ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в устройствах тормозной системы пассажирских железнодорожных транспортных средств.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемой полезной модели является электропневматическая тормозная система (RU 77229 U1, B60T 13/36, опубл. 20.10.2008), содержащая тормозную магистраль, электровоздухораспределитель, рабочую камеру, устройство ограничения давления в тормозном цилиндре, пневматический воздухораспределитель и ускоритель экстренного торможения с резервуаром ускорителя, реле давления, переключательным клапаном, разобщительным краном.
Однако существенным недостатком прототипа является сложность электропневматической тормозной системы.
Задачей заявленной полезной модели является повышение безопасности движения пассажирских железнодорожных транспортных средств.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящей полезной модели, заключается в повышении надежности работы электропневматической тормозной системы, обеспечивающей повышение безопасности движения пассажирских железнодорожных транспортных средств.
Указанный технический результат достигается за счет того, что электропневматическая тормозная система содержит тормозную магистраль, по меньшей мере, один электровоздухораспределитель, реле давления, кран машиниста, датчики давления, разобщительные краны, резервуары, тормозные цилиндры, манометры и установку снабжения сжатым воздухом. Кроме того, электропневматическая тормозная система содержит электронную систему управления торможением, выполненную с возможностью регулирования противоюзных устройств и управления стояночными пружинными тормозами всех тележек, клапан принудительной остановки поезда, аварийную ударную кнопку экстренной остановки, блок подачи сжатого воздуха на пневморессоры для регулирования положения вагона, две системы управления пантографом с безмасляным вспомогательным воздушным компрессором, устройства для подачи песка, зависящие от направления движения, в головных вагонах, тормозные диски и соответствующие компактные клещевые механизмы, регулируемый электропневматический регулятор тормозного нажатия, содержащий электромагнитные клапаны и датчик давления, и выполненный с возможностью преобразования электрических команд, поступающих от электронного блока управления в пневматические сигналы, при этом электронный блок управления торможением выполнен с возможностью расчета соответствующего давления в тормозных цилиндрах для создания необходимых тормозных усилий. Электропневматическая тормозная система выполнена с возможностью пневматического управления автосцепным устройством и управления тифоном. Установка снабжения сжатым воздухом содержит безмасляный компрессор и двухкамерный осушитель воздуха.
На приведенном чертеже (фиг.1) схематично изображена схема предлагаемой электропневматической тормозной системы железнодорожного транспортного средства, где 1 - резервный тормозной кран машиниста, 2 - контроллер движения торможения, 3 - экстренное торможение, 4 - служебное торможение, 5 - блок управления тормозами, 6 - центральный блок управления, 7 - менеджер торможения сегмента, 8 - блок управления приводом, 9 - аналоговый преобразователь, 10 - распределительный клапан, 11 - локальный блок управления тормозами, 12 - релейный клапан, 13 - оборудование тележки, 14 - менеджер торможения поезда, 15 - кнопка экстренного торможения, 16 - многофункциональная поездная шина MVB, 17 - петля экстренного торможения, 18 - датчик давления тормозной магистрали, 19 - тормозная магистраль.
Электропневматическая тормозная система содержит электрический тормоз, электропневматический тормоз (фрикционный тормоз), стояночный пружинный тормоз.
Для служебного торможения используется преимущественно электрический тормоз.
Фрикционное торможение осуществляется с помощью электропневматической тормозной системы (электропневматическим тормозом) прямого действия, которая имеет модульную конструкцию типа «ЕР Compact», и блоком управления тормозной системой (БУТС).
Работу электропневматического тормоза в качестве резервного варианта, возможно поддержать пневматическим тормозом непрямого действия, управляемым посредством разрядки тормозной магистрали с воздействием на воздухораспределители КЕ.
Для предотвращения скатывания и юза поезда при активированном стояночном тормозе каждая моторная тележка оснащена двумя стояночными пружинными тормозами, а каждая немоторная тележка - тремя или четырьмя стояночными пружинными тормозами.
Энергоносителем тормозной системы является сжатый воздух, который подается безмаслянной системой подачи сжатого воздуха, расположенной в среднем вагоне, и аккумулируется в воздушных резервуарах.
Функции управления тормозами объединяются в каждом вагоне, главным образом, в контейнере тормозного оборудования, который устанавливается в подвагонном пространстве.
В непосредственной близости от тележки устанавливаются противоюзные клапаны, которые поосно управляют противоюзной защитой. Тормозное механическое оборудование, установленное на тележки, создает силы торможения и передает их далее. Тормозные чугунные диски моторных осей находятся на колесах, на немоторных осях чугунные диски расположены на оси колесной пары. Для каждого типа диска имеются соответствующие клещевые механизмы с композитными тормозными накладками.
Оборудование пневматического и электропневматического тормоза состоит из следующих компонентов:
- один контейнер тормозного оборудования на вагон с «ЕР Compact» и электронной системой управления торможением с регулированием противоюзных устройств и управлением стояночными пружинными тормозами всех тележек;
- один воздухораспределитель КЕ и прочее оборудование тормоза непрямого действия на вагон;
- пневматический кран машиниста, манометры, клапан принудительной остановки поезда, аварийная ударная кнопка экстренной остановки;
- четыре колесных тормозных диска и соответствующие компактные клещевые механизмы на каждую моторную тележку;
- шесть осевых тормозных дисков и соответствующие компактные клещевые механизмы на каждую немоторную тележку;
- две установки снабжения сжатым воздухом с безмасляным компрессором и двухкамерным осушителем воздуха;
- блок подачи сжатого воздуха на пневморессоры для регулирования положения вагона;
- две системы управления пантографом с безмасляным вспомогательным воздушным компрессором;
- пневматическое управление автосцепным устройством;
- управление тифоном;
- пневматические индикаторы (внешние индикаторы для каждого вагона и два манометра в кабинах машинистов);
- устройства для подачи песка, зависящие от направления движения, в головных вагонах;
- датчики давления и разобщительные краны.
Установка снабжения сжатым воздухом содержит компрессорный агрегат с трехфазным двигателем 380 В, 50 Гц, соединительный рукав, предохранительный клапан 1,2 МПа, воздухоосушительную установку, предохранительный клапан 1,05 МПа, обратный клапан (для подачи воздуха от внешнего источника), фильтр трубопровода (фильтр предварительной очистки для подачи воздуха от внешнего источника), разобщительный кран для подачи воздуха от внешнего источника с модулем выключателя, дроссель и быстроразъемную муфту (для системы подачи воздуха от внешнего источника).
Компрессорный агрегат подвешен в соответствующей сварной раме на четырех стальных пружинных элементах (упругих опорах), благодаря чему уменьшается передача вибраций компрессорного агрегата на раму.
Управление включением и выключением компрессора осуществляется датчиками давления. Управление компрессорами производится при помощи системы управления поездом. При зарядке пневматической системы оба компрессора работают параллельно. В диапазоне от 0,85 до 1,0 Мпа используется один из компрессоров (выбор компрессора осуществляется программным обеспечением поезда). Если давление в питательной магистрали падает ниже 0,7 МПа, подключается второй компрессорный агрегат. При выходе из строя одного из компрессорных агрегатов другой компрессорный агрегат берет работу на себя. Для обеспечения подачи достаточного количества сжатого воздуха могут отключаться побочные потребители, например, сушка песка.
Благодаря тому, что воздух не содержит масла, не требуется установка масляного фильтра сверхтонкой очистки, а также установки для сбора конденсата после компрессорного агрегата.
Таким образом, не требуется утилизации масла, конденсата и материалов фильтра, загрязненных маслом. Срок службы подключенного после компрессора осушителя воздуха повышается.
В пневматических системах без воздухоосушительной установки присутствие влаги в сжатом воздухе зачастую ведет к возникновению неисправностей и износу пневматических устройств вследствие коррозии и опасности замерзания. При любой температуре окружающей среды воздух в системе осушается до уровня, исключающего появления воды в пневматической системе - то есть относительная влажность должна быть ниже 35%.
Двухкамерный осушитель воздуха приводится в соответствие с производительностью компрессорного агрегата. Электронный механизм переключения, а также термостатически регулируемый нагреватель клапана спуска воды и шумоглушитель системы выпуска воздуха являются компонентами прибора.
Устанавливаемая система управления торможением представляет собой конструкцию «ЕР Compact» в сочетании с электронным блоком управления тормозной системой.
Основным элементом системы управления торможением является электропневматическая система управления прямодействующим тормозом, управляемая микропроцессором. Вторичная, исключительно пневматическая часть реализуется посредством непрямого включения тормозной магистрали при помощи воздухораспределителя КЕ.
Управление тормозной системой охватывает как аппаратное, так и программное обеспечение. Основные функции управления дифференцируются следующим образом:
- электронная обработка всех сигналов торможения;
- управление противоюзным устройством в БУТС;
- создание давления в тормозном цилиндре для тормоза прямого и непрямого действия;
- корректировка загрузки;
- управление стояночным тормозом.
Пневматические компоненты собраны в группы на панелях с отверстиями. На панели и в контейнеры тормозного оборудования установлены следующие группы пневматического оборудования:
- снабжение сжатым воздухом пневматических рессор и подача питающего давления на блок;
- модуль «ЕР Compact»;
- модуль вспомогательного оборудования;
- модуль кранов;
- модуль воздухораспределителя.
Программное обеспечение БУТС обрабатывает все сигналы торможения, в то время как «EP-Compact» - задания программного обеспечения системы торможения и создает давление С в тормозных цилиндрах для фрикционного тормоза. «EP-Compact» является центральным компонентом прямодействующей системы управления торможением. Функция корректировки загрузки необходима для того, чтобы адаптировать тормозное усилие к различным состояниям загрузки электропоезда. Корректировка загрузки осуществляется при помощи градуировки давления в тормозном цилиндре в соответствии с давлением загрузки в универсальном преобразователе давления при помощи «EP-Compact». Давление загрузки регистрируется в каждом вагоне в пневматических рессорах обеих тележек. При помощи клапана среднего давления выводится среднее значение из двух значений давления. Оно используется в качестве входного сигнала для корректировки загрузки.
«EP-Compact» - прямодействующая тормозная система, являющаяся электропневматической тормозной системой на сжатом воздухе с удобным и надежным служебным тормозом, регулируемым электропневматическим регулятором тормозного нажатия (в составе которого работают электромагнитные клапаны и датчик давления), посредством которого электрические команды, поступающие от электронного блока управления, преобразуются в пневматические сигналы. Экстренное торможение осуществляется посредством срабатывания электромагнитного клапана вследствие разрыва петли экстренного торможения в обход электропневматического регулятора, который управляется микропроцессором.
При поступлении команды «торможение» заданный параметр торможения передается от электронного блока управления поездом при помощи поездной шины на электронный блок управления торможением. Исходя из этого заданного параметра электронный блок управления торможением рассчитывает соответствующее давление в тормозном цилиндре для создания необходимых тормозных усилий. Это значение давления бесступенчато, точно (линейно и без гистерезиса) и быстро преобразуется в модуле управления торможением при помощи электропневматического регулятора в предварительное управляющее давление CV.
При служебном торможении вместе с приоритетным электрическим тормозом используется исключительно прямодействующий тормоз. Распределение общего тормозного усилия на разные тормозные системы (совмещение тормозов) производится системой управления торможением.
Сначала производится регулирование электрического тормоза (при пустом поезде ограничивается верхним максимально допустимым пределом величины сцепления). Если необходимо увеличить тормозное усилие, то на моторных вагонах выполняется добавочное торможение (электропневматический тормоз) до достижения базового усилия. Базовое усилие зависит от силы торможения, запрошенной машинистом. Если после этого необходимо увеличить тормозное усилие для достижения «ЗАДАННОГО» замедления, оставшееся тормозное усилие распределяется пропорционально (в процентном отношении) на все тележки. Тем не менее, при этом всегда учитываются пределы величины сцепления.
В штатном рабочем состоянии программное обеспечение электронных блоков управления тормозами типа ESRA по таким входным параметрам, как загрузка поезда, запрос на торможение, скорость и наличие готовых к работе тормозных систем, определяет необходимые тормозные усилия для служебного торможения и представляет эту информацию в виде электрического сигнала. Преобразование сигнала в давление (предварительное управляющее давление CV) производится при помощи электропневматического регулятора. Электромагнитные клапаны выполняют функцию бесступенчатого, точного (линейного и без гистерезиса) и быстрого повышения или уменьшения давления. Датчик давления используется для измерения установленного давления CV. Электропневматический регулятор вместе с электронной системой управления и ее программным обеспечением составляют регулирующий контур.
Заданное предварительное управляющее давление CV подается универсальному преобразователю давления EDU при помощи магнитного клапана экстренного торможения, который удерживается в активном состоянии при электропневматическом служебном торможении, и клапана ограничения давления CV.
В случае отказа клапана экстренного торможения давление CV создается параллельно при помощи электропневматического регулятора. К патрубку постоянно прилагается среднее значение давления загрузки, которое передается универсальному преобразователю давления. Данное давление загрузки измеряется датчиком давления. Приложенные давления CV и давление загрузки выступают в качестве управляющих величин для универсального преобразователя давления, с помощью которого давление подачи, поступающее от питательного резервуара, преобразуется с корректировкой загрузки и увеличением мощности в давление в тормозном цилиндре. Это давление потом подается на тормозной цилиндр через патрубки. При скоростях менее 10 км/ч фрикционный тормоз, управляемый системой управления торможением, плавно принимает общее тормозное усилие от электрического тормоза до полной остановки и затем автоматически включает стояночный тормоз для предотвращения скатывания поезда.
Прямодействующий электропневматический тормоз используется для выполнения следующих задач:
служебное торможение (в зависимости от загрузки) как дополнение к электрическому тормозу посредством фрикционного тормоза;
удержание поезда - во время простоя поезда препятствует скатыванию поезда;
режим дотормаживания (в зависимости от загрузки) - при скоростях менее 10 км/ч перенимает тормозное усилие в моторных и немоторных тележках;
экстренное торможение (в зависимости от загрузки) - максимальное замедление в аварийной ситуации, с противоюзной защитой и корректировкой загрузки при помощи клапанов экстренного торможения (на блоках пневматического тормозного оборудования).
Прямодействующий тормоз также устанавливает соответствующее тормозное давление при помощи электропневматического регулятора давления, если клапаны экстренного торможения не могут функционировать в результате поломки.
Прямодействующий экстренный тормоз функционирует быстрее, чем непрямодействующий. При запросе на экстренное торможение подача песка осуществляется автоматически. При экстренном торможении через петлю безопасности экстренного торможения одновременно активируются как Прямодействующий электропневматический, так и автоматический пневматический тормоза, чтобы при отказе первого тормоза второй вступал в действие. Давление в тормозных цилиндрах в обоих случаях одинаково.
Аварийное торможение (в зависимости от загрузки) - Прямодействующий тормоз действует так же, как и в случае экстренного торможения, однако в дополнение к фрикционному тормозу добавляется электрический тормоз, что повышает сцепление на µ=0,04 при 160 км/ч и на µ=0,07 при меньших скоростях. При запросе на аварийное торможение подача песка, как и в случае экстренного торможения, осуществляется автоматически.
При аварийном торможении через петлю безопасности экстренного торможения одновременно активируются как Прямодействующий электропневматический, так и автоматический пневматический тормоза, чтобы при отказе первого тормоза второй вступал в действие. Давление в тормозных цилиндрах в обоих случаях одинаково.
Воздействие петли безопасности экстренного торможения на прямодействующий тормоз осуществляется посредством электромагнитного клапана экстренного торможения. Если петля безопасности экстренного торможения не разорвана, предварительное управляющее давление генерируется и подается при помощи электропневматического регулятора давления. В случае экстренного торможения электромагнитный клапан экстренного торможения размагничивается посредством разрыва петли безопасности. Вследствие этого пневматическая магистраль, идущая от электропневматического регулятора - блокируется. Пневматическая магистраль, ведущая к преобразователю давления, работающему в зависимости от загрузки, непосредственно (в обход электропневматического регулятора, управляемого с резервированием) заполняется максимальным предварительным управляющим давлением, которое уменьшается при помощи редукционного клапана. Если электромагнитный клапан экстренного торможения при экстренном торможении не срабатывает в результате поломки, электропневматический регулятор давления, нагружает управляющий трубопровод давлением экстренного торможения с резервированием. Предварительное управляющее давление CV как прямодействующего, так и непрямодействующего тормоза корректируется в зависимости от загрузки.