Рельсовые тормоза для высокоскоростного подвижного состава
Развитие высокоскоростного движения на российских железных дорогах в условиях рыночной экономики — весьма актуальная задача. Благодаря повышенным скоростям следования пассажирских составов возрастает их конкурентоспособность по сравнению с другими видам транспорта, даже при значительных расстояниях между пунктами сообщения. Однако остро встает проблема повышения безопасности движения поездов, в значительной степени связанная с эффективностью и надежностью работы тормозных систем.
Современный подвижной состав оснащают колодочными и дисковыми пневмоуправляемыми тормозами, которые воздействуют на колеса. Эффективность работы этих тормозных систем ограничивается сцеплением колес с рельсами и во многом зависит от состояния взаимодействующих при торможении поверхностей, причем главным образом — рельсового пути. В условиях низких температур и загрязненности рельсов сила сцепления колес с ними значительно снижается. В результате уменьшается эффективность действия тормозной системы, увеличивается длина тормозного пути.
В настоящее время колодочные и дисковые пневматические тормоза локомотивов и вагонов изучены достаточно глубоко и всесторонне. Дальнейшее совершенствование этого типа тормозов не может существенно улучшить их работу при высоких скоростях движения из-за ограничений, налагаемых сцеплением колес с рельсами. В связи с этим, для повышения эффективности торможения необходимо использовать дополнительные средства, взаимодействующие непосредственно с рельсами. Данные устройства имеют различные конструкции и принципы действия.
На рисунке представлена классификация рельсовых тормозов подвижного состава: электромагнитные (ЭМРТ), пневматические (ПТР), механические (МехРТ) и магнитно-рельсовые (МРТ) тормоза — фрикционные, действие которых не зависит от сцепления колес с рельсами. Они создают тормозные усилия в результате трения о рельсы прижатых к ним башмаков. Вихретоковые тормоза (ВТ) работают на принципе взаимодействия магнитного поля с индуктированными ими токами в рельсах. В результате возникают тормозные усилия, которые не изнашивают рельсы. Эффективность ВТ зависит от скорости движения состава — чем она выше, тем большие усилия торможения они развивают.
В Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПСе) на протяжении ряда лет проводятся исследования индукторов линейных асинхронных двигателей (ЛАД) для дополнительных тормозных устройств подвижного состава. Они, так же как и индукторы ЭМРТ и ВТ, могут устанавливаться на локомотивах и вагонах. Индукторы ЛАД имеют ряд общих конструктивных признаков с электромагнитными и вихретоковыми рельсовыми тормозами, а их обмотки могут подключаться к источникам постоянного или переменного тока.
Индукторы ЛАД при установке на транспортных экипажах способны выполнять несколько различных функций. В частности, они могут использоваться для создания дополнительных тормозных усилий в качестве ВТ и ЭМРТ (при экстренном торможении), а также для получения тяговых и догружающих усилий. Последние улучшают условия трогания поезда с места и практически исключают режим боксования.
Индукторы ЛАД, применяемые в качестве дополнительных тяговых двигателей, работают следующим образом. При подключении обмотки индуктора к источнику трехфазного напряжения возбуждается бегущее магнитное поле, пересекающее рельс и наводящее в нем электродвижущие силы (э.д.с.). Под действием э.д.с. в рельсе потекут вихревые токи.
В результате взаимодействия токов с бегущим магнитным полем создается тяговое усилие, которое перемещает индуктор и жестко связанный с ним транспортный экипаж в сторону, противоположную направлению бегущего магнитного поля. Одновременно возникают усилия магнитного притяжения между индуктором ЛАД и путевой структурой, обеспечивающие увеличение силы сцепления колес с рельсами, т.е. создаются догружающие усилия.
Когда индукторы ЛАД используются в качестве вихретоковых тормозов, их обмотки целесообразнее подключать к источнику постоянного напряжения. Возбуждаемый при этом постоянный магнитный поток пересекает рельс и индуктирует в нем э.д.с. Их величина определяется магнитной индукцией в зазоре между индуктором и рельсом, а также скоростью движения поезда.
Электродвижущие силы вызывают протекание в рельсе вихревых токов, при взаимодействии которых с магнитным потоком индуктора создается тормозное усилие. Причем наиболее эффективно использовать индукторы ЛДД в качестве ВТ при скоростях движения от 150 до 350 км/ч.
Для экстренного торможения поезда индукторы ЛАД следует применять в качестве ЭМРТ. В этом случае индукторы прижимаются пневмоцилиндрами к рельсам. В результате тормозные усилия создаются от фрикционного электромагнитного воздействия. Возможно комбинированное применение индукторов ЛАД на высокоскоростном подвижном составе: при повышенной скорости они работают как вихретоковые тормоза, а при ее снижении — в качестве электромагнитных рельсовых.
Рельсовые тормоза на высокоскоростном подвижном составе целесообразно применять в сочетании с основными колодочными и дисковыми пневматическими. Заметим, что использование индукторов ЛАД в качестве дополнительных тормозов повышает эффективность работы основной тормозной системы за счет увеличения коэффициента сцепления колес с рельсами. А это способствует повышению безопасности движения поездов. Теоретические и опытно-конструкторские работы в этом направлении в РГУПСе продолжаются.
Канд. техн. наук А.В. СОЛОМИН, сотрудник кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» РГУПСа
23.06.2011, 19:30
Похожие темы
Почта
