Тормоз Капицы - Ломоносова
«Конечно, предвидеть, как будет управлять паровозом машинист нетрезвый, неразвитой, необученный, незнающий профиля или просто не знакомый с данным типом паровоза — невозможно»
(Ю.В. Ломоносов. Тяговые расчеты. Берлин, 1922 г. С. 239)
А.В. ИСАЕВ, канд. техн, наук, судебный эксперт, доцент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
А.М. САВЕЛЬЕВ, аварийно-восстановительная служба СПб ГУП «Горэлектротранс», г. Санкт-Петербург
Изучая развитие тормозного дела на железных дорогах СССР в период 1920-х — 1930-х годов, можно обнаружить, что тогда появлялось множество различных технических решений для одинаковых задач. Например, «сердце» тормоза — воздухораспределитель — мог быть клапанно-диафрагменным (система Казанцева), золотниково-поршневым с круглым золотником (система Карвацкого) и золотниково-поршневым с плоским золотником (система Матросова). Однако все эти приборы в своей основе имели принцип автоматичности, т.е. управляющей командой на «тормажение» (говоря языком того времени) было понижение давления в «тормазной» магистрали. Определенную роль в этом сыграло то, что изобретатели-тормозники того времени в прошлом были паровозными машинистами, а в дореволюционные годы единственной серийной тормозной системой была система Вестингауза, использовавшая тот же принцип.
Тормозным делом в те годы занималось множество специалистов. Говоря современным языком, это было «инновационным проектом». Ведущим учебным (и научным) заведением по тормозному делу в 1920-е годы был петроградский Политехнический институт, где с 1920 г. работал один из ведущих ученых-парово-зостроителей А.С. Раевский1. Именно к Александру Сергеевичу как к рецензенту обращался Ф.П. Казанцев. Выпускниками «Политеха» были и такие известные специалисты-тормозники, как В.Ф. Егорченко и Б.Л. Карвацкий2.
В сентябре 1919 г. дипломную работу в Политехническом институте защитил Пётр Леонидович Капица, который уже в те годы зарекомендовал себя, по меткому выражению одного из биографов, как «ученый, инженер и мастер — "золотые руки"». С 1921 по 1934 гг. П.Л. Капица работал в Англии, куда в 1927 г. (по другим данным — в 1928 г.)3 году переехал один из создателей теории локомотивной тяги Ю.В. Ломоносов. Историю знакомства этих двух выдающихся людей по имеющимся источникам установить не представляется возможным, но итогом знакомства и совместной работы стал весьма любопытный электромеханический тормоз, заявка на изобретение которого была подана 4 января 1929 г. В 1932 г. на этот тормоз в СССР было получено авторское свидетельство № 26342 (рис. 1).
Разработанный Капицей и Ломоносовым тормоз представлял собой установленные на вагоне два электромагнита, сердечники которых были соединены с тормозной рычажной передачей (ТРП) аналогично тормозным цилиндрам. Однако нормальное положение тормоза было «заторможенным» — специальные пружины удерживали ТРП в заторможенном состоянии. Для того чтобы отпустить тормоза, необходимо было подать питание на катушки электромагнитов.
1 Смирнов С.С. Изобретатели тормозов. М.: Трансжелдориздат, 1950 г. С. 26.
2 Смирнов С.С. Указ. соч. С. 34.
3 Хейвуд Э. Инженер революционной России. Юрий Владимирович Ломоносов и железные дороги. М.: 2013. С. 216.
Тормоз обеспечивал не только экстренное торможение и заторможенное положение вагонов на стоянке, но и служебное ступенчатое — это осуществлялось включением в цепь электромагнитов специальных сопротивлений, т.е. торможение осуществлялось не «наложением питания», как в современном электро-пневматическом тормозе, а полным или частичным «снятием питания». «Наложением питания» производился отпуск тормоза. Управление тормозами осуществлялось при помощи специального контроллера. Для выполнения маневровой работы тормоз отпускался при помощи передачи «винт-гайка», сжимавшей тормозную пружину.
Основной идеей появления такого устройства были совершенно верные предпосылки: существовавшие в то время тормоза Кунце-Кнорра, Вестингауза и Казанцева по быстродействию оставляли желать лучшего. Влага, которая накапливалась в трубопроводах, в зимнее время могла замерзнуть, да и на работу паровоздушного насоса требовалось значительное количество пара.
Предложенный Капицей и Ломоносовым тормоз позволял эти недостатки устранить. Причины отсутствия запуска их системы «в серию» нетрудно представить, учитывая условия эксплуатации подвижного состава в то время, да и сам принцип торможения «снятием питания» на практике влечёт за собой остановку поезда при любом нарушении целостности электрической цепи, что с точки зрения эксплуатации железных дорог «перекрывает» все достоинства изобретения. Несколько позже, с появлением элек-тропневматических тормозов, стало понятно, что для управления ими удобнее использовать принцип «наложения питания» для создания и усиления тормозной силы, а принцип «снятия питания» — для ослабления и снятия таковой.
Однако идеи Капицы-Ломоносова были продолжены. По аналогичному принципу работает блок-тормоз вагонов метрополитена типа 81-714/717, а также трамвайных вагонов различных серий. Например, при разработке трамвайного вагона КТМ-5 в 1960-е годы было принято решение полностью отказаться от пневмосистемы. Вагон получил электродинамическое торможение, а дотормаживание и стояночное торможение обеспечивалось соленоидным тормозом.
Конструкция трамвайного соленоидного тормоза практически аналогична конструкции тормоза Капицы-Ломоносова (рис. 2). Шток электромагнита связан через рычажную передачу с двумя тормозными колодками, которые при отсутствии электропитания привода (поз. 33) прижимаются к тормозному барабану (диску), расположенному на валу тягового двигателя (входном валу ведущей шестерни редуктора). При снятии питания происходят как дотормаживание вагона, так и удержание его на месте.
На вагонах метрополитена роль электромагнита, «отпускающего» тормоз, играет специальный цилиндр (рис. 3), шток которого при наполнении рабочей камеры воздухом напорной магистрали отжимает тормозную пружину. Можно считать, что метрополитеновский блок-тормоз использует тот же принцип «снятия
питания» — только питание в данном случае не электрическое, а пневматическое. Так же, как и в тормозе Капицы-Ломоносова, в обоих случаях для принудительного отпуска тормоза используется механическая передача: на вагоне трамвая — рычажно-тросовая, на вагоне метрополитена — «винт-гайка».
Таким образом, многое из современной тормозной техники «уходит корнями» в события первой половины XX века.
Описанное изобретение ценно тем, что к нему «приложил руку» не только «тяговик» Юрий Владимирович Ломоносов, но и выпускник «Политеха» — гениальный русский физик, будущий лауреат Нобелевской премии Пётр Леонидович Капица.
