Железнодорожный тормоз

Автоматический пневматический тормоз (автотормоз)

Пневматический тормоз, обеспечивающий автоматическую остановку поезда при разъединении или разрыве тормозной воздухопроводящей магистрали, а также при срабатывании крана экстренного торможения (стоп-крана).[1] Может быть прямодействующим и непрямодействующим. На российских железных дорогах данным типом тормозов по умолчанию оборудован весь подвижной состав без исключения.

Вспомогательный пневматический тормоз

Пневматический тормоз, применяемый на тяговом и специальном подвижном составе только для торможения конкретной единицы подвижного состава, на которой установлен этот тормоз.[2] Управляется отдельным тормозным краном, не связанным с тормозным краном автотормоза. Не является автоматическим.

Стояночный тормоз

Тормоз не пневматического типа, расположенный на каждой единице железнодорожного подвижного состава и предназначенный для её удержания на стоянке от самопроизвольного ухода, а также для её принудительной аварийной остановки.[3] Обычно имеет ручной механический привод (так называемый «ручной тормоз»), но также могут быть и автоматические стояночные тормоза с электроприводом.

Дисковые тормоза пассажирского вагона

Магниторельсовый тормоз

Колодочный тормоз

Фрикционный тормоз, осуществляющий торможение путём прижатия тормозных колодок к поверхности катания колеса.[4] Рабочий (исполнительный) элемент автоматических пневматических тормозов, неавтоматических прямодействующих тормозов и стояночных тормозов. Применяется на локомотивах, пассажирских и грузовых вагонах.

Дисковый тормоз

Фрикционный тормоз, осуществляющий торможение путём прижатия тормозных колодок к рабочей поверхности тормозного диска, размещённого на оси колёсной пары.[5] Рабочий (исполнительный) элемент автоматических пневматических тормозов. Обычно применяется на пассажирских вагонах и моторвагонном подвижном составе.

Рельсовый тормоз

Фрикционный тормоз, осуществляющий торможение путём прижатия специального тормозного башмака к поверхности рельса.[6] Может быть выполнен как вихретоковый тормоз или как магниторельсовый тормоз.[7][8]

Прямодействующий тормоз

Пневматический тормоз, в котором утечки сжатого воздуха пополняются во время торможения.[9] Изменение давления в тормозных цилиндрах здесь происходит без изменения давления в тормозной магистрали. Также — «неистощимый тормоз». На подвижном составе российских железных дорог применяется для грузового движения; на подвижном составе западноевропейских железных дорог применяется и для пассажирского движения.

Непрямодействующий тормоз

Пневматический тормоз, в котором утечки сжатого воздуха не пополняются во время торможения.[10] Также — «истощимый тормоз». На подвижном составе российских железных дорог применяется для пассажирского движения.

Электропневматический автоматический тормоз

Автоматический пневматический тормоз с электрическим управлением изменения давления в тормозной магистрали на каждой единице железнодорожного подвижного состава.[11] Обладает меньшим временем срабатывания, ввиду этого применяется на всех пассажирских и моторвагонных поездах российских железных дорог.

Тормозной цилиндр, грузовой воздухораспределитель и запасный резервуар тормозной системы полувагона

Самыми распространёнными являются пневматические тормоза, которые приводятся в действие сжатым воздухом. В них воздух поступает в тормозные цилиндры и давит на поршень, который преобразует давление воздуха в усилие, передающееся через тормозную рычажную передачу на тормозные колодки, прижимая их к ободу колеса, либо к тормозному диску на оси. Впервые пневматический тормоз был предложен в 1869 году Вестингаузом и с тех пор постоянно совершенствовался. Тормоз Вестингауза имеет только два режима — торможение и отпуск, в настоящее время он ещё используется в поездах метрополитена. В отличие от него, современные пневматические тормоза позволяют регулировать тормозную силу, меняя давление воздуха в тормозных цилиндрах. Машинист управляет тормозами, используя пневмоавтоматику. Изменяя давление в тормозной магистрали, при помощи крана машиниста он производит разрядку тормозной магистрали (торможение), поддерживает установленное давление (перекрыша) и заряжает тормозную магистраль (отпуск тормозов). Пневматическая схема локомотива также включает в себя кран вспомогательного тормоза, позволяющий управлять тормозами локомотива независимо от тормозов состава.

На каждой единице подвижного состава к тормозной магистрали через тройник и разобщительный кран подключен воздухораспределитель, соединённый с тормозным цилиндром и запасным резервуаром. На грузовых вагонах между воздухораспределителем и тормозным цилиндром может включаться грузовой авторежим. Зарядное давление в тормозной магистрали зависит от типа поезда, так для пассажирского поезда оно составляет 4,5—5,2 кг/см² (около 0,44—0,51 МПа). При снижении давления в тормозной магистрали воздухораспределитель наполняет тормозной цилиндр сжатым воздухом из запасного резервуара. Давление в тормозном цилиндре устанавливается в зависимости от величины разрядки тормозной магистрали, режима работы воздухораспределителя (порожний, средний, гружёный) и загрузки вагона при использовании авторежима. В режиме перекрыши в прямодействующих тормозах утечки воздуха из тормозного цилиндра компенсируются из запасного резервуара, а запасной резервуар может пополняться из тормозной магистрали через обратный клапан. В непрямодействующих тормозах утечки воздуха из тормозных цилиндров не компенсируются.

При повышении давления в тормозной магистрали тормозной цилиндр разряжается в атмосферу либо полностью, при равнинном (нежестком) режиме работы воздухораспределителя, либо на ступень, пропорциональную повышению давления в тормозной магистрали при горном (полужестком) режиме работы и происходит дозарядка запа́сного (следует помнить, что резервуар не запасно́й, а запа́́сный, потому как не он возится про запас, но в нем возится запас воздуха) резервуара. В случае повреждения тормозной магистрали (в том числе при разрыве поезда) и выходе воздуха из неё в атмосферу, воздухораспределитель напрямую соединяет запасный резервуар с тормозным цилиндром. В этом случае происходит экстренное торможение — воздух поступает в цилиндры под максимальным давлением, благодаря чему реализуется максимальная тормозная сила. Экстренное торможение можно вызвать и принудительно — постановкой ручки крана машиниста в положение «Экстренное торможение», либо открытием стоп-крана — в этом случае тормозная магистраль также напрямую соединяется с атмосферой.

Основной недостаток пневматического тормоза — скорость распространения воздействия от крана машиниста к воздухораспределителям, а следовательно и срабатывания тормозов по составу, не может превышать скорости звука (331 м/с). Распространение области пониженного давления по тормозной магистрали называется воздушной волной, её скорость близка к скорости звука. Процесс распространения по составу поезда нарастающего давления в тормозных цилиндрах называется тормозной волной. Скорость тормозной волны зависит от конструкции воздухораспределителей, температуры воздуха, зарядного давления. Для поддержания скорости тормозной волны воздухораспределителями производится дополнительная разрядка тормозной магистрали. Скорость тормозной волны может достигать 280 м/с при служебном торможении и 300 м/с — при экстренном.

Неодновременность срабатывания тормозов может привести к продольным толчкам, что в пассажирских поездах приводит к дискомфорту пассажиров, а в длинных грузовых — к разрыву поезда. Поэтому на пассажирских, а также грузовых длинносоставных поездах используют электропневматические тормоза. В этом случае параллельно тормозной магистрали идёт электрический провод, по которому и передаются сигналы на воздухораспределители (последний при этом называется электровоздухораспределителем, из-за наличия в конструкции электрической части). Преимущество такого типа тормоза заключается в практически одновременном срабатывании тормозов по всей длине состава, что также позволяет сократить тормозной путь.

Для проверки работы пневматических тормозов после завершения формирования поезда производят их полное опробование. При этом проверяется действие тормозов всех вагонов в составе, а также скорость утечки воздуха из тормозной магистрали. После полного опробования тормозов, осмотрщик вагонов вручает машинисту ведущего локомотива справку об обеспеченности поезда тормозами и их исправности (справку формы ВУ-45). На моторвагонных поездах данные о полном опробовании тормозов заносятся в журнал технического состояния. На российских железных дорогах также производят сокращённое опробование тормозов, при этом проверяется действие тормозов лишь на двух последних вагонах. Сокращённое опробование производят в следующих случаях:

• после прицепки поездного локомотива к составу, если предварительно на станции было выполнено полное опробование автотормозов от компрессорной установки (станционной сети) или локомотива;
• после смены локомотивных бригад, когда локомотив от поезда не отцепляется, при стоянке поезда больше 20 минут;
• после всякого разъединения рукавов в составе поезда или между составом и локомотивом (кроме отцепки подталкивающего локомотива, включенного в тормозную магистраль);
• соединения рукавов вследствие прицепки подвижного состава, а также после перекрытия концевого крана в составе;
• при падении давления в главных резервуарах ниже 5,5 кгс/см²;
• при смене кабины управления или после передачи управления машинисту второго локомотива на перегоне после остановки поезда в связи с невозможностью дальнейшего управления движением поезда из головной кабины;
• в грузовых поездах, если при стоянке поезда произошло самопроизвольное срабатывание автотормозов или в случае изменения плотности более чем на 20 % от указанной в справке формы ВУ-45;
• в грузовых поездах после стоянки поезда более 30 мин, где имеются осмотрщики вагонов или работники, обученные выполнению операций по опробованию автотормозов, и на которых эта обязанность возложена.

Также в пути следования в установленных местах производится проверка тормозов на эффективность — машинист торможением уменьшает скорость на определённую величину, при этом проверяется длина пути торможения.

Пульт электровоза ЧС7, справа — лампы «П» и «Т» и горящая зелёная лампа «О»

Для синхронного срабатывания всех тормозов состава, невзирая на скорость распространения тормозной и отпускной воздушных волн, можно использовать электрическое управление пневматическими тормозами — такой тормоз называется электропневматическим (ЭПТ). В метрополитенах бывшего СССР ЭПТ не применяется, так как там рабочим тормозом является электрический реостатный, на грузовых вагонах также отсутствует ввиду сложности внедрения и недостаточной надёжности в длинносоставных поездах, на западноевропейских поездах также отсутствует — на них установлены автотормоза типа KEs со ступенчатым отпуском. На ЖД бывшего СССР ЭПТ применяется на пассажирских поездах (двухпроводная схема управления) и моторвагонных поездах (пятипроводная схема).

При двухпроводной схеме контакты проводов ЭПТ установлены на соединительных головках рукавов тормозной магистрали и соединяются при соединении рукавов. К прямому проводу подключены электровоздухораспределители (ЭВР), к обратному проводу не подключено ничего — он служит контрольным. На головке рукава, не соединённой с другим рукавом, контакты прямого и контрольного проводов под действием пружины замыкаются между собой, создавая цепь контроля. В каждом ЭВР стоят два вентиля, включенные между прямым проводом и корпусом — один (вентиль торможения) подключен через диод, второй (вентиль отпуска) подключен напрямую.

При обесточенной линии оба вентиля в отпущенном положении и ЭВР находится в режиме отпуска. Между ВР автотормозов и ЭВР установлен переключательный клапан, подключающий к тормозным цилиндрам тот ВР, который даёт большее давление, поэтому при выключенном ЭПТ автотормоза работают как обычно. При подаче «плюса» напряжением 50 вольт на прямой провод и «минуса на рельсы» возбуждаются оба вентиля и ЭВР срабатывает на торможение — впускает воздух в ТЦ. При переполюсовке («минус» на линии, «плюс» на рельсах) вентиль торможения отпускает, так как он включен через диод, пропускающий ток только при «плюсе» в проводе, и остаётся притянутым лишь вентиль отпуска, обеспечивающий режим перекрыши — в тормозных цилиндрах удерживается набранное давление.

Таким образом, простыми переключениями питания линии ЭПТ («плюс» в линию для торможения, «минус» в линию для перекрыши, обесточивание линии для отпуска) можно легко управлять тормозами всего состава, выполнять ступенчатое торможение или отпуск с большой точностью. Для подачи в линию напряжения прямой и обратной полярности служат тормозное и отпускное реле (ТР и ОР) соответственно. Эти два реле управляются контактами на кране машиниста, о включении ОР говорит лампа «П» на пульте машиниста, о включении ТР — лампа «Т». Для контроля в линию подаётся переменный ток частотой 625 Гц от преобразователя, который не проходит через вентили из-за их высокого индуктивного сопротивления, а возвращается через контакты головки хвостового вагона и обратный провод на локомотив и возбуждает контрольное реле (КР) ЭПТ.

Если контрольный ток не проходит (нет контакта в одном из проводов) и КР не включается — не загорается контрольная лампа «О» (либо «С») и ТР и ОР включаться не будут. В этом случае необходимо либо найти и устранить неисправность, либо следовать без ЭПТ (на автотормозах), либо включить дублированное питание ЭПТ — специальным выключателем прямой и обратный провода соединяются напрямую на локомотиве и питание ЭВР идёт не по одному проводу, а по двум. Чтобы цепь не была постоянно продублирована через контакты на головном рукаве локомотива, не подключенном к составу, на локомотиве устанавливают изолированные подвески рукавов, размыкающие контакты.

Дисплей электровоза 2ЭС6 при реостатном торможении на низкой скорости (14 км/ч), внизу горит индикация режима — «ЭДТ П»

На электропоездах, электровозах, а также тепловозах с электрической передачей помимо пневматических тормозов используют и электрические, которые преобразуют механическую энергию поезда в электрическую. В этом случае используют обратимость электродвигателя, то есть его возможность работы генератором. Полученная электроэнергия либо преобразуется в тепловую в реостатах (реостатное торможение, оно же электродинамическое — ЭДТ), либо возвращается в контактную сеть (рекуперативное торможение), также возможно их сочетание (рекуперативно-реостатное торможение). Рекуперативное торможение позволяет повысить КПД электрической тяги за счёт возврата части электроэнергии, реостатное же обеспечивает полную автономность от внешних источников, что позволяет использовать его на тепловозах. Рекуперативным торможением оборудованы электровозы ВЛ8, ВЛ10, ВЛ80^р, ВЛ85, серии ЭП1 и Э5К «Ермак». Реостатным тормозом оборудованы тепловозы ТЭП70, 2ТЭ116 с номера 1610 и все 2ТЭ116У и 3ТЭ116У, электропоезда ЭР9Т, ЭР200, электровозы ВЛ80^т и ВЛ80^с, ВЛ82 и ВЛ82^м, ЧС2^т и ЧС4^т, ЧС7, ЧС8, ЧС200, а также трамвай, вагоны метрополитена и все высокоскоростные поезда. Рекуперативно-реостатным тормозом оборудованы электропоезда ЭР2Р, ЭР2Т, ЭТ2, электровозы 2ЭС6, 2эс10, ЭП10 и ЭП20.

Магниторельсовый тормоз трамвая

Также существует магниторельсовый тормоз. Он состоит из двух (реже — четырёх) башмаков, каждый из которых подвешен между колёсами и по конструкции представляет собой электромагнит. При торможении башмаки опускаются на рельсы, а на их катушки подаётся электрический ток. Возникшая магнитная сила прижимает башмаки к рельсам, тем самым увеличивая тормозную силу, тормозной путь при этом сокращается на 30—35 %. Применяется данный тормоз на трамваях, высокоскоростных поездах и тяговых агрегатах. Их основное преимущество — компактность, что позволяет вместе с ними использовать дисковые тормоза, которые занимают относительно большой объём от подвагонного пространства.