалось, не вращалось и скользило вместе с ним по рельсу. В этом случае трение качения колеса превращалось в трение скольжения башмака, большее по величине первого. В целом работа тормозильщиков являлась очень опасной. С увеличением скорости движения и веса состава остановить поезд таким способом в приемлемых границах уже не удавалось. От такого торможения стали отказываться в пользу применения ручных тормозов, установленных на каждом вагоне. Ручной тормоз имел стержень, на который навивалась цепь или приводилась в действие система тяг и рычагов, которые прижимали тормозные колодки к вращающемуся колесу. Теперь тормозильщикам для торможения не нужно было покидать вагон; от них требовалось, возможно, более одновременное приведение тормозов всех вагонов в действие. В настоящее время ручные тормоза используются на вагонах в качестве стояночных.

3.6.10. Недостатком ручных тормозов было, прежде всего, то, что их было трудно одновременно во всех вагонах состава привести в действие, так как на команду торможения была разная реакции тормозильщиков 16. С другой стороны, для приведения ручных тормозов в действие требовалось время. Оно зависело от КПД ручного тормоза. В целом все это сказывалось на быстродействии ручных тормозов. Особенно ненадежным оказывалось действие ручных тормозов при необходимости неожиданной и быстрой остановки поезда, например, из-за внезапного появления на пути опасности для движения. Эту проблему можно было разрешить либо путем установки одного сильного тормоза на локомотиве и им осуществлять торможение всего состава, или приведением тормозов всех вагонов в одновременное действие более чувствительными и независящими от человека способами. Движение по установке на локомотиве более сильного, но единственного в поезде тормоза не нашло своего применения, так как этим приемом малую длину тормозного пути было не обеспечить, особенно длинных составов. Развитие второго пути привело к появлению пневматических 18 тормозов. Для этого на локомотиве вырабатывался сжатый воздух давлением до 8 ати и распределялся по трубопроводам всем вагонам. Им же и управлялись тормоза. Усилие от сжатого воздуха передавалось на механическую передачу, через которую тормозное усилие передавалось на колодки. Они же, прижимаясь к вращающемуся колесу, замедляли движение вагона. Быстродействие таких пневматических тормозов достаточно долго удовлетворяло железные дороги. В дальнейшем повышение быстродействия шло за счет управляющего действия электрического тока 19, электронных устройств 20 и уменьшения величины механической тормозной передачи за счет использования тормозных компакт-моноблоков.

3.6.11. Система торможения, применяемая на вагонах, исходя из плановой, служебной длины тормозного пути, определяла размещение и структуру устройств сигнализации 21, для остановки поезда в непредвиденных, экстренных случаях - обеспечение условий видимости для машиниста 22, 23, 24, для недопущения юза 25, перегрева тормозных устройств и ходовых частей 26 - использование различных дополнительных способов уменьшения тормозного пути. При этом все условия торможения должны были выполняться в реальных условиях при любом состоянии пути 27, 28.

3.6.12. Эффективность действия тормозов всегда рассматривалась через физическую и коммерческую сохранность грузов (см. Табл. 3.1). Она определяется:

- выбранной системой или системами торможения 29; очевидно, что чем более современными будут использоваться системы, тем эффективнее будут тормоза; тормоза, состоящие из нескольких систем торможения (так, например, на высокоскоростных поездах применяются в качестве основных электрические реостатные и рекуперативные тормоза, дополнительными являются пневматические дисковые, а в качестве экстренных тормозов используются магниторельсовые тормоза и т.д.) более надежны и эффективны;

- выбором материалов трения 30, нелегкая работа которых должна не допускать юза и перегрева колес, создавать постоянную тормозную силу в процессе торможения, иметь небольшую массу и несложную конструкцию, исключать быстрый износ, быть технологичными при создании и в эксплуатации;

- КПД передачи 31, определяемым временем реакции от начала подачи команды торможения до момента включения всех тормозов вагонов в действие; чем он выше, тем лучше и выгоднее применяемые тормоза;

- надежностью работы тормозов 32, которая определяется собственно надежностью всей системы и ее частей, а также наличием резервирования в системе;

- выбором такой тормозной системы, при отказе которой, не наступили бы такие негативные последствия, которые бы намного превысили ее стоимость 33; применение показателя "цена-последствия";

- такой безотказностью 34 тормозов, которая гарантировала бы 100% уверенность в их работе;

- быстротой восстанавливаемости тормозов к повторному торможению 35 - максимальному исключению даже временного нахождения движущегося поезда без тормозов;

- удовлетворения главного предназначения тормозов - сохранности перевозимых пассажиров и грузов; оно достигается техническим состоянием тормозов, а также коммерческими средствами защиты пассажиров и грузов - системами грузосохранения 35, 36, 37, 38, 39, 40 и жизнеобеспечения 39, 40. К последним, - относятся индивидуальные средства защиты - упаковка 37, тара 36 и т.п., а также особенности конструкции вагона, которые использует укладка грузов в вагонах 38.

3.6.13. Пассивные 41 и активные 42 устройства безопасности предназначаются на те случаи, при которых по самым различным причинам происходят отказы тормозов или их неполное срабатывание. Они воспринимают непогашенную кинетическую энергию особенностями специальной части конструкции вагона, или за счет включения дополнительных поглощающих устройств.

3.6.14. Срок жизни современных вагонов достаточно продолжителен (он составляет более 30 лет) поэтому дополнительно к затратам на создание тормозов вагона добавляются затраты на их эксплуатацию. Как известно, в технике нет невозможного, все определяется затратами, поэтому практически возможны любые решения как простейшие, так и сложные. Есть одноразовые, многоразовые и экспериментальные системы. Более совершенны одноразовые, неремонтируемые системы. Они в эксплуатации менее затратные 43, однако, первоначальная стоимость их высока. Она больше подобных затрат на многоразовые, ремонтируемые системы, которые в свою очередь дороже обходятся в эксплуатации 44. Экспериментальные системы дороги, как в производстве, так и в эксплуатации 45, особенно на начальной стадии.

3.6.15. Тормоза должны быть постоянно готовы к работе. Для этого необходим контроль их состояния. Он может производиться человеком непосредственно, зрительно 46 по выходу штока тормозного цилиндра последнего вагона поезда при опробовании тормозов, дистанционно 48 или автоматически 49 по получению звукового или светового сигнала 47 на соответствующих панелях пультов контроля или в кабинах управления 49.

3.6.16. Без тормозов эксплуатация железнодорожных поездов невозможна, поэтому от тормозных систем требуется высокая степень надежности. Она достигается использованием многоконтурных, резервируемых систем 50, выбором наиболее совершенных систем высокой степени надежности 51, а также наличием постоянно действующего контроля готовности 52.

3.6.17. Как уже указывалось выше в п. 3.5.14, лучше использовать неремонтируемые, одноразовые системы 53. Это в целом более выгодно, но для этого нужны большие первоначальные средства, так как у неремонтируемых, одноразовых систем высока начальная стоимость. В том случае, если средства на приобретение незначительны, используются ремонтируемые системы, но их эксплуатация в целом обходиться дороже 54.

3.6.18. В последнее время значительное внимание уделяется утилизации многих систем и агрегатов после выработки заложенного в них ресурса. Это относится и к тормозным системам, которые могут быть с полной 55, с частичной 56 утилизацией и быть системами двойного назначения 57, то есть, использовав их до достижения морального износа по прямому назначению, в дальнейшем предлагается использовать их в других системах или по другому назначению.

3.6.19. Общая характеристика применяемых сегодня тормозов в машиностроении следующая.

Наибольшее применение в машинах и механизмах (подъёмно-транспортные машины, механизмы станков, железнодорожные поезда и т.п.) находят колодочные тормоза с тормозными колодками, прижимающимися к поверхности вращающихся частей.

Конструктивные разновидности колодочных тормозов определяются главным образом их рычажной системой и типом привода. В механизмах передвижения некоторых транспортных машин, железнодорожных вагонов и локомотивов применяются колодочные рельсовые тормоза, действие которых основано на прижатии тормозных колодок к рельсам. Эти тормоза особенно эффективны при экстренном торможении.

У ленточных тормозов вместо колодок используется гибкая лента, охватывающая тормозной барабан, что позволяет повысить момент сил трения, увеличивающийся с увеличением угла обхвата. Ленточные тормоза находят применение в механизмах подъёма, передвижения и поворота подъёмно-транспортных машин.

У дисковых тормозов момент сил трения создаётся в результате прижатия дисков, вращающихся вместе с валом механизма, к неподвижным дискам. В дисковых тормозах можно получать высокие значения момента сил трения, возрастающего с увеличением числа дисков. Кроме того, эти тормоза отличаются компактностью, возможностью относительно лёгкой защиты их от окружающей среды (вплоть до герметизации). Дисковые тормоза находят применение в различных механизмах транспортных машин, металлообрабатывающих станков.

Перспективны дисково-колодочные тормозов, в которых трение создаётся между торцевыми поверхностями диска и прижимаемыми к диску с обоих торцов фрикционными колодками, перекрывающими только небольшую часть поверхности трения диска, что обеспечивает улучшение теплоотвода и повышение срока службы колодок. Существенное достоинство дисково-колодочного тормоза - относительно малый момент инерции диска (по сравнению с моментом инерции тормозного барабана колодочного или ленточного тормоза), что уменьшает нагрузку на двигатель при пуске механизма и величину кинетической энергии, переходящую в теплоту при торможении. Такие тормоза особенно эффективны в системах торможения тяжёлых транспортных машин.

В механизмах подъёмно-транспортных машин применяются грузоупорные тормоза, у которых тормозной момент создаётся под действием груза. Эти тормоза применяются в качестве спускных тормозов в подъёмных и стреловых лебёдках, а также как аварийные тормоза в эскалаторах.

В грузоподъёмных машинах с ручным приводом используют так называемые безопасные рукоятки (грузоупорные тормоза с храповым механизмом), предотвращающие вращение (раскручивание) приводных рукояток под действием груза.

По условиям безопасности работ в некоторых машинах и механизмах применяют так называемые скоростные тормоза, которые не допускают увеличения скорости движения механизма выше заданной. Для остановки механизмов они не используются. Они применяются для грузов в приводах различных подъёмников, конвейеров, в испытательных установках и т. п. Различают центробежные, динамические (гидравлические), вихревые (индукционные), порошковые скоростные тормоза.

Момент сил трения, создаваемый тормозами, зависит от свойств материалов трущихся пар и от усилий, с которым фрикционные элементы (колодки, ленты, диски) прижимаются к поверхности трения элемента, связанного с механизмом (барабан, диск). Для увеличения усилия прижатия в некоторых тормозах используется эффект самоторможения, при котором сила трения, возникающая между трущимися поверхностями, способствует дополнительному сжатию этих поверхностей. Для обеспечения малых габаритных размеров тормозов и меньших затрат мощности применяют фрикционные материалы, которые приклеивают или приклёпывают к рабочим элементам тормозов.

Управление тормозами может быть различным. Оно может осуществляться механическим, гидравлическим, пневматическим, вакуумным, электромаг-нитным, электрогидравлическим, электромеханическим и т. п. приводами. При механическом управлении (обычно это ручные тормоза автомобилей и других транспортных машин) усилие управления передаётся через систему тяг, рычагов, шарниров к рабочим элементам тормоза. Более совершенны гидравлические (в легковых автомобилях и подъёмных кранах)и пневматические (в грузовых автомобилях, автобусах, трамваях, железнодорожных поездах, самолётов) системы управления тормозами. В пневматических и электропневматических системах привод связывает воздушную магистраль со сжатым воздухом и систему тяг и рычагов с тормозными цилиндрами, которые прижимают фрикционные колодки к колесам (они применяются на железнодорожном подвижном составе; это тормоза Венгера, Вестингауза, Имса, Казанцева, Клейтона, Карпентера, Кертинга, Матросова, Смита, Сулерена, Шлейфера и др.). При электрическом управлении используют специальные тормозные электромагниты постоянного или переменного тока, электрогидравлические и электромеханические толкатели, которые соединены с рычажной системой тормоза. Толкатели нечувствительны к перегрузкам (позволяют ограничить ход штока в обоих направлениях без опасности перегрузки двигателя и элементов толкателя), дают возможность работать с большой частотой включений, благодаря чему, их можно использовать в системах регулирования скорости движения рабочих органов машины. В некоторых конструкциях тормозов находят применение приводы от короткозамкнутого серводвигателя, соединённого с рычажной системой тормоза через зубчатую или кривошипную передачу. Кроме описанных выше, - применяют электрические и аэродинамические тормоза (тормозные парашюты и элементы механизации крыла самолёта), а также торможение, производимое за счет противовключения двигателя. Оно часто используется для замедления автомобилей на затяжных спусках. На некоторых автомобилях особо большой грузоподъёмности с гидродинамической передачей в трансмиссии используют тормоз-замедлитель роторного типа, который устанавливается на ведущем вале коробки передач. При его включении создается сопротивление вращению ротора, в результате чего замедляется движение автомобиля.

Все это показывает, как разнообразны способы торможения и тормозные устройства для создания довольно примитивного эффекта - замедления движения или его остановки.

3.6.20. Условная последовательность развития тормозов вагонов по Л.А. Шадуру [3] следующая:

- ручные тормоза;

- автоматические тормоза (пневматические, пневмоэлектрические, электрические и др.);

- эффективность торможение и борьба за нее;

- тормоза и безопасность движения.

Табл. 3.5. Таблица определяющих факторов влияющих на выбор тормозов вагонов.

Поиск по сайту: