Электрический реостатный тормоз.

На моторвагонных поездах, обращающихся на железнодорожных линиях с высокой скоростью дви­жения и линиях метрополитена, устанавливается электрический рео­статный гормоз. Отличительная особенность моторвагоиного подвиж­ного состава на этих линиях заключается в том, что для получения большой силы тяги каждая ось сопряжена с тяговым двигателем. При торможении поезда двигатели переводятся в генераторный режим ра­боты с самовозбуждением и к ним подключается нагрузка в виде ре­остатов. Кинетическая энергия поезда рассеивается на нагрев реоста­тов, а генераторы, расходующие энергию, создают сопротивление вра­щению колесной пары и тем самым движению поезда. Наличие двига­теля нa каждой оси позволяет получить большое замедление поезда при электрическом торможении.

При вращении генераторов за счет остаточного магнитного потока Фост главных полюсов возникает э.д.с.

Е= с Фост f (12.1)

где f — частота вращения диигателя;

с — согласующий коэффициент.

Самовозбуждение генератора и реостатное торможение возможны, если генераторы замкнуты па нагрузку, сопротивление нагрузки ме­нее критического и соблюдается соотношение

E > Iт (Rтр+Rд)

где Rтр и Rд — соответственно активное сопротивление нагрузочного реостата и двигателя;

Iт — тормозной ток генератора.

Управление тормозными устройствами каждого вагона проидводится по электрическим магистралям, прокладываемым вдоль поезда.

Электрически и тормоз представляет гобой комплекс устройств, который включает собственно электрический, электропневматический ('для замещения электрического) н пневматический тормоза и элементы связи между ними. В этом комплексе электрический является основ­ным служебным тормозом; электроппевматический имеет вспомога­тельное значение н автоматически вступает в действие при отказе элек­трического; пневматический тормоз используется при неисправности остальных тормозов.

К электрическому тормозу (рис. 12.16} относится контроллер уп­равления КУ на головном вагоне поезда, представляющий собой много-позиционпый переключатель электрических ценей, которым пользует­ся машинист; электрические магистрали управления ЭУ и ЭА, проло­женные вдоль поезда и имеющие разъемные электрические соединения СШ между вагонами, функциональные узлы з каждом вагоне: приборы для приведения схемы вагона в режим.торможения УТ блок тиристорного регулирования поля генераторов ТРП нагрузочные реостаты Р реостатный контроллер РК., представляющий собой много позиционный переключатель, управляемый приводом; тяговые двигатели ТД, свя­занные с каждой колесной парой К

Электропневматический тормоз составляют: цепь замещения элек­трического тормоза, проложенная вдоль поезда ЭЗ; вентили замещения в каждом вагоне В1 и В2, тормозные цилиндры; запасные резервуары (они же являются также частью пневматического тормоза). Пневматиче­ский тормоз составляют уже известные функциональные узлы.

Контроллер имеет нулевое, тяговые и несколько тормозных поло­жений. В этих положениях коммутируется ток поездного источника в тяговые цепи поезда (не показанные на рисунке) и тормозные цепи. Одно (крайнее) положение КУслужит для полного служебного тормо­жения, а остальные используются для создания частичного тормозно­го эффекта. В любом тормозном положении К.У ток поступает в цепь ЭУ, под воздействием которого приборы управления УТ готовят схему вагона к режиму торможения (отключают контактную сеть, собирают в группы все тпговые двигатели вагона, меняют полярность возбужде­ния в двигателях для работы в генераторном режиме, подключают к генераторам нагрузочные реостаты и т. п.).

При полном торможении ток от контроллера управления поступа­ет также и в цепь ЭА автоматического торможения с непрерывным вра­щением реостатного контроллера. Нормально РК занимает всегда ис­ходное положение (первую позицию), а под воздействием тока в цепи ЭА привод реостатного контроллера начинает скачками перемещать контакты контроллера с кратковременной остановкой на каждой по­зиции.

Применение электрического реостатного торможения с высоких скоростей сопряжено с опасностью возникновения кругового огня по коллектору и перебросу на корпус генератора, так как напряжение на коллекторе генератора прямо пропорционально величине магнитного потока машины и скорости движения поезда. Поэтому, чтобы снизить напряжение на коллекторе, необходимо уменьшить одну нэ величин, входящих в уравнение (12J). Возможным представляется только снижение магнитного потока. Поэтому к процессе торможения с высо­ких скоростей применяется метод ослабления ноля генераторов с по­мощью тирнсторного регулирования.

С другой стороны, применение ослабления поля значительно увели­чивает время возбуждення машины, и следовательно, уменьшает пер­воначальный тормозной эффект н в конечном счете удлиняет тормозной путь. Вместе с тем, учитывая то обстоятельство, что генераторы возбуждаются не мгновенно, а спустя некоторое время, первоначальный момент торможения с высокой скорости начинается при полном поле.

При достижении тока в генераторах определенного значения Iтр начинается тиристорное регулирование поля. Степень ослабления поля зависит от скорости начале торможения.

При действии тиристорного регулирования поля РК. остается на первой позиции и но мере снижения скорости происходит усиление поля от максимально ослабленного до полного. После выхода генера­торов на полное поле начинается реостатное торможение, а электрон­ная схема ТРП отключается.

Контактом РК при каждом шаге уменьшается сопротивление на­грузки, поскольку скорость поезда при торможении начинает падать, э. д. с. генератора также плавно уменьшается и соответственно тормозной ток в данной познцнн РК (рис. 12, 17) и тормозная сила.

При очередной позиции РК из-за уменьшения сопротивления Rтр тормозной ток скачком возрастает и, таким образом, сохраняется более высокий тормозной эффект в процессе снижения скорости.

Тормозной ток поддерживает­ся в заданных границах с таким расчетом, чтобы не превышался нормальный ток генератора, допус­тимый но нагреву обмоток, и обеспечивался требуемый тормозной эффект. Эту роль выполняет устройство, дополнительно задер­живающее РК на очередной позиции до тех пор, пока тормозной ток не снизится до тока уставки Iуст. Штриховые линии на рис. 12.17 показывают изменение тока в случае, когда реостатный кон­троллер остается на одной позиции.

При скорости поезда, близкой к нулю, э. д. с, генератора падает настолько, что нарушаются усло­вия возбуждении машины и тор­мозной эффект электрического тор­моза не проявляется. На последней позиции РК. приходит в действие замещающий фрикционный тормоз Эту роль выполняет часть пневматического тормоза (З P и ТЦ) и электромагнитный вентиль И1 (см. рис. 12.16), который полу­чает команду от РК и создает небольшое наполнение ТЦ сжатым воздухом, достаточное для быстрой остановки поезда при низкой скорости.

При выводе рукоятки КУ из тормозного положения питание привода РК прекращается, в результате чего контактная система автоматически в обратном порядке приходит с последней позиции на первую (этот же РК используется также и при тяговом режиме в схемах регулирования тока в двигателях в период пуска, не показанных на рисунке).

Другие тормозные положения рукоятки КУ используются для сту­пени служебного торможения. Манипулируя рукояткой, можно про­двигать РК по желаемой позиции и задерживать его на ней. В этом случае по мере снижения скорости поезда будет уменьшаться тормоз-noi'i ток в контуре, как показано на рисунке штриховыми линиями.

Электронневматпчее кий тормоз вступает в действие, когда ру­коятка КУ находится в положении полного служебного торможения, а схема тормозных устройств вагона, например из-за повреждения приборов управления электрическим тормозом УТ, отказывает. В дан­ном случае контроллер управления коммутирует ток в поездную цепь •замещения ЭЗ, от которой может возбудиться вентиль замещения В2 при условии, если УТ не выдало команду электрического торможения- В2 при возбуждении производит наполнение ТЦ сжатым воздухом из ЗР, н в цилиндре создается давление Рц, требуемое для полного слу­жебного торможения.

Выведенная из тормозного положения рукоятка контроллера уп­равления снимает ток из цсгти ЭЗ, и вентиль В2 производит выпуск воздуха из тормозного цилиндра.

Эксплуатационные характеристики. Принятый в электрическом тормозе принцип управления, при котором торможение осуществляет­ся посылкой тока в цепи управления, не обладает автоматичностью действии при неисправности устройств, поэтому при ответственных торможениях учитывается необходимость замещения электрического тормоза автоматическим пневматическим тормозом.

Одновременность действия тормоза во всем поезде допускает бы­строе нарастание и спад тормозной силы и дает высокую маневрен­ность управления тормозом Время подготовки электрического тормо­за характеризуется в основном временем самовозбуждения генераторов и временем хода реостатного контроллера до позиции, -на которой ге­нератор само возбуждаете я при низких скоростях, когда тирнсторное ре гу жирование нс работает. Предел тормозной эффективности электри­ческого тормоза ограничивается коэффициентом сцепления колес с рельсами и темпера ту рным режимом всех устройств при рассеивании кинетической энергии поезда Однако заклинивание колесяых пар при предельньзх значениях коэффициента сцепления н появление юза ме­нее вероятно, чем при фрикционном торможении. Это объясняется тем^ что тормозной ток и вместе с тем тормозная сила уменьшаются при снижении скорости вращения колеса. По этой причине при электри­ческом тормозе можно реализовать несколько большую тормозную силу и получить более короткие тормозные пути. Положительным свойством электрического тормоза является его неистощимость при высокой скорости движения поезда, поскольку для торможения используется не посторонняя сила, создаваемая за счет сжатого воздуха, а сила, реализуемая за счет кинетической энергии поезда, которая проявляется до тех пор, пока он движется.

Электрическое торможение происходит без трения колодок с по­верхностью колес. Благодаря этому поверхность колес не нагревается, тормозные пути становятся более стабильными, потому что отсутствует влияние такой непостоянной величины, как коэффициент трения, и, кроме того, отсутствуют продукты, вызванные трением (металличе­ская стружка или бакелитовая пыль). Это имеет важное значение, осо­бенно на линиях метрополитена, где эти продукты загрязняют воздух, а оседая на рельсах, могут приводить к замыканиям изолирующих сты­ков в рельсовых цепях.

По эксплуатационным свойствам электрический тормоз с уче­том резервирования его пневматическим может использоваться в наи­более совершенных системах CAP, автоматически регулирующих ско­рость поезда при сближении с препятствием.

Способы автоматического управления. Для включения электриче­ского тормоза по команде системы авторегулировки АР используются устройства автоматического управления тормозами АУ. при помощи которых при торможении коммутируется ток от поездного источни­ка в электрическую магистраль управления таким же образом, как и от КУ- При этом АУ разобщает от контроллера управления цели, предназначенные для приведения двигателей в тяговый режим работы.

Полное служебное электрическое торможение происходит изло­женным выше порядком с замещением электропневматическим торможе­нием при неисправности устройств УТ в схеме какого-либо вагона.

Исполнение команды автоматического торможения поезда прове­ряется специальными контрольными устройствами, которые приводят в готовность к действию экстренный пневматический тормоз. Эти устройства включают в себя средства контроля действия электриче­ского или электроииевматического тормоза в каждом вагоне КТ электрическую цепь контроля торможения ЭК., проложенную вдоль поезда; измеритель контрольного времени ВК. и срывной клапан экс­тренного пневматического торможения СК на головном вагоне.

Действие контрольных узлов и резервирование электрического торможения пневматическим протекают так. При выдаче команды электрического торможения устройства авторегулировки приводят в действие измеритель контрольного времени ВК, по истечении которого может автоматически вступить в действие пневматический тормоз за счет экстренной разрядки магистрали ТМ клапаном СК. Устройства К.Т каждого вагона контролируют определенный уровень тока Iт, в тормозном контуре, близкий к тому, который обеспечивается при нор­мальной работе реостатного контроллера, или определенное давление воздуха в тормозном цилиндре Рц. Такой контроль наступает через определенное время, когда реостатный контроллер достигает позиции. на которой самовозбуждается генератор или давление в тормозном цилиндре достигает контролируемого уровня. При правильном функционировании тормоза в поезде от источника тока последнего, вагона по цепи ЭК поступает сигнал на отмену экстренного торможения, ко­торый приводит ВК в исходное состояние, бывшее до момента торможе­ния. Контрольное время выбирается больше времени подготовки элек­трического тормоза при наиболее неблагоприятных условиях. К конт­рольным устройствам предъявляется требование — приводить уп­равляемую систему в более заграждающее состояние. В данном случае контрольные устройства выполняются таким образом, что повреждение их контролируется экстренным пневматическим торможением поезда.