Admin

О прямодействии пневматических тормозов грузового подвижного состава

В.В. МАЛОВИЧКО, доцент кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» Института транспортной техники и систем управления Российского университета транспорта (МИИТ)

Статья посвящена неточностям терминологии, которые, на взгляд автора, имеются в технической, учебной и нормативной литературе по устройству, конструкции и управлению пневматическими тормозами грузового подвижного состава.
Статья адресована как специалистам (обсуждение, рассмотрение целесообразности корректировки терминологии), так и изучающим конструкцию и принцип работы пневматического тормозного оборудования подвижного состава.
В тексте приняты следующие обозначения или сокращения:

• ВР — воздухораспределитель типа № 483; ГР — главный резервуар;
• ЗР — запасный резервуар;
• КВТ — кран вспомогательного тормоза типа № 254;
• КМ — кран машиниста типа № 394;
• ПС — подвижной состав — вагоны, локомотивы, поезд и др.;
• ТК — тормозная камера ВР;
• ТМ — тормозная магистраль; воздух — сжатый воздух;
• давление — давление сжатого воздуха;
• положение I — VI — положение ручки КМ/КВТ;
• Правила ... — Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава: по состоянию на 2024 год. — Москва: Эксмо, 2024. — 192 с. — (Законы и кодексы);
• тормоз(а) — пневматические тормоза, пневматические тормозные системы поездов, вагонов и т.п.;
• утечки — утечки сжатого воздуха.

В грузовых вагонах ПС стран бывшего СССР используются автоматические непрямодействующие пневматические тормоза (рис. 1). На локомотивах (рис. 2) применяются неавтоматические прямодействующие тормоза. Управление пневматическими тормозами ПС сводится к управлению давлением в ТМ (Правила ...). В обеих схемах для управления тормозами воздух либо подается в ТМ поезда или магистраль вспомогательного тормоза локомотива, либо выпускается из них в атмосферу. Также может производиться задержка подачи воздуха в ТМ или выпуска из неё при перекрышах.
Для этого используются устройства управления тормозами в виде КМ (см. рис. 1) или кран вспомогательного тормоза (КВТ) № 254 (на рис. 2 для упрощения текста тоже обозначен как КМ).
Вспомним принцип работы прямодействующих и непрямодействующих тормозов, как они объясняются в технической и учебной литературе.

В прямодействующих тормозах (см. рис. 2) при торможении воздух из ГР непосредственно подается в ТЦ через КМ и ТМ, а для отпуска — выпускается из ТЦ через ТМ и КМ в атмосферу.
При каждой ступени торможения, вне зависимости от их количества, воздух через КМ «порциями» (ступенями) подается из ГР в ТЦ, а при каждой ступени отпуска — порциями выпускается из ТЦ. Такие тормоза являются неавтоматическими, так как при разрыве поезда не происходит торможения его частей.
В непрямодействующих тормозах (см. рис. 1) для отпуска тормозов воздух, наоборот, подается через КМ в ТМ, заряжая воздухом ЗР через ВР для обеспечения торможения в нужный момент. Для торможения по схеме на рис. 1 воздух выпускается из ТМ через КМ в атмосферу темпом служебного или экстренного торможения. На это
реагирует ВР, обеспечивая подачу воздуха из ЗР в ТЦ и торможение поезда. При каждой ступени торможения, вне зависимости от их количества, воздух, соответственно, выпускается порциями из ТМ, а для каждой ступени отпуска воздух подается в ТМ. Такие тормоза являются автоматическими, и при обрыве поезда его части затормаживаются, потому что на снижение давления воздуха в ТМ реагирует ВР и соединяет каналы «6» и «в», обеспечивая подачу воздуха из ЗР вТЦ и, следовательно, торможение поезда.
Описанный порядок управления торможением, в том числе ступенчатым, не может быть другим для обеих схем — по рис. 1 и 2. При этом все ВР (тормоза) одного типа во всех вагонах в поезде — от головы до хвоста — работают одинаково, не считая понижения давления к хвосту поезда и замедленного срабатывания ВР удаленных от локомотива вагонов из-за тормозной/от-пускной волны.
Если рассматривать принцип работы, то, как видно из схем на рис. 1 и 2, прямодействующей является только тормозная система, работающая по схеме рис. 2. При тормозных положениях ручки КВТ (III —VI положения) в таких тормозах происходит подача воздуха напрямую из ГР в ТЦ (через КВТ и ТМ локомотива). Также при указанных положениях ручки КВТ происходит восполнение любых утечек из тормозных цилиндров непосредственно из ГР, так как существует прямая связь между источником сжатого воздуха ГР и ТЦ (через КВТ и ТМ локомотива). Но главным признаком прямодействия тормозной системы, показанной на рис. 2, является не этот, а подача при торможении воздуха из ГР напрямую в ТЦ (через КМ, в соответствии с рис. 2, и ТМ). Поэтому такая тормозная система и называется прямодействующей.



Но схема тормозов на рис. 1 при IV положении ручки КМ тоже считается почему-то прямодействующей. Поскольку при пере-крыше в грузовом ВР могут восполняться утечки из ТЦ за счет подпитки их из ТМ, то это считается прямодействием, так как считается, что при IV положении существует прямая связь ТЦ с ГР.
Попробуем разобраться, насколько это соответствует действительности, и как работают тормоза грузовых вагонов при подаче сжатого воздуха и его выпуске из ТМ.
Для этого необходимо вспомнить, как работают КМ и ВР при IV положении ручки управления КМ. Такое положение называется перекрышей с питанием, так как происходит компенсация утечек из тормозной системы поезда, т.е. её подпитка (питание).
Сначала рассмотрим работу КМ. На рис. 3 показана уравнительная часть КМ при IV положении его ручки — перекрыше с питанием, при ступени торможения.
После ступени торможения давление в ТМ равно давлению в уравнительном резервуаре (УР, не показан), которое устанавливается машинистом. На рис. 3 это давление обозначено, как Рур — в полости над уравнительным поршнем 2 (далее — поршень 2 или УП 2), которая сообщена с УР.
Поршень 2 при этом занимает положение, при котором впускной клапан 4 и выпускной клапан внизу штока 3 закрыты — рис. 3,а.
При снижении давления в ТМ из-за утечек из неё воздуха темпом мягкости (при котором тормоза в действие не приходят) поршень 2 может опуститься вниз из-за перепада давлений в ТМ и УР только когда величина этого перепада достигнет примерно 0,015 МПа. Только при таком перепаде давления между ТМ и УР поршень 2 опустится, открывая впускной клапан 4, через который воздух из ГР начнет поступать в ТМ, восполняя утечки из неё (рис. 3,6). И в этом случае имеется прямая связь ГР с ТМ.

По мере повышения давления в ТМ поршень 2 будет подниматься до достижения давления в ТМ, равного давлению в УР, при котором впускной клапан 4 закроется. При этом связь ГР с ТМ прервется. Такой процесс при утечках будет повторяться — преимущественно в новых вагонах, и/или тормозное оборудование которых находится в хорошем техническом состоянии.

Таким образом, при IV положении нет постоянной связи ГР с ТМ, а тем более ГР с ТЦ вагонов. Такая связь (при опускании поршня 2) и частота её возникновения зависят от герметичности (плотности) ТМ. Чем больше герметичность ТМ, тем реже будет срабатывать (опускаться) поршень 2, и наоборот. Утечки из ТМ при этом будут восполняться, и давление в ТМ будет поддерживаться постоянным.
Теперь рассмотрим, как работает главная часть ВР при том же IV положении ручки КМ — при перекрыше с питанием. На рис. 4 приведена упрощенная схема главной части ВР. Давление в ТМ при IV положении, как указано выше, поддерживается постоянным, и оно равно давлению Рур в уравнительном
резервуаре КМ, которое установлено машинистом при ступени торможения (перекрыше).
До утечек главный поршень (ГП) 1 и уравнительный поршень (УП) 3 находятся в равновесии: ГП 1 — из-за действия на него слева усилия давления воздуха Ррк, а справа — давления Рзк и усилия возвратной пружины ГП 1. УП 3 тоже находится в равновесии — при действия слева на него усилий от давления Ртц (в полости, называемой тормозной камерой — ТК), а справа — усилий пружин 8 переключателя грузовых режимов.
Если из ТЦ начинаются утечки, то давление Ртц уменьшается, а усилие пружин 8 остается прежним. Поэтому под действием усилий пружин 8 УП 3 начнет двигаться влево и своим седлом (показано стрелками) отожмет двухседельный (тормозной) клапан 5 от седла впускного клапана 6 (рис. 4,а). Через образовавшийся зазор между клапаном 5 и седлом 6 воздух из ЗР начнет поступать в ТЦ (показано штриховой красной линией на рис. 4,а). По мере повышения давления Ртц УП 3 будет двигаться вправо, пока давление в ТЦ восстановится до прежнего уровня, и клапан 5 сядет на седло 6 — из-за возвращения УП 3 в прежнее положение (до утечек) — рис. 4,6.
Поскольку давление в ЗР снизилась в результате перетекания из него воздуха в ТЦ (точечная линия на рис. 4,а и штриховая линия на рис. 4,6), то под действием большего давления в ТМ открывается обратный клапан 4. Воздух из ТМ поступает в ЗР (точечная линия на рис. 4,6), компенсируя «ушедший» в ТЦ воздух. В результате в ЗР восстанавливается давление, которое в нем было до начала описанных утечек воздуха из ТЦ вагона, и обратный клапан 4 закрывается.

Следовательно, компенсация утечек из ТЦ происходит в два этапа: сначала из-за срабатывания УП 3, обеспечивающего подачу воздуха в ТЦ из ЗР, а когда давление в ЗР снизится — в результате срабатывания обратного клапана 4, обеспечивающего подпитку ЗР изТМ.
Исходя из вышесказанного, в непрямодействующей тормозной системе, показанной на рис. 1, компенсация утечек из ТЦ вагонов при IV положении ручки КМ — пере-крыше с питанием — происходит в следующей последовательности:
О при утечках из ТЦ падает давление Ртц в тормозной камере ТК (которая постоянно сообщается с ТЦ) — рис. 4,а. При снижении давления в ТК на величину более 0,03 МПа (чувствительность УП 3) срабатывает УП 3, и воздух из ЗР поступает в ТК и далее в ТЦ;
© из-за снижения давления в ЗР срабатывает обратный клапан 4 (если давление в ТМ больше, чем в ЗР), и воздух из ТМ пополняет ЗР до прежнего давления в нем — рис. 4,6;
© поступление воздуха в ЗР из ТМ приводит к уменьшению давления в ней. После снижения из-за этого давления в ТМ сработает поршень 2 в КМ (рис. 3,6) — когда давление в ТМ упадет не менее, чем на 0,015 МПа (чувствительность уравнительного поршня 2). В результате откроется впускной клапан 4 и через него сжатый воздух из ГР восполнит давление в ТМ.
Рассмотрим более подробно вопрос «пря-модействия» тормозных систем грузовых вагонов. Для этого проанализируем работу тормозного оборудования грузовых поездов в разных ситуациях.
Ситуация 1. В конце поезда из 70 условных вагонов (т.е. с длиной порядка 1000 м) стоит вагон, в котором есть утечки из ТЦ. При снижении давления в ТЦ одного, в том числе последнего вагона, например, на 0,03 — 0,05 МПа, давление в ТМ поезда изменится на десятые доли процентов или сотые доли атмосфер. Чувствительность УП 2 КМ (рис. 3) около 0,015 МПа (0,15 кгс/см2). Вопрос: когда при IV положении ручки кран машиниста «почувствует» утечки из ТЦ/ЗР последнего вагона и вызванное этим падение давления в ТМ, при которых сработает УП 2 КМ и откроет питательный клапан 4 (рис. 3,6)? И будет ли до этого момента происходить
прямое сообщение ГР и ТЦ, т.е. происходить «прямодействие»?

Ситуация 2. В соответствии с Правилами ... вторая ступень торможения может выполняться уже через 6 с, а третья — через 8 с после прекращения выпуска воздуха через КМ. При таком последовательном — друг за другом — быстром чередовании ступеней торможения для быстрой остановки поезда ТЦ последнего вагона может не успеть заполниться до максимального давления.
Например, при рассматриваемой длине поезда это время даже при полном служебном торможении — снижении давления в ТМ темпом служебного торможения за один прием (разовой постановкой ручки КМ в положение V), а не при ступенях — составит более 20 с (в последних вагонах поезда из 100 вагонов — до 40 с!). И давление в ТЦ последнего вагона в рассматриваемый период будет только расти, и никакие утечки по описанному выше алгоритму в это время компенсироваться не могут в принципе.
Поэтому «прямодействие» тормозов последних вагонов поезда при начале такого торможения не будет проявляться вообще, и их тормоза в это время будут только непрямодействующими. Несмотря на нахождение ручки КМ в положении IV, при котором, как сейчас считается, тормоза являются «прямодействующими».
Ситуация 3. Выполнена первая ступень торможения снижением давления в ТМ на 0,06 МПа — переводом ручки КМ в положение V и последующим переводом её в положение IV на время, превышающее 6 с. Значит, утечки из ТЦ вагонов после стабилизации давления в ТМ могут восполняться из ГР локомотива — путем описанного выше срабатывания клапанов ВР и КМ. И это считается сейчас «прямодействием». Затем выполняется следующая ступень, для чего ручка КМ снова переводится в положение V.
Что при этом происходит? Через КМ воздух выходит (!) из ТМ, что приводит к увеличению давления в ТЦ вагонов и тормозных сил поезда из-за срабатывания ВР и наполнения ТЦ из ЗР вагонов, но не из ГР локомотива. Это означает, что при положении V ручки КМ тормоз является только непрямодействующим, и никак иначе!

Получается, при следовании ступеней с большим интервалом между ними одна и та же тормозная система, с одними и теми же вагонами при разных положениях ручки КМ становится то непрямодействущей, то прямодействующей.
А если ступени будут следовать в начале торможения сразу же одна за другой, то тормоз в это время будет только непрямодействующим. Как это возможно при неизменной конструкции тормозной системы вагона и поезда в целом?
Ситуация 4. При низкой герметичности (плотности) тормозной системы поезда, особенно в длинносоставных поездах, из-за неудовлетворительного состояния тормозов вагонов возможны большие утечки сжатого воздуха. И в процессе длительной перекрыши с питанием в этом случае поршень 2 может находиться в положении, когда впускной клапан 4 может быть постоянно приоткрытым. И в какие-то моменты времени возможно совпадение всех трех одновременно открытых клапанов — вследствие срабатывания и впускного клапана 4 КМ (рис. 3,6), а также тормозного клапана 6 и обратного клапана 4 ВР (рис. 4,а и б).


Но в хвостовых новых вагонах и в вагонах с хорошим техническим состоянием пневматического тормозного оборудования процесс компенсации утечек из ТЦ будет происходить так, как описано выше (пункты О — ©). То есть, в вагонах с хорошим состоянием пневматической тормозной системы, например, в новых вагонах, УП 2 КМ (рис. 3) будет срабатывать периодически, разрывая связь ГР с ТМ и ТЦ из-за такого же периодического срабатывания впускного клапана 4. В этом случае маловероятно, что все три рассматриваемых клапана могут находиться в открытом положении одновременно.
Выходит, наличие «прямодействия» (при положении IV ручки КМ) в неизменной тормозной системе зависит и от степени герметичности ТМ поезда.
Ситуация 5. «Прямодействием» в настоящее время называют возможность восполнения давления в ТЦ при утечках из него при перекрыше с питанием. А если при торможении будет снижено давление в ТМ ниже давлений в ЗР вагонов, например, из-за нарушения работы КМ, то тогда при том же положении IV ручки КМ тормоз будет/ станет каким? А тем более, если выполнено экстренное торможение, когда ТМ разряжается до нуля, о каком «прямодействии» может идти речь?
В этих случаях пополнение утечек станет невозможным, но торможение будет происходить.
Получается, «прямодействие» тормозов зависит от многих факторов и будет или не будет проявляться в конкретном вагоне поезда в зависимости от:

• > одновременности срабатывания клапанов КМ и ВР — если все три клапана открыты, то это «прямодействие», если хотя бы один закрыт, то — непрямодействие, так как нарушается непосредственная связь ГР с ТЦ (в отличие от работы тормозов по схеме рис. 2);
• > положения ручки КМ — в положении IV — возможно в определенные моменты «прямодействие», в остальных шести (!) положениях — исключительно непрямодействие;
• > режима управления тормозами, т.е. интенсивности следования перекрыш (ступеней) и времени нахождения ручки КМ в положении IV — при длительных перекры-шах — в определенные моменты возможно «прямодействие», при следовании перекрыш подряд, т.е. интенсивном торможении — только непрямодействие;
• > расположения вагона в составе — в хвосте или голове. В голове может уже проявляться «прямодействие», а в хвосте, особенно длинносоставных поездов, ещё происходить непрямодействие — заполнение ТЦ только из ЗР, без компенсации утечек;
• > состояния или герметичности (плотности) тормозной системы (ТМ) поезда — при больших утечках — большая вероятность «прямодействия», при небольших утечках — большая вероятность непрямо-действия;
• > давления в ТМ по отношению к давлению в ЗР вагонов — при давлении в ТМ большем, чем в ЗР вагонов — вероятность «прямодействия», при давлении в ТМ меньшем, чем в ЗР вагонов — только непрямодействие.

Кроме того, выходит, что одна и та же тормозная система вагонов в процессе торможений поезда может меняться и быть то «прямодействующей», то непрямодейству-ющей. Причем это может происходить даже в процессе одного торможения поезда до полной его остановки. Например, при первой длительной ступени утечки из тормозной системы могут устраняться («прямодействие»), а при последующих ступенях, следующих одна за другой, будет только происходить заполнение ТЦ вагонов сжатым воздухом из ЗР без компенсации утечек из ТЦ вагонов (непрямодействие).
Из приведенного выше следует, что для «прямодействия» должны выполняться, как минимум, следующие условия:
Ф одновременное срабатывание трех клапанов: тормозного клапана 6, обратного клапана 4 главной части ВР и впускного клапана 4 КМ;
Ф давление в ТМ должно при торможении быть выше давления в ЗР вагонов поезда;
Ф ручка управления КМ должна находиться только в положении IV;
® ручка КМ в положении IV должна находиться продолжительное время.
Только при совпадении четырех этих условий сам ВР и тормозная система поезда могут считаться «прямодействующими». А перевод ручки КМ в любое другое положение, кроме четвертого, сразу же превращает тормозную систему и ВР в непрямодействующие. То есть «прямодействие» происходит только в одном из семи положений ручки КМ — при положении IV, а «лишь» при положениях I, II, III, V, Va, VI собственно и обеспечивается реальное непрямодействие тормозов.

Причем только именно непрямодействие тормозов обеспечивает безопасность движения поездов благодаря автоматичности тормозов, для чего такая конструкция и была разработана.
Возможно, представленные выше ситуации несколько идеализированы или даже
надуманы, но они соответствуют понятию «прямодействия» тормозов грузовых вагонов и ВР, как оно объясняется в настоящее время.
Говоря о прямодействующих или непрямодействующих пневматических тормозах ПС, нужно определиться, о чем идет речь — о принципе работы тормозов или режиме их работы. Со времен Дж. Вестингауза указанное разделение тормозных систем подразумевает принцип их работы. И по этому признаку тормозные системы поезда в процессе работы изменяться никак не могут.
Не может тормозная система одного и того же поезда в одних и тех же вагонах меняться в зависимости от интенсивности торможения и применяемых приемов (режимов) торможения и быть поэтому то прямодействующей, то непрямодействующей.
Что действительно происходит при длительной ступени торможения грузового поезда (при длительном положении ручки КМ в IV положении), так это компенсация утечек (при давлении в ТМ большем, чем в ЗР). Но это происходит при срабатывании клапанов ВР и КМ, причем в произвольном порядке, и не обязательно при открытом впускном клапане 4 КМ, без чего невозможна прямая связь ГР с ТМ, а уж тем более прямая связь ГР сТЦ.
Тем не менее, такое функционирование тормозной системы при IV положении ручки КМ сейчас в технической и учебной литературе называется «прямодействием».

На самом деле по прямодействующей схеме работают только кран вспомогательного тормоза и тормозная система локомотива, когда при торможении воздух напрямую подается из ГР в ТЦ (через ТМ локомотива, рис. 2). Поэтому прямодействующими могут называться и фактически ими являются только такие тормозные системы, без всяких оговорок и условностей, и при любых положениях ручки КВТ, в отличие от приписываемого «прямодействия» тормозам грузовых вагонов, в которых оно «проявляется» только в одном из семи положений ручки КМ.
Какое предложение следует из вышеизложенного? В технической, учебной литературе и нормативной документации по тормозному оборудованию ПС предлагается указывать, что тормозная система грузовых вагонов является пневматической автоматической непрямодействующей с возможностью восполнения утечек из ТЦ в положении IV ручки КМ, т.е. неистощимой, без упоминания прямодействия, а тип тормозной системы грузовых вагонов и воздухораспределителей типа № 483 — непрямодействующими.
Хотелось бы обратить внимание на то, что в нормативной и технической литературе по тормозному оборудованию имеются и другие неточности терминологии,
которые, по мнению автора статьи, требуют уточнения, например, в Правилах ..., в техническом регламенте Таможенного союза ТР ТС 001 -2011, в ГОСТ 34703-2020.
В качестве примера одной из неточностей формулировок можно привести термин «полное служебное торможение» (ПСТ) в указанном выше ГОСТе (раздел 2, п. 77) и Правилах ... (раздел I, п. 69):
«Торможение полное служебное — служебное торможение, достигаемое снижением давления в тормозной магистрали темпом служебной разрядки тормозной магистрали или подачей электрического сигнала для получения полного давления в тормозных цилиндрах (исполнительных органах тормоза) ПС с целью значительного снижения скорости поезда или его остановки на более коротком расстоянии».
Служебное торможение может быть полным (ПСТ) либо ступенчатым. ПСТ производится за один прием — постановкой ручки КМ в положение V до падения давления в ТМ на 0,15 — 0,17 МПа с последующим переводом ручки КМ в положение IV (это и есть ПСТ). Ступенчатое торможение может применяться также до полной остановки поезда за несколько приемов (ступеней) либо использоваться как регулировочное торможение — ступенями, например, для снижения скорости и/или поддержания её на участке.
Но при ПСТ поезд останавливается всегда. Происходит остановка полная, окончательная.

Предлагается рассмотреть следующую редакцию:
«Торможение полное служебное — служебное торможение, достигаемое снижением давления в тормозной магистрали темпом служебной разрядки тормозной магистрали за один прием или аналогичной подачей электрического сигнала для получения полного давления в тормозных цилиндрах (исполнительных органах тормоза) ПС с целью остановки поезда». В это определение может быть добавлено: «на более коротком расстоянии, чем при ступенчатом (служебном) торможении».
Приведенные формулировки и объяснения работы тормозной системы поезда грузового вагона приводят только к большей путанице при изучении тормозов ПС, что не способствует лучшему пониманию и усвоению материала. С чем приходится сталкиваться постоянно, особенно в последнее время.
На основании вышеизложенного предлагаю вопрос корректировки терминологии по тормозному оборудованию ПС в нормативной, технической и учебной документации вынести на рассмотрение в Подкомитет по автотормозам Комитета по грузовому подвижному составу Ассоциации ОПЖТ и/или в Ассоциацию АСТО.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК