Введение.
Передачей мощности называют устройство или комплекс устройств, дающих возможность изменять передаточное число системы с целью изменения скорости движения и силы тяги транспортной машины, в данном случае — локомотива.
Изменение передаточного числа может осуществляться механическими устройствами, чисто электрическими преобразователями, либо комбинированно. Традиционно для локомотивов считается, что передача мощности характерна для тепловозов, где она осуществляет трансформацию момента вала дизеля и его мощности в механическую энергию тяги локомотива. В зависимости от применяемых элементов передачи различают механические, гидравлические, гидромеханические и электрические передачи различного вида.
Наиболее широкие возможности выбора типа передачи мощности существуют для автономных локомотивов – тепловозов, газотурбовозов, паротурбовозов. Ограниченные возможности имеет неавтономный электроподвижной состав, где используется только электрическая передача мощности, с ограниченными возможностями изменения рабочего напряжения на тяговых двигателях. Большинство тепловозов, работающих на магистральных железных дорогах мира, оборудованы электрическими передачами мощности. Другие виды передач мощности на магистральных тепловозах встречаются реже. Для тепловозов специфическое отличие заключается в разделе регулирования тягового генератора.
Спецификой изучения электрических передач мощности локомотивов является его обобщающее свойство. Результативное изучение может быть достижимо при условии наличия основных знаний по курсам “Электротехника”, “Электрические машины и трансформаторы”, “Локомотивные энергетические установки”, “Теория автоматического регулирования” и ряд других, изучение которых опережает данный курс.
Краткая история развития тормозов.
Первый поезд из пяти груженых вагонов, который со скоростью около 8 км/ч в 1804 г. в Англии провел паровоз Ричарда Тревитика, был оборудован ручными тормозами. Такие же тормоза с деревянными колодками и специальными людьми — тормозильщиками применялись и на первых отечественных железных дорогах: Нижнетагильской (1834 г.) и Петербург-Царское село (1837 г.).
Механический непрерывный тормоз, управляемый с помощью натянутого вдоль поезда троса, был применен на Николаевской (Октябрьской) железной дороге, построенной в 1843-1851 гг. Первые пневматические: прямодействующий неавтоматический и автоматический непрямодействующий тормоза были созданы Д. Вестингаузом в 1869—1872 гг.
Основной идеей, реализованной в этих тормозах, стало применение воздухопровода-тормозной магистрали (ТМ) с соединительными рукавами, которыми оборудовалась каждая подвижная единица. В поезде после соединения рукавов создавался непрерывный пневматический канал, через который можно подавать энергию в виде сжатого воздуха на вагоны от локомотива, а также и управлять тормозными процессами путем изменения давления в ТМ.
Дальнейшее развитие тормозной техники было посвящено решению одной важной задачи - повышению уровня реализуемого сцепления между колесами поезда и рельсами при торможении и, таким образом, повышению тормозной эффективности. С учетом этого из большого количества иностранных тормозных систем профессором Н.П. Петровым в 1897 г. после сравнительных испытаний были отобраны для Российских железных дорог тормоза двух фирм: Вестингауз и Нью-Йорк.
Ими оборудовался как пассажирский, так и грузовой подвижной состав, но не в полном объеме, поскольку часть вагонов была нетормозной. Эти вагоны были оснащены так называемыми пролетными трубками, которыми обеспечивалась только непрерывность пневматического канала в поезде, но тормозные устройства на них отсутствовали. Сила сцепления колес с рельсами в таких поездах использовалась не более чем на 15-20 %.
Первым отечественным прибором управления тормозами, созданным в 1928 г., был кран машиниста (КМ), разработанный талантливым специалистом Ф.П. Казанцевым. Он имел автоматические перекрыши, звуковой сигнализатор обрыва тормозной магистрали, взаимозаменяемые детали и успешно эксплуатировался вплоть до 1953 г. С переходом на электрическую и тепловозную тягу и ростом длины поездов потребовалось применение сверхзарядного давления, темпа мягкости и повышение питательной способности, что привело к созданию в 1957 г. крана машиниста № 222, а затем в 1966 г. более совершенного № 394.
В 1925 г. Московский тормозной завод (ныне АО "Трансмаш") начал серийно выпускать первые отечественные воздухораспределители (ВР) Казанцева, которые выгодно отличались от зарубежных, особенно в плане неистощимости. С этого времени попыток использования импортной тормозной техники в нашей стране не предпринималось. Отечественная промышленность выпускала тормозные устройства, разработанные исключительно своими специалистами и ориентированные на определенные неблагоприятные условия эксплуатации и обслуживания с учетом особенностей и географического положения страны.
Таким образом, с 1932 по 1953 гг. серийно выпускались ВР № М-320, созданные другим известным изобретателем И.К. Матросовым. Он же, производя последовательную модернизацию этого устройства, обеспечил в течение нескольких лет переход на ВР МТЗ-135 (1953 г.), затем № 270-002 (1959 г.) и № 270-005 (1968 г.). Последнее существенное усовершенствование отечественных грузовых воздухораспределителей произошло в 1976 г. переходом к прибору № 483. Он обеспечивает высокую скорость тормозной волны 300 м/с, стандартность действия по давлению, позволяет водить поезда весом 80-85 тыс. кН и обладает многими другими положительными свойствами, которые ставят его в ряд лучших тормозных устройств в мировой практике тормозостроения.
Применяемые в настоящее время пассажирские воздухораспределители № 292-001 выпускаются с 1958 г. Московским тормозным заводом (МТЗ) и являются очередной модернизацией тройного скородействующего клапана Вестингауза. Электропневматическим тормозом (ЭПТ) с электровоздухораспределителями (ЭВР) № 305 начали оборудовать электропоезда с 1948 г., а пассажирские с локомотивной тягой с 1958 г.
Для уменьшения регулировок рычажных передач и снижения потерь передаваемых усилий с 1947 г. применяют автоматические регуляторы выхода штока ТЦ. В настоящее время используются винтовые одностороннего действия регуляторы рычажной передачи № 574Б и РТРП-675. Корректировку давления в тормозном цилиндре в зависимости от загрузки вагона осуществляют другие регуляторы — авторежимы, также имеющие свою 50-летнюю историю развития. С 1965 г. наряду с чугунными стали использовать, особенно на грузовых составах, композиционные тормозные колодки, обладающие высокой износостойкостью и стабильным коэффициентом трения, мало зависящим от скорости движения.
Большой вклад в развитие отечественной тормозной науки и техники внесли известные ученые и конструкторы Н.П. Петров, Ф.П. Казанцев И.К. Матросов, Б.Л. Карвацкий, В.Ф. Егорченко, В.М. Казаринов, В.Г. Иноземцев, В.И. Крылов, В.В. Крылов и многие другие.
Несмотря на некоторое отставание в области высокоскоростного движения, в нашей стране к настоящему времени созданы высоконадежные и эффективные тормоза, обеспечивающие самые короткие тормозные пути и реализацию свойств сцепления на уровне 60-80 %.