СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЖЕНИЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
RAILWAY VEHICLE BRAKING CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и предназначено для электропневматического управления тормозной системой железнодорожного транспортного средства.
Известен электропневматический тормоз железнодорожного транспортного средства, содержащий на каждой единице транспортного средства тормозную магистраль, пневматический воздухораспределитель, тормозной цилиндр, источник сжатого воздуха, выполненный в виде резервуара, сообщенного с тормозной магистралью посредством обратного клапана, а также электромагнитные вентили торможения и отпуска. Электромагнитный вентиль торможения пневматически соединен с тормозной магистралью, а электромагнитный вентиль отпуска - с источником сжатого воздуха и тормозной магистралью. Пневматический воздухораспределитель связан каналами с тормозной магистралью и тормозным цилиндром. К тормозной магистрали пневматически подключен дополнительный электромагнитный вентиль торможения с калиброванным отверстием, а к источнику сжатого воздуха - дополнительный электромагнитный вентиль отпуска с калиброванным отверстием, соединенный с тормозной магистралью (см. патент №111497, опубликовано 20.12.2011, МПК В60Т 13/68).
Известный электропневматический тормоз имеет ряд недостатков:
- наличие резервуара - источника сжатого воздуха, увеличивающего «паразитный» объем тормозной магистрали, ухудшающий прохождение отпускной волны при быстром повторном (нет времени на пополнение резервуара) торможении и отпуске (особенно на горных участках движения) и ограничивающий длину состава по времени зарядки тормоза. Кроме того, этот объем создает нагрузку на кран машиниста (из-за нехватки проходных сечений), не позволяя ему с достаточной скоростью увеличивать давление в тормозной магистрали, при зарядке. Этот же объем ограничивает возможность применения «сверхзарядки» для ускорения пополнения ТМ сжатым воздухом, так как повышается вероятность перезарядки головной части состава «сверхзарядным» давлением (неотпуск головы);
- наличие двух дополнительных точек подключения к тормозной магистрали, что снижает ее прочность, пневматическую плотность и надежность;
- неоправданное наличие обратного клапана и двух дополнительных электропневматических вентилей, что снижает надежность тормозной системы и увеличивает потребление электропитания;
- неоправданное наличие дополнительного электромагнитного вентиля торможения с калиброванным отверстием, выполняющего замедленную разрядку тормозной магистрали, подобно разрядке тормозной магистрали при положении Va ручки крана машиниста. Такое положение крана машиниста применяется в длинносоставных поездах при пневматическом управлении тормозами для выравнивания скорости срабатывания тормозов (наполнения сжатым воздухом тормозных цилиндров (ТЦ)) в головной и хвостовой частях состава. При применении электропневматического управления тормозами поезда срабатывание тормозов происходит практически одновременно по всей длине состава, поэтому выравнивания скорости срабатывания тормозов не требуется, нет необходимости использовать положение Va;
- неоправданное наличие дополнительного электромагнитного вентиля отпуска с калиброванным отверстием, подключенного к источнику сжатого воздуха, пневматически соединенного с тормозной магистралью (ТМ), так как скорость отпуска воздухораспределителя, при достаточно быстром наполнении ТМ, ограничивается скоростью наполнения золотниковой камеры (ЗК) воздухораспределителя через калиброванные отверстия магистральной части и не зависит от скорости наполнения ТМ - нет необходимости медленно наполнять ТМ при отпуске (отпуск и так происходит достаточно медленно). Нет необходимости выравнивать скорость отпуска в голове и хвосте состава в длинносоставных поездах, так как при электропневматическом управлении тормозами срабатывание происходит одновременно по всей длине состава;
- отсутствие возможности выполнения ступенчатого отпуска при включенном «равнинном» режиме отпуска воздухораспределителя, так как при незначительном повышении давления в ТМ может произойти полный отпуск из-за разрядки рабочей камеры воздухораспределителя (РК) в ТМ и ЗК в магистральной части (МЧ);
- затягивание полного отпуска по времени при включенном «горном» режиме отпуска воздухораспределителя вследствие увеличенного паразитного объема ТМ;
- ограничение на длину состава при «горном» режиме отпуска воздухораспределителя вследствие затягивания отпуска хвостовой части поезда;
- отсутствие возможности принудительного дистанционного отпуска тормоза, например, в горочном парке (отпуск тормоза каждого вагона после полной разрядки ТМ осуществляется при проходе вдоль состава персоналом парка нажатием на ручку принудительного отпуска) и при случайной перезарядке тормозной системы «сверхзарядным» давлением;
- отсутствие унификации, необходимость адаптировать компоновку электропневматики под различные типы вагонов;
- высокая трудоемкость монтажа оборудования.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в том, что система управления торможением железнодорожного транспортного средства обеспечивает:
- повышение прочности, пневматической плотности и надежности тормозной магистрали вследствие отсутствия в ней каких-либо дополнительных точек врезки;
- отсутствие объема, увеличивающего «паразитную» эквивалентную длину тормозной магистрали;
- повышение надежности тормозной системы за счет отсутствия обратного клапана, двух дополнительных электропневматических вентилей;
- сокращение времени полного отпуска за счет ускорения одновременной разрядки РК в ТМ и ЗК;
- снятие ограничения на длину состава по тормозам при включенном «горном» режиме отпуска воздухораспределителя;
- возможность принудительного дистанционного отпуска тормоза при перезарядке тормозной системы «сверхзарядным» давлением и на сортировочных горках при полностью разряженной ТМ (подача специальной команды);
- возможность вести поезд на «горном» режиме по любой местности, не переключая режим отпуска воздухораспределителя (экономия времени на подготовку состава к движению на пунктах обслуживания ПТО);
- уменьшение продольно-динамических сил при отпуске;
- исключение вероятности самопроизвольного отпуска тормозов в части состава или во всем поезде (на равнинном режиме отпуска) при неисправности отпускного электропневматического вентиля только на одном вагоне;
- упрощение и ускорение процесса установки электропневматического блока в тормозную систему единицы железнодорожного транспортного средства (установка и демонтаж производится посредством четырех гаек);
- унификацию и возможность установки одного электропневматического блока на все разновидности вагонов и локомотивов.
Заявляемый технический результат достигается тем, что система управления торможением железнодорожного транспортного средства содержит расположенные на каждой единице, входящей в состав транспортного средства, пневматический воздухораспределитель, подключенный к пневматической тормозной магистрали, контроллер, электропневматический блок, включающий в себя подключенные к контроллеру электропневматический вентиль торможения, предназначенный для сообщения тормозной магистрали с атмосферой, и электропневматический вентиль отпуска, предназначенный для соединения канала тормозной магистрали с рабочей камерой воздухораспределителя, а также датчик давления, подключенный к тормозной магистрали и контроллеру, при этом контроллер соединен с установленным на локомотиве блоком управления, к которому подключен кран машиниста, соединенный с пневматической тормозной магистралью.
Электропневматический блок может дополнительно содержать датчики давления, подключенные к тормозному цилиндру и рабочей камере воздухораспределителя.
Связь контроллера, блока управления и датчиков давления осуществляется посредством проводной или беспроводной (например, по радиоканалу) связи.
Электропитание электропневматического блока осуществляется с использованием аккумулятора.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где
фиг. 1 - структурная схема системы управления торможением железнодорожного транспортного средства;
фиг. 2 - схема электропневматического блока.
Предлагаемая система управления торможением железнодорожного транспортного средства включает в себя электропневматический блок 1, размещенный между привалочными фланцами двухкамерного резервуара (ДР) 2 и магистральной части (МЧ) 3 пневматического воздухораспределителя, например №483, установленного на каждом вагоне 4 и каждой секции локомотива 5 (см. фиг. 1, на которой рассмотрен случай односекционного локомотива). Для фильтрации сжатого воздуха на входе воздухораспределителя используется входной фильтр (на чертеже не показан).
Электропневматический блок 1 (фиг. 2) представляет собой корпус, на котором размещены электропневматический вентиль торможения 6, предназначенный для соединения тормозной магистрали (ТМ) 7 с атмосферой, электропневматический вентиль отпуска 8, предназначенный для соединения канала ТМ 7 с рабочей камерой 9 воздухораспределителя. В корпусе выполнены каналы, соединяющие камеры воздухораспределителя в соответствии с фиг. 2 - канал 10 тормозной магистрали 7, канал 11 рабочей камеры 9, канал 12 золотниковой камеры (ЗК) 13, канал 14 дополнительной разрядки тормозной магистрали (КДР).
Электропневматический блок 1 содержит, по меньшей мере, один датчик давления 15 (фиг. 2), подключенный к тормозной магистрали 7.
Электропневматические вентили 6, 8 и датчик давления 15 соединены с контроллером 16, расположенным на каждом вагоне 4 и каждой секции локомотива 5. Контроллер 16 соединен с блоком управления 17, расположенным на локомотиве 5 - на кране машиниста 18. Контроллер 16 осуществляет прием и обработку команд блока управления 17, а также непосредственно управляет электропневматическими вентилями 6, 8 и принимает данные с датчика давления 15. Связь и обмен данными между блоком управления 17 и контроллерами 16, а также между датчиком давления 15 и контроллером 16 осуществляется посредством проводной или беспроводной (например, по радиоканалу) связи. Сигналы (торможение, отпуск, ступень торможения, ступень отпуска, полный отпуск и т.д.) кодируются при помощи модема (на чертеже не показан) и могут передаваться по проводной линии 19 даже при наличии в проводе постоянного напряжения или переменного напряжения низкой частоты (50 Гц), используемого для питания электронной и электропневматической части тормоза транспортного средства или при помощи радиосвязи. Питание контроллера 16 осуществляется от аккумулятора 20, зарядка которого может производиться от осевого генератора (на чертеже не показан), установленного на каждом вагоне 4, или с использованием проводной линии электропитания 19, проходящей по всему подвижному составу от локомотива 5. Питание контроллера 16, расположенного на локомотиве 5, осуществляется от аккумулятора 20, зарядка которого может производиться от питающей сети локомотива. Эта же линия может быть использована для передачи модулированных сигналов управления тормозом, а также для передачи сигналов телеметрии от каждого вагона 4 и каждой секции локомотива 5 на блок управления 17. Использование модулированных сигналов для связи между контроллерами 16 и блоком управления 17 уменьшает влияние внешних электрических помех и тяговых токов на управление тормозами. Поскольку имеет место использование применяемого на пассажирском подвижном составе электропневматического рукава, то возможно дублирование питающей (сигнальной) линии для повышения надежности связи и электропитания. Соединительный рукав устроен таким образом, что при обрыве поезда рвется тормозная магистраль 7 и два провода (основной и дополнительный) электропитания тормозной системы, при этом обесточиваются электропневматические вентили 6, 8, что приводит к активизации пневматического управления тормозом и к остановке поезда без участия контроллера 16 (задействован только пневматический воздухораспределитель). Возможна ситуация, когда при обрыве поезда контроллеры 16 (перешедшие на питание от аккумулятора 20), ближайшие к месту обрыва, формируют команду на экстренное торможение. Команда передается по линии связи в головную и хвостовую части поезда, все контроллеры 16 транспортного средства равномерно и одновременно разряжают ТМ 7, благодаря чему поезд останавливается без сильной динамики. В случае когда происходит обрыв только ТМ 7 или сильная утечка сжатого воздуха из ТМ 7 (без обрыва питающих проводов 19), происходит самопроизвольное торможение поезда из-за срабатывания воздухораспределителей, контроллер 16 при помощи датчика давления 15 фиксирует снижение давления в ТМ 7 до определенной величины и передает информацию блоку управления 17 на локомотив 5. В дальнейшем эта информация, полученная с контроллеров 16, может быть использована для определения места утечки из тормозной магистрали 7. В случае если блоком управления 17 или машинистом обнаружена неисправность датчика давления 15, принимается решение о дальнейшем движении или экстренной остановке поезда. В случае если происходит обрыв только питающих (сигнальных) проводов 16 (или ухудшение контактов в соединениях), без повреждения ТМ 7, то контроллеры 16 (питающиеся от аккумуляторов 20) автоматически переводят тормозную систему в режим пневматического управления от крана машиниста 18 по ТМ 7, обесточивая вентили 6, 8, либо переходят на радиоуправление (при его наличии). Кроме того, нет необходимости контролировать целостность подвижного состава, т.к. прием блоком управления 17 телеметрии с последнего вагона является подтверждением целостности всего поезда. Помимо телеметрической, диагностической информации на блок управления 17 с каждого вагона 4 может передаваться информация о номере вагона, наличии груза, их качественные характеристики и т.д.
Предлагаемый тормоз в различных режимах работает следующим образом.
Машинист при ведении поезда выполняет манипуляции пневматическим краном машиниста 18, как при управлении штатным пневматическим тормозом. Блок управления 17, расположенный на кране 18, преобразует команды управления пневматическим тормозом в модулированные сигналы - команды управления электропневматическим тормозом, которые сначала одновременно или по цепочке поступают на модемы контроллеров 16, а затем, после обработки, поступают уже непосредственно на электропневматические вентили 6, 8. В тормозной магистрали 7 поезда давление изменяется в соответствии с действиями машиниста. В случае необходимости переход только на пневматическое управление может быть произведен подачей команды с блока управления 17 на обесточивание всех вентилей и это не нарушит процесс управления тормозами. При этом пневматические схемы тормозных систем вагона 4 и локомотива 5 полностью соответствуют типовой схеме включения грузового пневматического воздухораспределителя. Таким образом, для перехода на традиционное пневматическое управление необходимо обесточить оба вентиля 6, 8. В этом режиме управление тормозом поезда осуществляется краном машиниста 18, расположенным на локомотиве 5, а сигналы управления передаются по тормозной магистрали 7 в виде соответствующего понижения или повышения установившегося давления. Электропневматические вентили 6, 8 не участвуют в работе тормоза.
Зарядка тормозной системы вагона 4 и каждой секции локомотива 5 сжатым воздухом (всех камер - ЗК 13, РК 9 и запасного резервуара 21) - подготовка к действию тормоза - производится при обесточенном состоянии всех электропневматических вентилей 6, 8 и выполняется аналогично зарядке при пневматическом управлении через полости и каналы воздухораспределителя из питающей ТМ 7.
Состояние торможения. Машинист тормозным пневматическим краном 18 снижает давление в ТМ 7, блок управления 17 формирует команду, в которой задана величина давления, на которую нужно разрядить ТМ 7 (ступень торможения). Контроллеры 16, получив команду от блока управления 17, устанавливают под ток электропневматический вентиль торможения 6, электропневматический вентиль отпуска 8 обесточен. Вентиль 6 сообщает полость ТМ 7 с атмосферой. При торможении происходит одновременная по всей длине состава разрядка ТМ 7 в атмосферу, при этом через пневматический регулятор (на чертеже не показан) главной части 22 воздухораспределителя сжатым воздухом наполняется ТЦ 23 из ЗР 21. Давление в ТМ 7 контролируется датчиком 15. Информация о давлении в ТМ 7 с датчика 15 поступает в контроллер 16 и в случае достижения заданной величины или по истечении заданного времени контроллером 16 вырабатывается команда на закрытие вентиля 6, разрядка ТМ 7 прекращается. После разрядки ТМ 7 до необходимого давления (определяется режимом торможения) возникает состояние, когда давление в ТМ 7 не меняется, оба вентиля 6, 8 обесточены, в ТЦ 23 воздухораспределителем поддерживается давление сжатого воздуха, пропорциональное снижению давления в ТМ 7.
Ступенчатое торможение. Машинист может выполнить торможение пневматическим краном 18 не за один прием, а ступенями, с выдержкой времени после каждой ступени торможения, в этом случае блок управления 17 формирует команду, в которой задана величина давления, на которую нужно разрядить ТМ 7 от установившейся величины, при этом вентиль 6 установлен под ток, вентиль 8 обесточен. Датчик давления 15 фиксирует величину давления в ТМ 7 и передает ее на контроллер 16. При достижении заданной величины или по истечении определенного времени вырабатывается команда на приведение вентилей 6, 8 в обесточенное состояние. Воздухораспределитель увеличивает давление в тормозном цилиндре 23 пропорционально снижению давления в ТМ 7.
Состояние полного отпуска. Блок управления 17 формирует команду полного отпуска, каждый контроллер 16 в составе, приняв команду, устанавливает под ток вентиль 8, при этом вентиль 6 обесточен. Контроллер 16 при помощи датчика 15 фиксирует давление в ТЦ 23 и при достижении давления в ТЦ 23 величины, близкой к нулю, или по окончании определенного промежутка времени вырабатывает команду на перевод тормозной магистрали в состояние перекрыши (электропневматические вентили 6, 8 обесточены).
Принудительный отпуск тормозов в горочных парках подготовки составов к роспуску выполняется, когда блок управления 17 выработает соответствующую команду, при этом контроллер 16 устанавливает под ток вентили 6 и 8, воздух из ТМ 7, РК 9 выходит в атмосферу, тормоз полностью разряжается (кроме ЗР 21) и отпускает. После полного отпуска или по окончании заданного промежутка времени можно обесточить вентили 6 и 8.
Ступенчатый отпуск. Машинист может выполнить отпуск тормозов не в один прием, а ступенями с выдержкой времени после каждой ступени. Это возможно, когда на всех воздухораспределителях включен «горный» режим отпуска. Для этого, не меняя положения ручки пневматического крана 18, машинист нажимает на кнопку управления отпуском, расположенную на блоке управления 17. Блок управления 17 вырабатывает соответствующую команду и передает ее контроллерам 16. Контроллеры 16, получив команду, устанавливают вентиль 8 под ток на заданный короткий промежуток времени, вентиль 6 - обесточен. Далее вентиль 8 обесточивается, обеспечивая состояние перекрыши ТМ 7. Происходит снижение давления в РК 9 воздухораспределителя на некоторую величину и соответствующее уменьшение давления в ТЦ 23. Машинист может повторить данную манипуляцию несколько раз до полного отпуска тормозов (контроль может осуществляться по датчику давления в ТЦ 23), после чего он может перевести кран машиниста 18 в положение полного отпуска. Для более точного управления ступенчатым отпуском может быть использован датчик давления, подключенный к рабочей камере воздухораспределителя (на чертеже не показан).
Датчик давления (на чертеже не показан), подключенный к ТЦ 23, может быть использован для диагностики неисправностей воздухораспределителя.
Для обеспечения требуемого темпа наполнения ТЦ 23 сжатым воздухом (при торможении), а также для требуемого темпа освобождения ТЦ 23 от сжатого воздуха (при отпуске), возможно, понадобится доработка тормозного и отпускного клапанов регулятора главной части воздухораспределителя в части увеличения проходных сечений. На работу воздухораспределителя при пневматическом и электропневматическом управлении данная доработка не окажет никаких отрицательных воздействий.
Заявляемая система управления торможением железнодорожного транспортного средства позволяет:
- снизить электропотребление тормозной системой вагона;
- ускорить процесс разрядки тормозного цилиндра;
- сократить время отпуска локомотива и каждого вагона в отдельности и повысить равномерность процесса отпуска в поезде в целом;
- уменьшить продольно-динамические силы при отпуске;
- сократить время подготовки поезда к движению при отпуске;
- определять место утечки сжатого воздуха из тормозной магистрали либо неисправный воздухораспределитель, вызывающие самопроизвольное срабатывание тормозов;
- увеличить безопасность движения поездов.