О некоторых особенностях системы рекуперативного торможения
Одним из преимуществ гибридных и электромобилей (HEV) является их способность рекуперировать энергию торможения благодаря наличию системы рекуперативного торможения. В этой статье мы объясним, как работает эта энергосберегающая система. А также затронем особенности ее технического обслуживания.
Что представляет собой система рекуперативного торможения?
Из школьного курса физики мы знаем, что энергию невозможно создать или уничтожить — ее можно только преобразовать из одной формы в другую. На этом же принципе основана работа тормозной системы. Чтобы машина остановилась, кинетическая энергия, накопленная во время движения, должна куда-то уйти. В обычной гидравлической тормозной системе для преобразования кинетической энергии автомобиля в тепло используется сила трения, возникающая между тормозной колодкой и диском или барабаном. Затем тепло рассеивается в атмосфере, и машина замедляет свой ход.
В гибридных и электромобилях с системой рекуперативного торможения эта энергия используется гораздо эффективнее. Вместо того, чтобы просто рассеивать ее в воздухе в виде тепла, автомобиль превращает ее в электрическую энергию, которая сохраняется в его аккумуляторах. Помогая затормозить автомобиль сохраненная энергия обеспечивает электричество для будущей работы электродвигателя, повышая его эффективность.
Как работает система рекуперативного торможения?
Приводя в движение автомобиль с системой рекуперативного торможения электродвигатель получает энергию от аккумулятора, создавая кинетическую энергию, необходимую для вращения колес. Однако, когда включается тормоз, этот процесс работает в обратном режиме. Теперь кинетическая энергия, которая изначально использовалась для приведения автомобиля в движение, заставляет колеса вращать электродвигатель, превращая его в подобие генератора. Вместо потребления электричества двигатель/генератор начинает производить его, используя кинетическую энергию автомобиля.
Оснащаются ли электромобили гидравлической тормозной системой?
В большинстве случаев электродвигатель/генератор обеспечивает достаточное тормозное усилие для замедления автомобиля. Тем не менее, когда автомобиль движется с высокой или очень низкой скоростью, стоит или его батарея полностью заряжена, слишком сильно нагрелась или охладилась, электродвигатель не может самостоятельно обеспечить достаточное тормозное усилие и нуждается в поддержке гидравлической тормозной системы. Степень необходимости ее использования во многом будет зависеть от автомобиля. Например, на автомобилях Toyota Prius раннего поколения (2001-2004) гидравлические тормоза не использовались до тех пор, пока скорость автомобиля не опускалась ниже одиннадцати километров в час, за исключением случаев экстренного торможения
Что это означает для обслуживания тормозной системы?
Поскольку гидравлические тормоза — это, по сути, резервная система, они используются реже и теоретически должны служить дольше. Однако реальная ситуация может быть совсем другой — в связи с менее активным использованием гидравлических тормозов в них может накапливаться ржавчина и загрязняющие вещества, которые влияют как на фрикционную поверхность диска и крепления тормозных колодок, так и на поршень/направляющие штифты суппорта.. Вот почему основные компоненты тормозной системы все еще изнашиваются, только это обусловлено другими причинами.
Возьмем для примера держатель суппорта. Из-за коррозии, вызванной недостаточным использованием тормозов, тормозные колодки могут не полностью отходить от диска, что приводит к их ускоренному и неравномерному износу. Или же, в зависимости от мест возникновения коррозии, колодки могут неплотно прилегать к диску.
Конечно, возраст, условия эксплуатации и такие факторы окружающей среды, как вода, солевые брызги и изменения температуры, могут вызвать износ компонентов системы, как и на любом другом автомобиле. Таким образом, по прежнему рекомендуется проводить регулярную проверку технического состояния всей тормозной системы, будь то автомобиль с гибридным приводом, электрическим двигателем или двигателем внутреннего сгорания. Просто не забывайте соблюдать меры предосторожности, изложенные в руководстве, составленном автопроизводителем.
Рекуперативный тормоз для электромобилей и гибридов
В связи с последними событиями, а именно, отзывом компанией Toyota двух моделей автомобилей с гибридной установкой Toyota Prius 2010 и Lexus HS250h, у которых обнаружились проблемы с тормозной системой (да, да с Тойотой творится что-то неладное, сначала отозвали 8 миллионов автомобилей с двигателем внутреннего сгорания из-за проблем с педалью газа), многие люди задаются правомерным вопросом: а как в действительности работает регенеративный тормоз, который используется в автомобилях с гибридной и электрической силовыми установками.
Практически все современные гибридные автомобили, такие как Toyota, Ford и General Motors все используют электрогидравлические тормозные системы, в которых передача тормозного усилия от педали тормоза полностью доверено электронике.
Каждый производитель автомобилей с гибридной установкой использует свои собственные разработки при создании рекуперативных тормозов, но общие принципы функционирования этих тормозных систем остаются неизменными.
Давайте немного отклонимся от темы и вспомним, куда девается кинетическая энергия самого обычного автомобиля в момент торможения.
Наличие мощной электрической подсистемы в гибридных, и тем более электромобилях, делает оправданными усилия по возврату и повторному использованию энергии торможения экипажа. В этих автомобилях используются очень емкие аккумуляторы, которые позволяют сохранять избыточную энергию и повторно ее использовать. Экономия получается настолько заметной, что на сегодняшний день трудно найти электромобиль, не использующий рекуперативные тормоза, рекуперативный тормоз используется в широком ряде современных электромобилей, таких как Nissan Leaf, Chevrolet Volt, Mitsubishi i-MiEV и других.
Итак, повторим, в привычном автомобиле используется гидравлическое давление для того, чтобы создать силу трения в барабанном или дисковом тормозе и превратить энергию кинетическую в энергию тепловую. Это давление создается водителем в момент нажатия педали тормоза, которое обычно усиливается вспомогательной системой для уменьшения прилагаемого усилия. Таким образом, ускорение замедления автомобиля пропорционально усилию давления ноги на педаль тормоза. Все просто и надежно.
Когда же мы пытаемся сберечь энергию торможения для дальнейшего использования, то нам приходится иметь дело с двумя системами торможения. Первой вступает в действие рекуперативная система, то есть вместо классического тормозного механизма в виде диска или барабана выступает компактный электрогенератор, который на первом этапе торможения, когда скорость вращения колес еще достаточно высока, преобразует энергию вращения колеса в электроэнергию и тем самым создает тормозное усилие на колесе. Вторым эшелоном идет более эффективное, с точки зрения замедления автомобиля до нулевой скорости, торможение с использованием трения.
Согласованием действий двух тормозных подсистем гидравлической и электрической занимается специальный электронный блок, который выступает посредником между водителем, давящим на педаль тормоза, и электрогидравлической системой торможения. Таким образом, теряется прямая связь водителя с тормозами, и задача этой электронной системы сделать так чтобы водитель этого не заметил. Системе управления тормозами приходится постоянно определять, каково должно быть ускорение замедления в ответ на нажатие педали пользователем, и какую систему в какой пропорции задействовать, чтобы и энергию максимально сберечь и сделать замедление пропорциональным усилию, прилагаемому к педали тормоза. Например, водитель утапливает педаль тормоза на половину, у системы есть выбор: приложить тормозное усилие к тормозным дисками или создать тормозящий момент в генераторе и получить электроэнергию для подзарядки аккумуляторов.
Вот такие непростые задачи приходится решать «тормозному» компьютеру в сотые доли секунды, так как промедление здесь смерти подобно, как сказал бы классик. Для этой цели используется целый ряд датчиков и сенсоров , призванных быстро определять действия и предугадывать намерения водителя.
В то же время, система постоянно отслеживает скорость вращения колес, используя те же сенсоры, которые отвечают за работу антиблокировочной системы (ABS) . Эта информация используется для определения типа поверхности, по которой движется автомобиль, будь-то снег, лед, гравий или сухой асфальт. Изменение скорости вращения колеса может снабдить бортовой компьютер массой полезной информации о природе дорожного покрытия, но, как это обычно бывает, этой информации не всегда достаточно. Именно о торможении на сложных участках и идет речь, так как намерения водителя могут не соответствовать реальной дорожной обстановке.
Например, если намерения водителя быстро затормозить на скользкой поверхности превышают физические возможности системы «автомобиль-дорожное покрытие», то «тормозной» компьютер должен уменьшить силу торможения до максимально допустимой дабы избежать скольжения.
То есть, как только электронная система сопоставляет пожелания водителя и возможности для торможения дорожного покрытия, она выдает расчетное гидравлическое давление на фрикционные тормоза и необходимую нагрузку по зарядке батарей на рекуперативные.
Поскольку мы говорим о гибридных и электрических автомобилях, где экономия энергии является главным приоритетом, система торможения всегда старается вернуть максимум энергии в аккумуляторные батареи, если это возможно. Рекуперативное торможение имеет еще два существенных ограничения. Первое – особенность современных аккумуляторов такова, что их подзарядка может происходить только при определенных значениях тока и напряжения, что несколько ограничивает диапазон использования регенерации энергии с помощью рекуперации. Второе — невозможно заряжать полностью заряженную батарею. Второе замечание не так существенно для электромобилей, так как рекуперация для них – это единственный способ подзарядки на ходу, в отличие от гибридов, которые подзаряжаются от собственного двигателя внутреннего сгорания.
Продолжим наши изыскания. Количество тормозного момента, создаваемого рекуперативным тормозом, довольно просто вычисляется и пропорционален напряжению на выходе генератора. Управляющая тормозами система вычитает тормозящий момент, создаваемый регенерацией, из желаемого тормозящего момента, чтобы получить количество тормозящего момента для фрикционной тормозной системы. Здесь и возникает трудность.
В этих электрогидравлических системах давление на фрикционные тормоза лишь частично зависит от давления водителя на педаль, из-за этого система должна использовать достаточно сложную математическую модель для расчета отношения рекуперативного и фрикционного торможения.
При этом при всей простоте и надежности фрикционных тормозов их характеристики могут со временем изменяться, часто они могут изменяться за короткий промежуток времени. Вся проблема в том, что эффективность фрикционного тормоза зависит от силы трения между двумя движущимися поверхностями, в случае дисковых тормозов, это тормозной диск и тормозные колодки.
Сила трения может сильно меняться, например, из-за температуры тормозного диска, а он, как известно очень сильно нагревается при торможении. Не верите? Спуститесь на автомобиле с Ай-Петри и пощупайте (я щупал) колесные диски, но ни в коем случае не трогайте дисковые тормоза – получите ожог! Второй фактор, влияющий на эффективность фрикционного тормоза – влажность. Тонкая пленка воды на тормозном диске значительно уменьшает силу трения, и Вы можете это почувствовать, проехав по глубокой луже. Недаром опытные водители советуют несколько раз нажать тормоз для просушки после проезда водных преград. Третье – тормозные диски и колодки со временем изнашиваются и меняют свои тормозящие свойства.
В случае классического автомобиля, водитель имеет прямую пропорциональную связь между педалью тормоза и колодками, что позволяет ему мгновенно реагировать на изменившуюся ситуацию, дополнительным усилием на педаль тормоза. В то время как в управляющей системе рекуперативных тормозов необходимо использовать сложные адоптирующиеся алгоритмы для оценки всех изменяющихся параметров тормозной системы, и так же как и система определения качества дорожной поверхности, эта система далека от совершенства.
Инженеры проводят тысячи часов, тестируя и усовершенствуя алгоритмы работы систем управления торможением, чтобы сделать их быстрыми и надежными. Это еще одна причина того, что гибридные автомобили так медленно появляются на рынке.
Какая же проблема возникла в автомобиле Toyota Prius, самом известном гибридном автомобиле в мире? Нужно осознавать тот факт, что возможности регенерации энергии на малых скоростях весьма ограничены и, соответственно, тормозящий момент на малых скоростях падает даже, если водитель не меняет положение ноги на педали тормоза. Добавьте к этому ошибочную переоценку тормозного момента, создаваемого фрикционным тормозом, и вы получите ощутимую потерю замедления. Есть еще и третий момент, который влияет на увеличение ошибки системы. На ухабистой дороге, на малой скорости попадание колеса на кочку или ямку может привести к ошибке в определении скорости вращения колеса, что может повлечь команду системы управления на снижение тормозного усилия.
Эти факторы, кажется, не могут значительно повлиять на тормозящие способности автомобиля, но в реальном мире это может привести к увеличению тормозного пути автомобиля на каких-то 30-60 см. Мелочь? Возможно это так, но в плотном городском трафике это может привести к весьма неприятным последствиям. Так что соблюдайте безопасную дистанцию, господа!
Источник: www.facepla.net
Рекуперативное торможение — это… Что такое Рекуперативное торможение?
Toyota Prius 2004 — серийный (с 1997) автомобиль с системой рекуперативного торможенияРекуперати́вное торможе́ние — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.
Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.
Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.
Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы (англ.), гидроаккумуляторы и другие устройства.[1]
Использование в автомобилестроении
Использование на легковых и грузовых автомобилях
С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде. Наиболее распостраненными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt.
Есть отдельные случаи применения системы рекууперации для автомобилем с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива. Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от одельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.
Использование в автоспорте
В сезоне 2009 года в «Формуле-1» на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.
Впрочем, у «Формулы-1» с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что, по результатам сезона-2009, оснащённые данной системой болиды не демонстрируют превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако, это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.
По состоянию на 2012 год, на систему KERS налагаются следующие ограничения[2]: передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.
Техническим регламентом «Формулы-1», утвержденным FIA на 2014 год предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы, в которые будет неотъемлемо встроена система рекуперации.
Использование на железных дорогах
Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов.
Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно не крутому уклону вниз и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.
В основном, рекуперативным торможением оборудуются электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭД в режим генератора. В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока (так как тяговый ток в контактной сети переменный), однако эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей [3].
Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза, что не является редкостью на отечественных железных дорогах. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Кропачево — Симская (Челябинская область).[4] Следует отметить, что штатное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются.[5]
Примечания
См. также
Ссылки
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ТОРМОЗ АВТОМОБИЛЯ — Оборудование и комплектующие для прокладки кабеля.
Продукция компании ЗАО «СИ». Лебедки гидравлические кабельные для прокладки и протяжки кабелей и проводов, гидравлические натяжные и тормозные машины, комплектующие для прокладки кабеля. Гидравлические кабельные толкатели. Домкраты кабельные гидравлические и механические. Чулки и вертлюги кабельные монтажные. Трос-лидер для прокладки кабеляЗадувка кабеля. Установки прокола грунта. Гидравлические тросовые и штанговые разрушители труб, реновация трубопроводов.ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ТОРМОЗ АВТОМОБИЛЯ (С СИСТЕМОЙ АНТИЮЗОВОГО ТОРМОЖЕНИЯ КОЛЕС-АВS)
Устройство ТОРМОЗА АВТОМОБИЛЯ (АБС) монтируется на любом автомобиле без изменения стандартной тормозной системы.
На тормозные диски колес автомобиля устанавливают постоянные магниты по их наружному периметру. Тормозные диски, выполненные из магнитно-твердой стали могут быть просто намагничены. Вокруг тормозных дисков устанавливают кольцевой статор, который вместе с намагниченным диском образуют электрогенератор.
В начале торможения транспорта (во время холостого хода тормозной педали. До включения гидравлических тормозов) электрический тормоз замыкают на потребитель тока (аккумулятор, конденсатор, электролизер для разложения воды на кислород и водород и т. д.), что обеспечивает тормозной момент и утилизацию энергии выделяющейся в процессе торможения.
Максимальная мощность развиваемая на электротормозе одного колеса -1,5 кВт, при экстренном торможении на скорости более 60 км/ч. Электромагнитный тормоз четырех колес может дать в импульсе до 6 кВт электроэнергии (за 2 — 3 секунды).
При движении колеса юзом (колесо не вращается), так в цепи генератора данного колеса исчезает и тогда выключается электромагнитный клапан. Он сбрасывает давление в гидросистеме неподвижного колеса и «растормаживает» его.
При необходимости дополнительного тормозного момента, или для работы электромагнитного тормоза в качестве дублирующей тормозной системы (при отказе гидросистемы, на стоянке при движении под уклон и т.
д.) на статор электротормоза подают (от бортовой сети) напряжение и обеспечивают требуемый тормозной момент электротормозом.
Ориентировочная стоимость дополнительной тормозной системы — АВS около 200 — 250 $.
Существующие в настоящее время гидравлические тормоза автомобилей не позволяют использовать (рекуперировать) энергию торможения, которая рассеивается в виде тепла, нагревает тормозные диски, приводит к износу тормозных накладок и дисков.
Традиционные тормоза не имеют антюзовых автоматов, что снижает безопасность движения автомобиля и приводят к повышенному их износу,
Предлагаемый рекуперативный тормоз состоит из стандартной гидравлической скстемы автомобиля, которая остается без изменений.
Дисковые тромоза на воех четырех колесах снабжаются дополни елными статорами, выполненными в виде скобы, которая расположена в
плоскости тормозного диска и охватывает его по периметру. Статор ная скоба шлеет обмотку, уложенную в ее пазах, концы которой имеют два вывода для подключения ее к устройству, утилизующему электрическую энергию при торможении автомобиля.
На торцевых поверхностях тормозных дисков колес установлены пятьдесят постоянных магнитов. Магниты не выступают за контур тормозного диска.
На кронштейне тормозной педали закреплен концевой контактор
для включения электрического тормоза всех четырех колес.
На тормозные цилиндры каждого колеса установлены электромагнитные клапаны растормаживания колес. Статоры элеетротормозов
подключены к потребителю электроэнергии через электромагнитный
клапан и контактор тормозной педали.
Потребителем электроэнергии — рекуператором энергии торможения является электролизатор (у автомобиля с двигателем внутреннего огорания) или аккумулятор у электромобиля.
Электроэнергия, генерируемая элекгромотором при торможении
используется элекгрелизером для разложения воды на водород и кислород, которые затем подаются в цилиндры двигателя внутреннего сго рания.
Утилмзация энергии торможешя обеспечивает возможность экономии топлива на 10-12$ по сравнению со стандартным автомобилем не
оснащенным электрической рекуперативной системой торможения. Что было подтверждено экспериментальными работами.
Основным преимуществом данной системы торможения является ее способность работать в режиме автомата антиюзового торможения.
В предложенном устройстве параллельно тормозному цилиндру колеса установлена демпфирующая камера, которая с помощью электромагнитного клапана отключает тормозной цилиндр в случае блокировки колеса.
Как известно, безюзовое торможение автомобиля повышает безопасность движения, а в случае экстренного торможения исключается занос. Особенно безопасность движения повышается в гололед и на мокром дорожном покрытии. Кроме того, безюзовое торможение резко повышает продолжительность службы протектора автомобильных пневматиков.
В авиации на тяжелых транспортных самолетах широкое распространение получил автомат безюзового торможения «Максарет» фирмы Данлоп. Автоматы безюзового торможения получают распространение и на легких самолетах.
Автомат безюзового торможения (АБС, ABS) в предложенной системе установлен на каждое колесо автомобиля, в этом случае в момент остановки колеса автомат отключает тормоз и колесо снова начинает вращаться, при этом всегда выдерживается максимальный тормнозной момент, поддерживаемый автоматически на самом высоком его значении. Применение простейшего автомата безюзового торможения позволит на 20 % увеличить срок сулжбы автомобильных шин и норму их гарантированного пробега. Это равносильно увеличению производства автомобильных шин в стране на 20%.
Правда о железнодорожных тормозах: часть 2 / Хабр
Вижу, что первая, историческая часть моего повествования публике понравилась, а поэтому не грех и продолжить.Высокоскоростные поезда, вроде TGV уже не обходятся пневматическим торможением
Сегодня мы поговорим о современности, а именно о том, какие подходы к созданию тормозных систем подвижного состава используются в XXI веке, буквально через месяц разменяющему свой третий десяток.
Исходя из физического принципа создания тормозного усилия все железнодорожные тормоза можно разделить на два основных типа: фрикционные, использующие силу трения, и динамические, использующие тяговый привод для создания тормозящего момента.
К фрикционным тормозам относятся колодочные тормоза всех конструкций, в том числе и дисковые, а также магниторельсовый тормоз, который применяется на высокоскоростном магистральном транспорте, в основном в Западной Европе. На колее 1520 этот вид тормоза применялся исключительно на электропоезде ЭР200. Что касается того же «Сапсана», РЖД отказались от использования магниторельсового тормоза на нем, хотя прототип этого электропоезда, немецкий ICE3 таким тормозом оснащен.
Тележка поезда ICE3 с магниторельсовым тормозом
Тележка поезда «Сапсан»
К динамическим, а точнее электродинамическим тормозам относятся все тормоза, действие которых основано на переводе тяговых электродвигателей в генераторный режим (рекуперативный и реостатный тормоз), а так же торможение противовключением
С рекуперативным и реостатным тормозом все относительно понятно — двигатели тем или иным способом переводятся в генераторный режим, и в случае с рекуперацией отдают энергию в контактную сеть, а в случае с реостатом, выработанная энергия сжигается на специальных резисторах. И тот и другой тормоз применяется как на поездах с локомотивной тягой, так и на моторвагонном подвижном составе, где электродинамический тормоз является основным рабочим тормозом, в виду большого количества тяговых электродвигателей, распределенных по всему поезду. Единственным недостатком электродинамического торможения (ЭДТ) является невозможность торможения до полной остановки. При снижении эффективности ЭДТ выполняется его автоматические замещение пневматическим фрикционным тормозом.
Что касается торможения противовключением, то оно обеспечивает торможение до полной остановки, так как заключается оно в реверсировании тягового двигателя на ходу.
Однако этот режим, в большинстве случаев является аварийным — его штатное применение чревато повреждением тягового привода. Если взять, для примера, коллекторный двигатель, то при изменении полярности напряжения, подаваемого на него, противо-ЭДС, возникающая во вращающемся двигателе, не вычитается из питающего напряжения а складывается с ним — колеса как вращались так и вращаются в туже сторону что и в тяговом режиме! Это приводит к лавинообразному нарастанию тока, и самое лучшее что может случиться — сработают электрические аппараты защиты.
По этой причине на локомотивах и электропоездах принимаются все меры к недопущению реверсирования двигателей на ходу. Реверсивная рукоятка блокируется механически при нахождении контроллера машиниста на ходовых положениях. А на тех же «Сапсанах» и «Ласточках» поворот реверсивного переключателя при скорости выше 5 км/ч приведет к немедленному экстренному торможению.
Однако, некоторые отечественные локомотивы, например электровоз ВЛ65, используют реверсивное торможение как штатный режим на малых скоростях движения.
Реверсивное торможение — штатный, обеспечиваемый системой управления режим торможения на электровозе ВЛ65
Надо сказать, что несмотря на высокую эффективность электродинамического торможения, любой поезд, всегда, подчеркиваю — всегда оснащается пневматическим тормозом автоматического действия, то есть срабатывающего за счет выпуска воздуха из тормозной магистрали. Как в России, так и во всем мире старые-добрые колодочные фрикционные тормоза стоят на страже безопасности движения.
По функциональному назначению тормоза фрикционного типа подразделяются на
- Стояночные, ручные или автоматические
- Поездные — пневматические (ПТ) или электропневматические (ЭПТ) тормоза, устанавливаемые на каждую единицу подвижного состава в поезде и управляемые централизовано из кабины машиниста
- Локомотивные — пневматические прямодейсвующие тормоза, предназначенные для затормаживания локомотива, без затормаживания состава.
Управляются они отдельно от поездных.
Управляются они отдельно от поездных.Ручной тормоз с механическим приводом никуда не делся с подвижного состава, он устанавливается как на локомотивах, так и на вагонах — просто сменил специальность, а именно превратился в стояночный тормоз, позволяющий исключить самопроизвольное движение подвижного состава в случае выхода воздуха из его пневмосистемы. Красное колесо, похожее на корабельный штурвал — привод ручного тормоза, один из вариантов его исполнения.
Штурвал ручного стояночного тормоза в кабине электровоза ВЛ60пк
Ручной тормоз в тамбуре пассажирского вагона
Ручной тормоз на современном грузовом вагоне
Ручной тормоз с помощью механического привода прижимает к колесам те же самые колодки, что используются при обычном торможении.
На современном подвижном составе, в частности на электропоездах ЭВС1/ЭВС2 «Сапсан», ЭС1 «Ласточка», а так же на электровозе ЭП20, стояночный тормоз автоматический и прижатие колодок к тормозным диском там выполняется пружинными энергоаккумуляторами. Часть клещевых механизмов, прижимающих колодки к тормозным дискам снабжена мощными пружинами, причем такими мощными, что отпуск выполняется пневматическим приводом давлением 0,5 МПа. Пневмопривод, в данном случае, противодействует пружинам, прижимающим колодки. Управление таким стояночным тормозом выполняется кнопками на пульте машиниста.
Кнопки управления стояночным пружинным тормозом (СПТ) на электропоезде ЭС1 «Ласточка»
По своему устройству такой тормоз аналогичен тому, что применяется на мощных грузовиках. Но в качестве основного тормоза в поездах такая система совершенно непригодна, а почему, я подробно объясню после рассказа о работе поездных пневматических тормозов.
Каждый грузовой вагон оснащается следующим комплексом тормозного оборудования
Тормозное оборудование грузового вагона: 1 — тормозной соединительный рукав; 2 — концевой кран; 3 — стоп-кран; 5 — пылеуловитель; 6, 7, 9 — модули воздухораспределителя усл.
№483; 8 — разобщительный кран; ВР — воздухораспределитель; ТМ — тормозная магистраль; ЗР — запасный резервуар; ТЦ — тормозной цилиндр; АР — грузовой авторежим
Тормозная магистраль (ТМ) — труба диаметром 1,25» идущая вдоль всего вагона, на концах она снабжена концевыми кранами, для разобщения тормозной магистрали при расцепке вагона перед разъединением гибких соединительных рукавов. В тормозной магистрали в нормальном режиме поддерживается, так называемое зарядное давление величиной 0,50 — 0,54 МПа, так что разъединять рукава без перекрытия концевых кранов занятие сомнительное, которое в прямом смысле слова может лишить вас головы.
Запас воздуха, непосредственно подаваемого в тормозные цилиндры хранится в запа́сном резервуаре (ЗР), объем которого в большинстве случаев равен 78 литрам. Давление в запасном резервуаре в точности равно давлению в тормозной магистрали. Но нет, это не 0,50 — 0,54 МПа. Дело в том, что такое давление будет в тормозной магистрали на локомотиве. И чем дальше от локомотива, тем меньше давление в тормозной магистрали, потому что в ней неизбежно имеются неплотности приводящие к утечкам воздуха. Так что давление в тормозной магистрали последнего вагона в поезде будет несколько меньше зарядного.
Тормозной цилиндр, а на большинстве вагонов он один, при наполнении его из запасного резервуара, через тормозную рычажную передачу прижимает к колесам все имеющиеся на вагоне колодки. Объем тормозного цилиндра около 8 литров, поэтому при полном торможении в нем устанавливается давление не более 0,4 МПа. До той же величины снижается давление и в запасном резервуаре.
Главным «действующим лицом» в этой системе является воздухораспределитель. Этот прибор реагирует на изменение давления в тормозной магистрали, выполняя ту или иную операцию в зависимости от направления и темпа изменения этого давления.
При снижении давления в тормозной магистрали происходит торможение. Но не при любом снижении давления — уменьшение давления должно происходить определенным темпом, называемым темпом служебного торможения.
Этот темп обеспечивается краном машиниста в кабине локомотива и составляет от 0,01 до 0,04 МПа в секунду. При снижении давления меньшим темпом торможение не происходит. Сделано это для того, чтобы тормоза не срабатывали при нормативных утечках из тормозной магистрали, а так же не срабатывали при ликвидации сверхзарядного давления, о чем мы поговорим попозже.
При срабатывании воздухораспределителя на торможение он выполняет дополнительную разрядку тормозной магистрали служебным темпом на величину 0,05 МПа. Делается это для того, чтобы обеспечить устойчивое снижение давления по всей длине поезда. Если дополнительной разрядки не делать, то последние вагоны длинного поезда могут и не затормозить в принципе. Дополнительную разрядку тормозной магистрали выполняют все современные воздухораспределители, в том числе и пассажирские.
При срабатывании на торможение, воздухораспределитель отключает запасный резервуар от тормозной магистрали и подключает его к тормозному цилиндру. Происходит наполнение тормозного цилиндра. Происходит оно ровно столько времени, сколько продолжается падение давления в тормозной магистрали. При прекращении снижения давления в ТМ наполнение тормозного цилиндра прекращается. Наступает режим перекрыши. Давление, набранное в тормозной цилиндр зависит от двух факторов:
- глубины разрядки тормозной магистрали, то есть величины падения давления в ней относительно зарядного
- режима работы воздухораспределителя
Грузовой воздухораспределитель имеет три режима работы: груженый (Г), средний (С) и порожний (П). Различаются эти режимы максимальным давлением, набираемым в тормозные цилиндры. Переключение между режимами осуществляется вручную путем поворота специальной режимной рукоятки.
Если подытожить, то зависимость давления в тормозном цилиндре от глубины разрядки тормозной магистрали при 483-воздухораспределителе на различных режимах выглядит так
Недостатком использования режимного переключателя является то, что работник вагонного хозяйства должен пройти вдоль всего состава, залезть под каждый вагон и переключить режимный переключатель в нужное положение. Делается это, по слухам, доходящим из эксплуатации, далеко не всегда. Чрезмерное наполнение тормозных цилиндров на порожнем вагоне чревато юзом, снижением эффективности торможения и порчей колесных пар. Для выхода из подобной ситуации на грузовых вагонах между воздухораспределителем и тормозным цилиндром включают так называемый авторежим (АР), который, механически определяя массу вагона плавно регулирует максимальное давление в тормозном цилиндре. Если вагон оборудован авторежимом, то режимный переключатель на ВР устанавливают в положение «груженый».
Торможение обычно выполняют ступенчато. Минимальной ступенью разрядки тормозной магистрали для ВР483 будет 0,06 — 0,08 МПа. При этом в тормозных цилиндрах устанавливается давление в 0,1 МПа. При этом машинист ставит кран в положение перекрыши, при котором в тормозной магистрали сохраняется величина давления, установленного после торможения. Если тормозной эффективности от одной ступени недостаточно, выполняется следующая ступень. При этом воздухораспределителю уже все равно, каким темпом происходит разрядка — при снижении давления любым темпом происходит наполнение тормозных цилиндров пропорционально величине снижения давления.
Полный отпуск тормозов (полное опорожнение тормозных цилиндров на всем поезде) выполняется повышением давления в тормозной магистрали выше зарядного. Причем, на грузовых поездах выполняется существенное завышение давления в ТМ над зарядным, для того чтобы волна повышения давления дошла до самых последних вагонов. Полный отпуск тормозов в грузовом поезде процесс длительный и может занимать до минуты.
ВР483 имеет два режима отпуска: равнинный и горный. В равнинном режиме при повышении давления в тормозной магистрали происходит полный, бесступенчатый отпуск. В горном режиме возможен ступенчатый отпуск тормозов, что есть не полное опорожнение тормозных цилиндров. Применяется этот режим при движении по сложному профилю с большой величиной уклонов.
Воздухораспределитель 483 вообще очень интересный прибор. Подробный разбор его устройства и работы это тема для отдельной большой статьи. Здесь же мы рассмотрели общие принципы работы грузового тормоза.
Тормозное оборудование пассажирского вагона: 1 — соединительный рукав; 2 — концевой кран; 3, 5 — соединительные коробки линии электропневматического тормоза; 4 — стоп-кран; 6 — трубка с проводкой электропневматического тормоза; 7 — изолированная подвеска соединительного рукава; 8 — пылеуловитель; 9 — отвод к воздухораспределителю; 10 — разобщительный кран; 11 — рабочая камера электровоздухораспределителя; ТМ — тормозная магистраль; ВР — воздухораспределитель; ЭВР — электровоздухораспределитель; ТЦ — тормозной цилиндр; ЗР — запасный резервуар
В глаза сразу бросается большее количество оборудования, начиная с того что тут аж три стоп-крана (по одному в каждом тамбуре, и один в купе проводника), заканчивая тем, что отечественные пассажирские вагоны оборудованы как пневматическим, так и электропневматическим тормозом (ЭПТ).
Внимательный читатель сразу отметит главный недостаток пневматического управления тормозами — конечная скорость распространения тормозной волны, ограниченная сверху скоростью звука. На практике же эта скорость ниже и составляет 280 м/с при служебном, и 300 м/с при экстренном торможении. К тому же эта скорость сильно зависит от температуры воздуха и зимой, например, она ниже. Поэтому извечный спутник пневматических тормозов — неравномерность их срабатывания по составу.
Неравномерность срабатывания приводит к двум вещам — возникновению значительных продольных реакций в поезде, а так же увеличению тормозного пути. Первое не столь характерно для пассажирских поездов, хотя прыгающие на столике в купе емкости с чаем и другими напитками никого не обрадуют. Увеличение же тормозного пути является серьезной проблемой, особенно в пассажирском движении.
К тому же, отечественный пассажирский воздухораспределитель — как старый усл. №292, так и новый усл. №242 (которых, к слову, в парке пассажирских вагонов становится всё больше), оба эти прибора — прямые наследники того самого тройного клапана Вестингауза, и работают они на разности двух давлений — в тормозной магистрали и запасном резервуаре. От тройного клапана их отличает наличие режима перекрыши, то есть возможность ступенчатого торможения; наличие дополнительной разрядки тормозной магистрали при торможении; наличие в конструкции ускорителя экстренного торможения. Эти воздухораспределители не обеспечивают ступенчатого отпуска — они дают сразу полный отпуск как только давление в тормозной магистрали превысит давление в запасном резервуаре, установившееся там после торможения. А ступенчатый отпуск очень полезен при регулировочных торможениях для точной остановки у посадочной платформы.
Обе проблемы — неравномерность срабатывания тормозов и отсутствие ступенчатого отпуска, на колее 1520 мм решаются установкой на вагоны воздухораспределителя с электрическим управлением — электровоздухораспределителя (ЭВР), усл. №305.
Отечественный ЭПТ — электропневматический тормоз — прямодействующий, неавтоматического действия. На пассажирских поездах с локомотивной тягой ЭПТ работает по двухпроводной схеме.
Структурная схема двухпроводного ЭПТ: 1 — контроллер управления на кране машиниста; 2 — аккумуляторная батарея; 3 — статический преобразователь питания; 4 — панель контрольных ламп; 5 — блок управления; 6 — клемная колодка; 7 — соединительные головки на рукавах; 8 — изолированная подвеска; 9 — полупроводниковый вентиль; 10 — отпускной электромагнитный вентиль; 11 — тормозной электромагнитный вентиль.
Вдоль всего поезда протягиваются два провода: №1 и №2 на рисунке. На хвостовом вагоне эти провода электрически соединены между собой и по получившейся петле пускают переменный ток частотой 625 Гц. Делается это для контроля целостности линии управления ЭПТ. При разрыве провода цепь переменного тока разрывается, машинист получает сигнал в виде погасания в кабине контрольной лампы «О» (отпуск).
Управление же ведется постоянным током разной полярности. При этом проводом с нулевым потенциалом являются рельсы. При подаче на провод ЭПТ положительного (относительно рельс) напряжения срабатывают оба электромагнитных вентиля, установленных в электровоздухораспределителе: отпускной (ОВ), и тормозной (ТВ). Первый из них изолирует рабочую камеру (РК) электровоздухораспределителя от атмосферы, второй — наполняет её из запасного резервуара. Дальше в дело вступает установленное в ЭВР реле давления, работающее на разности давлений в рабочей камере и тормозном цилиндре. При превышении давления в РК над давлением в ТЦ происходит наполнение последнего воздухом из запасного резервуара, до давления, которое было набрано в рабочую камеру.
При подаче на провод отрицательного потенциала, тормозной вентиль выключается, так как ток к нему отрезается диодом. Остается активным только отпускной вентиль, удерживающий давление в рабочей камере. Так реализуется положение перекрыши.
При снятии напряжения отпускной вентиль теряет питание, открывает рабочую камеру в атмосферу. При снижении давления в рабочей камере реле давления выпускает воздух и из тормозных цилиндров. Если после кратковременного отпуска снова поставить кран машиниста в положение перекрыши, то падение давления в рабочей камере прекратится, прекратится и выпуск воздуха из тормозного цилиндра. Таким образом добиваются возможности ступенчатого отпуска тормоза.
Что произойдет при обрыве провода? Правильно — ЭПТ отпустит. Поэтому этот тормоз (на отечественном подвижном составе) является неавтоматическим. При выходе из строя ЭПТ машинист имеет возможность перейти на пневматическое управление тормозами.
ЭПТ отличается одновременным наполнением тормозных цилиндров и их опорожнением по всему поезду. Темп наполнения и опорожнения довольно высокий — 0,1 МПа за секунду. ЭПТ является неистощимым тормозом, так как при его работе обычный воздухораспределитель находится в режиме отпуска и питает запасные резервуары из тормозной магистрали, которая в свою очередь отпитывается краном машиниста на локомотиве из главных резервуаров. Поэтому тормозить ЭПТ можно с любой частотой, требуемой для оперативного управления тормозами. Возможность ступенчатого отпуска позволяет управлять скоростью поезда очень точно и плавно.
Пневматическое же управление тормозами пассажирского поезда мало чем отличается от грузового тормоза. Есть разница в приемах управления, например отпуск пневматического тормоза производится до зарядного давления, без завышения. Вообще же чрезмерные завышения давления в тормозной магистрали пассажирского поезда чреваты неприятностями, поэтому при полном отпуске ЭПТ давление в ТМ завышается максимум на 0,02 МПа над величиной установленного зарядного давления.
Минимальная глубина разрядки ТМ при торможении на пассажирском тормозе составляет 0,03 — 0,05 МПа, при этом в тормозных цилиндрах создается давление 0,1 — 0,15 МПа. Максимальное давление в тормозном цилиндре пассажирского вагона ограничивается объемом запасного резервуара и обычно не превышает 0,4 МПа.
Теперь я обращусь к некоторым комментаторам, которых удивляет (а по-моему, даже и возмущает, но утверждать не берусь) сложность поездного тормоза. В комментариях предлагается применить автомобильную схему с энергоаккумуляторами. Оно, конечно, с дивана, или компьютерного кресла в офисе, через окно браузера многие проблемы виднее и очевиднее их решение, но позволю себе заметить, что большинство технических решений, принятых в реальном мире, имеют под собой четкое обоснование.
Как уже говорилось, главная проблема пневматического тормоза в поезде — конечная скорость движения скачка падения давления по длинной (до 1,5 км в поезде из 100 вагонов) трубе тормозной магистрали — тормозной волны. Для ускорения этой тормозной волны требуется дополнительная разрядка, выполняемая воздухораспределителем. Не будет воздухораспределителя, не будет и дополнительной разрядки. То есть тормоза на энергоаккумуляторах будут очевидно заметно хуже по характеристикам равномерности срабатывания, возвращая нас во времена Вестингауза. Грузовой поезд — это не грузовой автомобиль, тут другие масштабы, а значит и другие принципы управления тормозами. Уверен, что это не просто так, и направление мировой тормозной науки не случайно пошло по тому пути, который привел нас к такого рода конструкциям. Точка.
Данная статья — своего рода обзор существующих на современном подвижном составе тормозных систем. Дальше, в других статьях этого цикла я подробнее остановлюсь на каждой из них. Мы узнаем, какие приборы используются для управления тормозами, как устроены воздухораспределители. Подробнее рассмотрим вопросы рекуперативного и реостатного торможения. Ну и конечно рассмотрим тормоза высокоскоростного транспорта. До новых встреч и спасибо за внимание!
P.S.: Друзья! Отдельное спасибо хочу сказать за массу личных сообщений с указанием ошибок и опечаток в статье. Да, я грешник, который не дружит с русским языком и путается на клавишах. Постарался исправить ваши замечания.
Распоряжение ОАО РЖД от 18.07.2013 N 1580р
ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»
РАСПОРЯЖЕНИЕ
от 18 июля 2013 г. N 1580р
ОБ УТВЕРЖДЕНИИ РЕГЛАМЕНТА ПО ПРИМЕНЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО (РЕОСТАТНОГО, РЕКУПЕРАТИВНОГО) ТОРМОЗА ПРИ СЛЕДОВАНИИ С ПОЕЗДОМ
С целью разъяснения применения пункта 12 «Памятки локомотивной бригаде по предупреждению проездов светофоров с запрещающим показанием», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 11 января 2011 г. N 6р:
1. Утвердить и ввести в действие прилагаемый «Регламент по применению электрического (реостатного, рекуперативного тормоза при следовании с поездом» (далее Регламент).
2. Начальникам территориальных дирекций тяги и эксплуатационных локомотивных депо обеспечить в установленном порядке изучение и проверку знаний данного Регламента.
4. Контроль за исполнением настоящего распоряжения возложить на главного инженера Дирекции тяги Чикиркина О.В.
Вице-президент ОАО «РЖД»
А.В.Воротилкин
УТВЕРЖДЕН
Распоряжением ОАО «РЖД»
от 18 июля 2013 г. N 1580р
РЕГЛАМЕНТ
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО (РЕОСТАТНОГО, РЕКУПЕРАТИВНОГО) ТОРМОЗА ПРИ СЛЕДОВАНИИ С ПОЕЗДОМ»
I. Общее положение
1. Электрический тормоз является одним из видов применяемых на локомотивах способов торможения и предназначен для реализации тормозного эффекта при помощи тяговых электродвигателей локомотива.
2. Различаются два типа электрического тормоза — реостатный и рекуперативный.
3. Электрический тормоз может применяться совместно с пневматическими тормозами поезда (комбинированное торможение) и торможением только на локомотиве.
4. Основными рисками отказа в работе электрического тормоза являются:
а) превышение значений тока якоря и тока возбуждения тягового электродвигателя по причине неправильного режима применения тормоза машинистом в зависимости от скорости следования и требуемого снижения или регулирования скорости;
б) срыв на юз колесных пар локомотива по причине превышения тормозного усилия, неудовлетворительных условий сцепления колесных пар локомотива и рельсов, неудовлетворительных погодных условий, а так же нарушения инструкции по эксплуатации локомотива в части применения электрического тормоза;
в) отсутствие эффекта торможения рекуперативного тормоза электровоза постоянного тока по причине его применения машинистом при наличии в контактной сети напряжения 3,8 кВ и более.
5. Основными рисками при следовании поезда к светофору с запрещающим показанием при применении электрического тормоза локомотива без применения пневматических тормозов поезда являются:
— разбор схемы электрического тормоза на расстоянии, не обеспечивающим подготовку пневматических тормозов к работе и длина фактического тормозного пути при последующем применении пневматического торможения;
— отвлечение машиниста на наблюдение за показанием приборов, указывающих ток тяговых электродвигателей, в непосредственной близости от светофора с запрещающим показанием;
— отсутствие взаимодействия локомотивной бригады при применении электрического тормоза при следовании к светофору с запрещающим показанием.
6. Электрическое торможение локомотивом без применения автоматических тормозов поезда рекомендуется выполнять для регулирования скорости движения на площадках и спусках, имеющих однородный профиль.
7. Применение электрического тормоза локомотивом без применения автоматических тормозов поезда запрещается производить в обрывоопасном месте, где в случае срыва работы тормоза возникает риск обрыва автосцепного устройства вагонов грузового поезда.
8. Электрическое торможение должно выполняться машинистом заблаговременно с учетом соблюдения требований безопасности движения, обеспечивая в случаях срыва работы электрического тормоза применение автоматических тормозов.
9. Комбинированное торможение, включающее применение электрического тормоза локомотива и автоматических тормозов состава поезда производится в случаях риска возникновения продольно-динамических реакций при применении пневматических тормозов в местах со сложным (переломным) профилем пути.
10. Возможность применения комбинированного торможения должно быть подтверждено тормозными испытаниями с применением тормозо-испытательного вагона.
11. Начальниками эксплуатационных локомотивных депо на основе опыта вождения поездов с применением электрического торможения с учетом местных условий эксплуатации, разрабатываются режимные карты, предусматривающие эффективное применение тормоза. В режимных картах должен быть указан тип торможения (локомотивом, комбинированный).
12. Разрешается применение электрического тормоза локомотива без применения комбинированного торможения поезда при следовании к светофору с запрещающим показанием, но не ближе 400-500 м до светофора.
13. При комбинированном торможении разрешается применение электрического тормоза до остановки поезда у светофора с запрещающим показанием.
II. Управление электрическим (рекуперативным и реостатным) тормозом на локомотиве при ведении поезда
14. Включать на электровозе рекуперативное торможение или переключаться с одного вида соединения тяговых двигателей на другой вид в рекуперативном режиме только при скорости движения поезда меньшей, чем скорость, которая должна автоматически устанавливаться после включения рекуперации на данном соединении тяговых двигателей. Если скорость следования превышает скорость, предусмотренную автоматической характеристикой торможения на установленном, для данного участка соединения тяговых двигателей, уменьшить ее до необходимого значения с помощью автоматических тормозов поезда и только после этого включить рекуперативное торможение.
15. При следовании поезда на рекуперативном торможении со спуска на площадку и вновь на спуск в конце первого спуска уменьшить ток возбуждения для повышения скорости, а после прохода площадки при вступлении на спуск снова увеличивать ток возбуждения;
16. Не допускать превышения скорости поезда свыше установленной для данного спуска по автоматическим тормозам. В случае необходимости применять автоматические тормоза поезда совместно с электрическим тормозом.
17. Не применять во время электрического торможения вспомогательный тормоз локомотива (кроме локомотивов, схемы которых предусматривают одновременное применение электрического и вспомогательного тормозов с ограниченным давлением в тормозных цилиндрах) за исключением случаев выполнения экстренного торможения.
18. Следуя по спускам с большими токами при электрическом торможении, привести в действие песочницу локомотива для предупреждения юза колес по рельсам, особенно в кривых участках пути и переездах.
19. Не допускать, чтобы ток якорей тяговых двигателей превышал ток возбуждения более, чем установлено конструкцией двигателя по максимальному ослаблению поля.
20. При повышении напряжения постоянного тока в контактной сети до 4 кВ, уменьшить ток возбуждения при необходимости привести в действие автоматические тормоза поезда; при снижении напряжения переменного тока в контактной сети до 19 кВ рекуперативное торможение не применять.
21. Для уменьшения в грузовом поезде продольно-динамических сил перед переходом на электрическое торможение на затяжных спусках 0,017 и круче вначале произвести ступень торможения автоматическими тормозами снижением давления в магистрали на 0,06 — 0,07 МПа (0,6-0,7 кгс/кв.см), а после перехода на электрическое торможение при необходимости отпустить автотормоза поезда.
22. На спусках крутизной менее 0,018 в грузовых поездах перевод электровоза на режим электрического торможения разрешается производить без применения автотормозов состава при тормозном токе якоря, соответствующем не более 20% полной тормозной силы, с выдержкой этого тока в течение 10-15 секунд и последующим его увеличением до требуемого значения.
23. При ведении пассажирских и порожних грузовых поездов перед переходом на электрическое торможение не требуется применять автотормоза, если скорость поезда не превышает предусмотренную автоматической характеристикой электрического торможения для установленного соединения тяговых двигателей.
24. Во всех случаях произвольного отключения электрического торможения немедленно привести в действие вспомогательный тормоз локомотива и перейти на торможение поезда автоматическими тормозами, после чего отпустить локомотивный тормоз и вновь включить электрическое торможение. Если произойдет повторное его отключение, то далее вести поезд на автоматических тормозах.
25. При ведении поезда локомотивами по системе многих единиц электрическое торможение разрешается применять при условии полной исправности электрического тормоза на всех локомотивах, включенных в систему многих единиц.
26. Тормозная сила при электрическом торможении не должна превышать максимально допустимую по условиям ограничения сил продольной динамики в поезде и устанавливается местной инструкцией. Выключение электрического торможения производить постепенно, пока тормозной ток не уменьшится до нуля. В этот момент полностью выключить электрический тормоз.
27. Для предупреждения отключения электрического тормоза во время применения экстренного торможения на электровозах, работающих на спусках крутизной более 0,018, предусмотреть модернизацию локомотива в части шунтирования контактов автоматического выключателя управления (АВУ) на тормозной магистрали. Для предупреждения повреждения колесных пар локомотива необходимо одновременно с применением электрического торможения выпускать воздух из тормозных цилиндров локомотива с помощью крана вспомогательного тормоза или применять кнопку отпуска.
28. Если во время электрического торможения в поезде пришли в действие автоматические тормоза вследствие открытия крана экстренного торможения или нарушения целостности тормозной магистрали пассажирского поезда, машинист обязан произвести экстренное торможение краном машиниста для остановки поезда и на спусках круче 0,018 довести силу электрического торможения локомотива до максимально допустимого значения, выпустив воздух из тормозных цилиндров локомотива с помощью крана вспомогательного тормоза или применить кнопку отпуска. По мере снижения скорости, когда по амперметру значение тормозного тока якоря будет близко к нулевому, выключить электрическое торможение и полностью привести в действие вспомогательный тормоз локомотива.
III. Регламент действий локомотивной бригады при следовании к светофору с запрещающим показанием
29. После проезда поездом светофора с желтым, двумя желтыми огнями и вступлении на блок-участок с запрещающим показанием светофора помощник машиниста обязан:
а) выполнить регламент действий, установленный п. 17 Приложения 20 к Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железнодорожном транспорте Российской Федерации;
б) при следовании в режиме торможения электрическим тормозом следить за показаниями тока якоря и возбуждения тяговых электродвигателей и докладывать машинисту при приближении значений этих токов к критическим величинам, определенных Инструкцией по эксплуатации электровоза данной серии;
в) при следовании в режиме торможения электрическим тормозом локомотива без применения пневматических тормозов поезда, за 500 м до светофора с запрещающим показанием помощник машиниста должен доложить машинисту о переходе на пневматическое или комбинированное торможение.
30. Обеспечить за 400-500 метров скорость движения не более 20 км/час с последующим равномерным снижением до 3-5 км/час за 100 метров и остановку за 50 метров от светофора с применением пневматических тормозов поезда; (остановка менее, чем за 50 метров до светофора с запрещающим показанием допускается при следовании: с пассажирским поездом, в случае если знак «остановка локомотива», пассажирская платформа и т.п. находятся на расстоянии ближе 50 метров от светофора; с грузовым поездом до места, обеспечивающего вместимость поезда на пути приема станции. Остановку грузового груженого поезда производить применением первой ступени торможения разрядкой уравнительного резервуара на величину 0,007 — 0,08 МПа (0,7 — 0,8 кгс/кв.см), а в зимнее время 0,008 — 0,09 МПа (0,8-0,9 кгс/кв.см), при следовании по крутым затяжным спускам, а так же в условиях снежных заносов и снегопада 0,10-0,12 МПа (1,0-1,2 кгс/кв.см).
При отсутствии снижения скорости или необходимого тормозного эффекта применить экстренное торможение, применение второй ступени торможения при следовании к светофору с запрещающим показанием запрещается.
Кинель, Свердловск-Сортировочный, Курган, Белово, Красноярск, Иркутск, Белогорск и Смоляниново. В основу разработки этих карт, помимо личного опыта применения рекуперации, положены элементы тяговых расчетов и правил технической эксплуатации.
Управление рекуперативным или реостатным тормозами на локомотиве при ведении поезда имеет также свои особенности. Разрешается применение электрического тормоза без применения комбинированного торможения поезда при следовании к светофору с запрещающим показанием, но не ближе 400 — 500 м до него. При комбинированном торможении разрешается применение электрического тормоза до остановки поезда у светофора с запрещающим показанием.
Для правильного входа в режим рекуперативного торможения (исключающего его срыв, юз колесных пар, броски тока, нарушение динамики движения поезда) машинисту необходимо обеспечить безусловное выполнение ряда требований. Следует помнить, что включать на электровозе рекуперативное торможение, а также переключаться с одного вида соединения тяговых двигателей на другой в режиме рекуперации можно только при скорости движения поезда меньшей, чем скорость, которая должна автоматически устанавливаться после перехода в этот режим на данном соединении тяговых двигателей.
Если скорость следования превышает скорость, предусмотренную автоматической характеристикой торможения на установленном на данном участке соединении тяговых двигателей, необходимо уменьшить ее значение до нужного с помощью автоматических тормозов поезда и только после этого включить рекуперативное торможение. При следовании поезда в режиме рекуперативного торможения со спуска на площадку и вновь на спуск в конце первого спуска необходимо уменьшить ток возбуждения тяговых двигателей для повышения скорости, а после прохода площадки при вступлении на спуск снова увеличивать ток возбуждения.
Следует не допускать превышения скорости поезда выше установленной для данного спуска по автоматическим тормозам. В случае необходимости применять автоматические тормоза поезда совместно с электрическим тормозом.
Запрещается применять во время рекуперативного торможения вспомогательный тормоз локомотива (кроме локомотивов, схемы которых предусматривают одновременное применение электрического и вспомогательного тормозов с ограниченным давлением в тормозных цилиндрах), за исключением случаев экстренного торможения.
Следуя по спускам с большими токами в режиме рекуперативного торможения, необходимо привести в действие песочницу локомотива для предупреждения возможного юза колесных пар, особенно в кривых участках пути и на переездах.
Не допускать такого положения, чтобы ток якорей тяговых двигателей превышал ток возбуждения более чем установлено конструкцией двигателя по максимальному ослаблению поля.
При повышении напряжения в контактной сети постоянного тока до 4 кВ следует уменьшить ток возбуждения, при необходимости привести в действие автоматические тормоза поезда. При снижении напряжения в контактной сети переменного тока до 19 кВ рекуперативное торможение не применять.
Для уменьшения в грузовом поезде продольно-динамических сил перед переходом в режим рекуперативного торможения на затяжных спусках 17 %о и круче вначале необходимо произвести ступень торможения автоматическими тормозами снижением давления в магистрали на 0,06 — 0,07 МПа (0,6 — 0,7 кгс/см2), а после перехода на рекуперативное торможение (при необходимости) отпустить автотормоза поезда.
На спусках крутизной менее 18 %о в грузовых поездах перевод электровоза в режим рекуперативного торможения разрешается производить без применения автотормозов состава при тормозном токе якоря, соответствующем не более 20 % полной тормозной силы, с выдержкой этого тока в течение 10 — 15 с и последующим его увеличением до требуемого значения.
При вождении пассажирских и порожних грузовых поездов перед переходом в режим рекуперации не требуется применять автотормоза, если скорость поезда не превышает предусмотренную автоматической характеристикой рекуперативного тормоза для установленного соединения тяговых двигателей.
Во всех случаях произвольного отключения электрического торможения следует немедленно привести в действие вспомогательный тормоз локомотива и перейти на торможение поезда автоматическими тормозами, после чего отпустить локомотивный тормоз и вновь включить электрическое торможение. При повторном его отключении далее следует вести поезд только на автоматических тормозах.
При ведении поезда локомотивами по системе многих единиц рекуперативное торможение разрешается применять при условии полной исправности электрического тормоза на всех локомотивах, включенных в систему многих единиц.
Тормозная сила локомотива в режиме рекуперативного торможения не должна превышать максимально допустимого значения по условиям ограничения сил продольной динамики в поезде. Величина тормозной силы устанавливается местной инструкцией. Выключать электрическое торможение следует постепенно, пока тормозной ток не уменьшится до нуля. В этот момент необходимо полностью выключить электрический тормоз.
Для предупреждения отключения электрического тормоза во время применения экстренного торможения на электровозах, работающих на спусках крутизной более 17 %о, необходимо предусмотреть модернизацию локомотива в части шунтирования контактов автоматического выключателя управления на тормозной магистрали. Если в режиме рекуперации в поезде сработали автоматические тормоза, машинист обязан произвести экстренное торможение поезда краном машиниста.
По мере снижения скорости, когда значение тормозного тока якоря (согласно показанию амперметра), будет близко к нулевому значению, необходимо выключить электрическое торможение и полностью привести в действие вспомогательный тормоз локомотива.
При движении поезда к запрещающему сигналу и выполнении регулировочных торможений применять электрический тормоз локомотива разрешается только после того, как машинист убедится в эффективности работы автоматических тормозов на пути приема станции. Дальнейшее регулирование скорости можно выполнять с использованием рекуперативного торможения локомотива.
Машинисту запрещается применять электрический тормоз локомотива для регулирования скорости движения на запрещающее показание сигнала при наличии замечаний по его работе в журнале технического состояния локомотива ТУ-152.
По окончании поездки машинист локомотива обязан заполнить и своевременно сдать в центр оперативно-технического учета (ЦОТУ) при депо маршрут машиниста унифицированной формы ТУ-ЗВЦУ для последующей обработки внесенных в него показателей работы локомотива и локомотивной бригады, в том числе расхода и рекуперации электроэнергии.
К сожалению, в эксплуатации имеются далеко не единичные случаи неправильного заполнения соответствующих разделов маршрутного листа, а то и вовсе отсутствие данных о расходе электроэнергии на тягу поездов и возврате ее в контактную сеть путем рекуперации. Анализ данных ЦОТУ показал, что на 17.03.2015 г. (при установленном сроке до 4 марта), сверх установленного времени поступили в обработку в целом по сети 614 маршрутов машинистов электрической тяги. Наихудшее положение дел со своевременной сдачей маршрутов сложилось в Октябрьской (104 ед. маршрутов), Московской (94 ед.) и Западно-Сибирской (105 ед.) дирекциях тяги. Наихудшее положение дел со своевременной сдачей маршрутов сложилось в Московской (133 ед. маршрутов), Западно-Сибирской (135 ед.) и Восточно-Сибирской (83 ед.) дирекциях тяги. Несвоевременная сдача маршрутных листов нарушает контроль расхода и возврата электроэнергии, а также препятствует рациональному планированию технических и экономических показателей работы локомотивов и локомотивных бригад.
Ближайшей задачей Дирекции тяги в области рекуперации является преодоление двухмиллиардного рубежа возврата электроэнергии в контактную сеть путем реализации следующих мероприятий:
О полное восстановление с обеспечением сохранности и работоспособности схем рекуперативного торможения на эксплуатируемом парке электровозов;
© эффективное использование новых и существующих серий локомотивов с рекуперативным торможением;
© оптимизация энергопотребления и возврата электроэнергии на базе перспективных ресурсосберегающих технических средств и энергооптимальных режимов ведения поезда;
О организация достоверного контроля рекуперации электроэнергии с использованием высокоточных электросчетчиков;
© использование механизма мотивации машинистов локомотивов приемам вождения поездов с применением рекуперативного торможения.
Безусловное выполнение данных мероприятий позволит обеспечить выполнение плановых заданий, установленных на 2015 г. Правлением ОАО «РЖД».
Д-р техн. наук В.Н. ИГИН, г. Москва
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414
Как работает рекуперативное торможение | HowStuffWorks
Каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз автомобиля, вы тратите энергию впустую. Физика говорит нам, что энергию нельзя уничтожить. Поэтому, когда ваш автомобиль замедляется, кинетическая энергия, которая толкала его вперед, должна куда-то уйти. Большая его часть просто рассеивается в виде тепла и становится бесполезной. Та энергия, которую можно было бы использовать для работы, по сути тратится впустую.
Есть ли что-нибудь, что вы, водитель, можете сделать, чтобы перестать тратить эту энергию зря? Не совсем.В большинстве автомобилей это неизбежный побочный продукт торможения, и вы не сможете водить машину, не нажимая при этом тормоза. Но автомобильные инженеры много думали об этой проблеме и придумали своего рода тормозную систему, которая может вернуть большую часть кинетической энергии автомобиля и преобразовать ее в электричество, чтобы ее можно было использовать для подзарядки автомобильных аккумуляторов. Эта система называется рекуперативным торможением.
В настоящее время такие тормоза используются в основном в гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, и в полностью электрических автомобилях, таких как Tesla Roadster.В таких транспортных средствах очень важно поддерживать заряд аккумулятора. Однако технология впервые была использована в троллейбусах, а затем нашла свое применение в таких маловероятных местах, как электрические велосипеды и даже гоночные автомобили Формулы-1.
В традиционной тормозной системе тормозные колодки создают трение с роторами тормозов, замедляя или останавливая автомобиль. Дополнительное трение возникает между тормозящимися колесами и поверхностью дороги. Это трение превращает кинетическую энергию автомобиля в тепло.С другой стороны, с рекуперативными тормозами система, которая приводит в движение автомобиль, выполняет большую часть торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза электрического или гибридного транспортного средства, эти типы тормозов переводят электродвигатель транспортного средства в режим заднего хода, заставляя его вращаться назад, тем самым замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также действует как электрогенератор, вырабатывая электричество, которое затем подается в аккумуляторные батареи автомобиля. Эти типы тормозов лучше работают на определенных скоростях, чем на других.Фактически, они наиболее эффективны в ситуациях, когда за рулем постоянно возникают остановки. Однако гибриды и полностью электрические автомобили также имеют фрикционные тормоза как своего рода резервную систему в ситуациях, когда рекуперативное торможение просто не обеспечивает достаточного тормозного усилия. В этих случаях водителям важно осознавать тот факт, что педаль тормоза может по-разному реагировать на давление. Иногда педаль нажимается дальше к полу, чем обычно, и это ощущение может вызвать кратковременную панику у водителей.
На следующих страницах мы более подробно рассмотрим, как работает система рекуперативного торможения, и обсудим причины, по которым рекуперативное торможение более эффективно, чем обычная система фрикционного тормоза.
Как работает рекуперативное торможение | HowStuffWorks
Каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз автомобиля, вы тратите энергию впустую. Физика говорит нам, что энергию нельзя уничтожить. Поэтому, когда ваш автомобиль замедляется, кинетическая энергия, которая толкала его вперед, должна куда-то уйти.Большая его часть просто рассеивается в виде тепла и становится бесполезной. Та энергия, которую можно было бы использовать для работы, по сути тратится впустую.
Есть ли что-нибудь, что вы, водитель, можете сделать, чтобы перестать тратить эту энергию зря? Не совсем. В большинстве автомобилей это неизбежный побочный продукт торможения, и вы не сможете водить машину, не нажимая при этом тормоза. Но автомобильные инженеры много думали об этой проблеме и придумали своего рода тормозную систему, которая может вернуть большую часть кинетической энергии автомобиля и преобразовать ее в электричество, чтобы ее можно было использовать для подзарядки автомобильных аккумуляторов.Эта система называется рекуперативным торможением.
В настоящее время такие тормоза используются в основном в гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, и в полностью электрических автомобилях, таких как Tesla Roadster. В таких транспортных средствах очень важно поддерживать заряд аккумулятора. Однако технология впервые была использована в троллейбусах, а затем нашла свое применение в таких маловероятных местах, как электрические велосипеды и даже гоночные автомобили Формулы-1.
В традиционной тормозной системе тормозные колодки создают трение с роторами тормозов, замедляя или останавливая автомобиль.Дополнительное трение возникает между тормозящимися колесами и поверхностью дороги. Это трение превращает кинетическую энергию автомобиля в тепло. С другой стороны, с рекуперативными тормозами система, которая приводит в движение автомобиль, выполняет большую часть торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза электрического или гибридного транспортного средства, эти типы тормозов переводят электродвигатель транспортного средства в режим заднего хода, заставляя его вращаться назад, тем самым замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также действует как электрогенератор, вырабатывая электричество, которое затем подается в аккумуляторные батареи автомобиля.Эти типы тормозов лучше работают на определенных скоростях, чем на других. Фактически, они наиболее эффективны в ситуациях, когда за рулем постоянно возникают остановки. Однако гибриды и полностью электрические автомобили также имеют фрикционные тормоза как своего рода резервную систему в ситуациях, когда рекуперативное торможение просто не обеспечивает достаточного тормозного усилия. В этих случаях водителям важно осознавать тот факт, что педаль тормоза может по-разному реагировать на давление. Иногда педаль нажимается дальше к полу, чем обычно, и это ощущение может вызвать кратковременную панику у водителей.
На следующих страницах мы более подробно рассмотрим, как работает система рекуперативного торможения, и обсудим причины, по которым рекуперативное торможение более эффективно, чем обычная система фрикционного тормоза.
Как работает рекуперативное торможение | HowStuffWorks
Каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз автомобиля, вы тратите энергию впустую. Физика говорит нам, что энергию нельзя уничтожить. Поэтому, когда ваш автомобиль замедляется, кинетическая энергия, которая толкала его вперед, должна куда-то уйти.Большая его часть просто рассеивается в виде тепла и становится бесполезной. Та энергия, которую можно было бы использовать для работы, по сути тратится впустую.
Есть ли что-нибудь, что вы, водитель, можете сделать, чтобы перестать тратить эту энергию зря? Не совсем. В большинстве автомобилей это неизбежный побочный продукт торможения, и вы не сможете водить машину, не нажимая при этом тормоза. Но автомобильные инженеры много думали об этой проблеме и придумали своего рода тормозную систему, которая может вернуть большую часть кинетической энергии автомобиля и преобразовать ее в электричество, чтобы ее можно было использовать для подзарядки автомобильных аккумуляторов.Эта система называется рекуперативным торможением.
В настоящее время такие тормоза используются в основном в гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, и в полностью электрических автомобилях, таких как Tesla Roadster. В таких транспортных средствах очень важно поддерживать заряд аккумулятора. Однако технология впервые была использована в троллейбусах, а затем нашла свое применение в таких маловероятных местах, как электрические велосипеды и даже гоночные автомобили Формулы-1.
В традиционной тормозной системе тормозные колодки создают трение с роторами тормозов, замедляя или останавливая автомобиль.Дополнительное трение возникает между тормозящимися колесами и поверхностью дороги. Это трение превращает кинетическую энергию автомобиля в тепло. С другой стороны, с рекуперативными тормозами система, которая приводит в движение автомобиль, выполняет большую часть торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза электрического или гибридного транспортного средства, эти типы тормозов переводят электродвигатель транспортного средства в режим заднего хода, заставляя его вращаться назад, тем самым замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также действует как электрогенератор, вырабатывая электричество, которое затем подается в аккумуляторные батареи автомобиля.Эти типы тормозов лучше работают на определенных скоростях, чем на других. Фактически, они наиболее эффективны в ситуациях, когда за рулем постоянно возникают остановки. Однако гибриды и полностью электрические автомобили также имеют фрикционные тормоза как своего рода резервную систему в ситуациях, когда рекуперативное торможение просто не обеспечивает достаточного тормозного усилия. В этих случаях водителям важно осознавать тот факт, что педаль тормоза может по-разному реагировать на давление. Иногда педаль нажимается дальше к полу, чем обычно, и это ощущение может вызвать кратковременную панику у водителей.
На следующих страницах мы более подробно рассмотрим, как работает система рекуперативного торможения, и обсудим причины, по которым рекуперативное торможение более эффективно, чем обычная система фрикционного тормоза.
Как работает рекуперативное торможение | HowStuffWorks
Каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз автомобиля, вы тратите энергию впустую. Физика говорит нам, что энергию нельзя уничтожить. Поэтому, когда ваш автомобиль замедляется, кинетическая энергия, которая толкала его вперед, должна куда-то уйти.Большая его часть просто рассеивается в виде тепла и становится бесполезной. Та энергия, которую можно было бы использовать для работы, по сути тратится впустую.
Есть ли что-нибудь, что вы, водитель, можете сделать, чтобы перестать тратить эту энергию зря? Не совсем. В большинстве автомобилей это неизбежный побочный продукт торможения, и вы не сможете водить машину, не нажимая при этом тормоза. Но автомобильные инженеры много думали об этой проблеме и придумали своего рода тормозную систему, которая может вернуть большую часть кинетической энергии автомобиля и преобразовать ее в электричество, чтобы ее можно было использовать для подзарядки автомобильных аккумуляторов.Эта система называется рекуперативным торможением.
В настоящее время такие тормоза используются в основном в гибридных автомобилях, таких как Toyota Prius, и в полностью электрических автомобилях, таких как Tesla Roadster. В таких транспортных средствах очень важно поддерживать заряд аккумулятора. Однако технология впервые была использована в троллейбусах, а затем нашла свое применение в таких маловероятных местах, как электрические велосипеды и даже гоночные автомобили Формулы-1.
В традиционной тормозной системе тормозные колодки создают трение с роторами тормозов, замедляя или останавливая автомобиль.Дополнительное трение возникает между тормозящимися колесами и поверхностью дороги. Это трение превращает кинетическую энергию автомобиля в тепло. С другой стороны, с рекуперативными тормозами система, которая приводит в движение автомобиль, выполняет большую часть торможения. Когда водитель нажимает на педаль тормоза электрического или гибридного транспортного средства, эти типы тормозов переводят электродвигатель транспортного средства в режим заднего хода, заставляя его вращаться назад, тем самым замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также действует как электрогенератор, вырабатывая электричество, которое затем подается в аккумуляторные батареи автомобиля.Эти типы тормозов лучше работают на определенных скоростях, чем на других. Фактически, они наиболее эффективны в ситуациях, когда за рулем постоянно возникают остановки. Однако гибриды и полностью электрические автомобили также имеют фрикционные тормоза как своего рода резервную систему в ситуациях, когда рекуперативное торможение просто не обеспечивает достаточного тормозного усилия. В этих случаях водителям важно осознавать тот факт, что педаль тормоза может по-разному реагировать на давление. Иногда педаль нажимается дальше к полу, чем обычно, и это ощущение может вызвать кратковременную панику у водителей.
На следующих страницах мы более подробно рассмотрим, как работает система рекуперативного торможения, и обсудим причины, по которым рекуперативное торможение более эффективно, чем обычная система фрикционного тормоза.
Рекуперативное торможение — Energy Education
Рисунок 1. Рекуперативный тормоз. [1]Рекуперативные тормозные системы (RBS) — это тип системы рекуперации кинетической энергии, которая переводит кинетическую энергию движущегося объекта в потенциальную или накопленную энергию для замедления транспортного средства и, как следствие, увеличивает топливную эффективность. [2] Эти системы также называют системами рекуперации кинетической энергии. Есть несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком. Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа.
RBS устанавливаются вдоль трансмиссии или прикрепляются к ведущим колесам транспортного средства, где они препятствуют движению колес с помощью магнитных полей или механического крутящего момента.Эти методы запрета движения позволяют генерировать энергию при торможении, в отличие от фрикционных тормозов, которые просто тратят энергию на замедление транспортного средства, превращая кинетическую энергию в тепловую. Из-за максимальной скорости зарядки механизмов накопления энергии тормозное усилие от RBS ограничено. Следовательно, для обеспечения безопасной эксплуатации транспортного средства, когда необходимо резкое торможение, требуется традиционная фрикционная тормозная система. RBS может снизить расход топлива и снизить общую тормозную нагрузку на фрикционные тормоза транспортных средств, уменьшая износ тормозных колодок. [3]
RBS используются почти во всех электромобилях и гибридных электромобилях. Кроме того, в общественном транспорте, таком как автобусы и сверхскоростные экспрессы, используются RBS, чтобы уменьшить воздействие транспортного парка на окружающую среду и сэкономить деньги. [4]
История
Идея тормоза, который мог бы брать кинетическую энергию, которую он поглощает, и превращать ее в потенциальную энергию для дальнейшего использования, возникла с конца 1800-х годов. Некоторые из первых попыток этой технологии заключались в установке RBS пружинного типа на переднеприводных велосипедах или гужевых кабинах. [5] [6]
Железная дорога Баку-Тбилиси-Батуми начала применять RBS в начале 1930-х годов. Это один из примеров раннего использования этой технологии в железнодорожной системе. [6]
В 1950-х годах швейцарская компания Oerlikon разработала автожир, в котором в качестве накопителя энергии использовался маховик. Эффекты гироскопического движения на автобусе вскоре привели к его прекращению. [7]
В 1967 году Американская автомобильная компания (AMC) создала тормоз с рекуперацией электроэнергии для своего концептуального электромобиля AMC Amitron.Toyota была первым производителем автомобилей, который коммерциализировал технологию RBS в своих гибридных автомобилях серии Prius. [6]
С тех пор RBS эволюционировали для использования почти во всех электрических и гибридных автомобилях, а также в некоторых транспортных средствах, работающих на газе.
Способы преобразования и хранения энергии
Существует несколько методов преобразования энергии в RBS, включая пружину, маховик, электромагнитный и гидравлический. Совсем недавно появилась гибридная RBS с электромагнитным маховиком.Каждый тип RBS использует свой метод преобразования или хранения энергии, что дает различную эффективность и различные применения для каждого типа. В настоящее время наиболее распространенным типом является электромагнитная система. [8]
Электромагнитный
В электромагнитной системе приводной вал транспортных средств соединен с электрическим генератором, который использует магнитные поля для ограничения вращения приводного вала, замедляя транспортное средство и генерируя электричество. В случае электромобилей и гибридных автомобилей вырабатываемая электроэнергия отправляется в аккумуляторы, обеспечивая их подзарядку.В транспортных средствах, работающих на газе, электричество можно использовать для питания электроники автомобиля или направить в аккумулятор, где позже оно может быть использовано для придания автомобилю дополнительной мощности. Этот метод в настоящее время используется в некоторых гоночных автомобилях Le Mans Prototype. [9]
Маховик
В RBS с маховиком система собирает кинетическую энергию транспортного средства для вращения маховика, который соединен с приводным валом через трансмиссию и коробку передач. Вращающийся маховик затем может передавать крутящий момент на ведущий вал, давая автомобилю прирост мощности.
Маховик электромагнитный
Электро рекуперативный тормоз маховика — это гибридная модель электромагнитного тормоза и тормозов маховика. Он разделяет основные методы производства электроэнергии с электромагнитной системой; однако энергия накапливается в маховике, а не в батареях. В этом смысле маховик служит механической батареей, в которой можно накапливать и восстанавливать электрическую энергию. [10] Из-за долговечности батарей с маховиком по сравнению с литий-ионными батареями, RBS с электрическим маховиком является более экономичным способом хранения электроэнергии. [11]
Пружина
Подпружиненная система рекуперативного торможения обычно используется на транспортных средствах с приводом от человека, таких как велосипеды или инвалидные коляски. В пружине RBS спираль или пружина наматываются на конус во время торможения для хранения энергии в виде упругого потенциала. Затем можно вернуть потенциал, чтобы помочь водителю при движении в гору или по пересеченной местности. [12]
Гидравлический
Гидравлический RBS замедляет транспортное средство, вырабатывая электричество, которое затем используется для сжатия жидкости.В качестве рабочего тела часто выбирают газообразный азот. Гидравлические RBS обладают самой продолжительной способностью аккумулировать энергию среди всех систем, поскольку сжатая жидкость не рассеивает энергию с течением времени. Однако сжатие газа с помощью насоса — медленный процесс и сильно ограничивает мощность гидравлического RBS.
Приложения
Гибридные и электрические автомобили
В современных гибридных и электромобилях используется электрический двигатель для приведения в движение автомобиля, что делает применение рекуперативного торможения очень простым и эффективным.В подавляющем большинстве этих автомобилей трансмиссия автомобиля настроена так, что, когда водитель нажимает на тормоза, электродвигатель меняет направление и оказывает сопротивление колесам, а не мощность. Затем сопротивление, приложенное к колесам, передается через электродвигатель, где оно используется для зарядки аккумуляторов.
В высокопроизводительных электромобилях улучшение ощущения от автомобиля очень важно для производителей автомобилей. Многие клиенты поддерживают электрические суперкары, но против их покупки из-за отсутствия ощущения высокой производительности.Одним из важных аспектов этого ощущения является торможение двигателем. В стандартном двигателе внутреннего сгорания, когда мощность не подается на двигатель, естественное трение внутри двигателя работает, чтобы замедлить транспортное средство. В электромобилях эта сила трения не действует; однако автомобильные компании, такие как Mercedes и Porsche, начали использовать системы рекуперативного торможения, чтобы дать водителю ощущение автомобиля с газовым двигателем, одновременно восстанавливая энергию для аккумуляторов. [13]
Автогонки
В 2009 году Формула 1 (распространенный тип гоночных автомобилей) представила систему рекуперативного торможения, называемую системой рекуперации кинетической энергии (KERS).Поначалу внедрение системы происходило медленно, и в сезоне 2010 года ни одна из команд не использовала ее; однако усовершенствования системы в сезоне 2011 года сделали ее чрезвычайно полезной для автомобилей, и почти все команды приняли ту или иную форму системы. В автомобилях Формулы-1 для хранения энергии при торможении используется система с четырьмя маховиками или электрогенератор. Эта накопленная энергия затем может быть использована водителем, нажав кнопку на рулевом колесе. FIA ограничивает использование до 6,67 секунды на круг, в течение которых система дает машине дополнительные 81 л.с. [14]
Ограничения
Из-за максимальной скорости перезарядки цепи и емкости аккумулятора тормозное усилие от RBS электромагнитного типа всегда ограничено. Следовательно, для преобразования избыточной энергии транспортного средства требуется традиционная фрикционная тормозная система. Фрикционный тормоз также может предотвратить потерю тормозной способности в случае отказа RBS.
RBS можно устанавливать только на ведущие колеса, поскольку для рекуперации энергии требуется трансмиссия.Отработанное тепло существенно не снижается, если автомобиль не является полноприводной.
Добавление RBS к транспортному средству означает увеличение его снаряженной массы. Хотя RBS может улучшить экономию топлива в условиях движения «старт-стоп», это может отрицательно сказаться на расходе топлива во время движения по шоссе.
Конструкция RBS включает в себя различные датчики и блоки логического управления для настройки работы RBS.
Не следует пренебрегать вопросами надежности этих электрических частей. [15]
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Номер ссылки
- ↑ Wikimedia Commons. (3 октября 2015 г.). Flybird Systems KERS [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8e/Flybrid_Systems_Kinetic_Energy_Recovery_System.jpg
- ↑ М. Боди и К. Маджид, «Метод рекуперативного торможения», 5,707,1151998.
- ↑ Роберт Бош ГмбХ, «Регенеративное торможение Активная безопасность — Регенеративные тормозные системы», Bosch Automotive Technology.[В сети]. Доступно: http://www.bosch-automotivetechnology.com/en/de/component/SF_PC_AS_Regenerative-Braking-Systems_SF_PC_Active-Safety_2575.html. [Доступ: 27 октября 2013 г.].
- ↑ R. Chicurel, «Компромиссное решение для рекуперации энергии при торможении транспортного средства», Energy, vol. 24, вып. 12. С. 1029–1034, январь 1999 г.
- ↑ Б. РИДЕР, «Рекуперативная тормозная система для велосипедов», 2340641880.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 У. Кларк II и Г. Кук, Глобальные энергетические инновации: почему Америка должна лидировать.Praeger, 2011.
- ↑ Дж. Хэмпл, «Концепция автобуса с механическим приводом», Пер. Трансп. Sci., Т. 6, вып. 1. С. 27–38, январь 2013 г.
- ↑ П. Кларк, Т. Мунир и К. Куллинейн, «Снижение выбросов от транспортных средств с помощью рекуперативного торможения», Transp. Res. Часть D Пр. Environ., Т. 15, вып. 3. С. 160–167, май 2010 г.
- ↑ «Обзор полной дорожной тестовой машины с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear». [В сети]. Доступно: http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.[Доступ: 2 декабря 2013 г.].
- ↑ Б. Болунд, Х. Бернхофф и М. Лейон, «Энергия с маховиком и системы аккумулирования энергии», Renew. Поддерживать. Energy Rev., т. 11, вып. 2. С. 235–258, февраль 2007 г.
- ↑ Дж. Ли, Э. Мерфи, Дж. Винник и П. Коль, «Исследования продолжительности цикла коммерческих литий-ионных аккумуляторов во время быстрой зарядки-разрядки», J. Power Sources, vol. 102, вып. 1–2, стр. 294–301, декабрь 2001 г.
- ↑ С. Дж. Клегг, «Обзор систем рекуперативного торможения», Лидс, Англия.econ.kuleuven.be, 1996.
- ↑ Обзор дорожного тестового автомобиля с приводом от Mercedes-Benz SLS Electric Drive — BBC Top Gear — BBC Top Gear. (нет данных). Получено с http://www.topgear.com/uk/mercedes-benz/sls/road-test/electric-drive-driven.
- ↑ Formula 1® — Официальный веб-сайт F1®. (нет данных). Получено с http://www.formula1.com/inside_f1/understanding_the_sport/8763.html
- ↑ Дж. Ан, К. Юнг, Д. Ким и Х. Джин, «Анализ системы рекуперативного торможения для гибридных электромобилей с использованием электромеханического тормоза», Int.J.…, т. 10, вып. 2. С. 229–235, 2009.
Вся правда о рекуперативном торможении
В 1967 году концепт Amitron представил широкому кругу масс рекуперативное торможение. Этот квадратный трехместный автомобиль был первым транспортным средством, в котором кинетическая энергия движения использовалась для приведения в действие двигателя. Хотя Amitron так и не попал в серийное производство, технология продолжала жить. Рекуперативное торможение сейчас есть почти во всех передовых электромобилях, представленных на рынке.
Перенесемся в 2020 год — рекуперативное торможение широко доступно в широком диапазоне транспортных средств, работающих на альтернативных источниках энергии.От неприметного гибрида Honda до полностью электрических автомобилей с батарейным питанием, таких как Tesla Model 3. Но что это такое?
Что такое рекуперативное торможение?
Физика. Чтобы понять регенеративное торможение, сначала рассмотрим закон сохранения энергии: энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а может только преобразовываться из одной формы в другую. Эта технология преобразует кинетическую энергию, генерируемую при торможении, в энергию, полезную для аккумулятора автомобиля.
Вместо того, чтобы тратить все выделяемое тепло на замедление или остановку автомобиля, система рекуперативного торможения использует энергию для восстановления срока службы аккумулятора.При управлении автомобилем с технологией рекуперативного торможения ваша машина получает механическую энергию от работы транспортного средства. Затем он преобразует эту энергию для питания аккумуляторной батареи.
Электродвигатель использует сопротивление для замедления колес. Регенеративное торможение изменяет поток энергии от этой силы на противоположный и преобразует его в кинетическую энергию, которую автомобиль может затем использовать для получения мощности.
На каких машинах это есть?
Гибридные и электрические автомобили повсеместно используют рекуперативное торможение для повышения общей эффективности.Скорее всего, если вы когда-либо водили автомобиль с гибридной технологией или электродвигателем, вы водили его с системой рекуперативного торможения
.Эта эффективная система поддерживает такие автомобили, как Audi e-tron, Chevy Bolt, Ford Fusion Hybrid, Hyundai Kona Electric, Nissan Leaf, Toyota Prius и победитель конкурса Urban Car of the Year 2020 года — Kia Soul EV. Эта проверенная технология сейчас набирает популярность по мере того, как движение электромобилей набирает обороты.
Mazda 3, получившая награду World Car Design of the Year Award, не является ни гибридной, ни электрической.Тем не менее, в некоторых моделях используется небольшой генератор для сбора энергии, возникающей при замедлении автомобиля. Используемая энергия помогает приводить в действие вспомогательные функции автомобиля. Например, кондиционер, освещение и информационно-развлекательная система. Это дает Mazda 3.
топливной экономичности на одну милю на галлон.Правда о рекуперативном торможении
Регенеративное торможение — это экологичная технология преобразования энергии. Это максимизирует эффективность любого транспортного средства. Чаще всего встречается в электрических или гибридных транспортных средствах, но также встречается в таких автомобилях, как Mazda 3.
Хотя эта технология была вдохновлена фундаментальной физикой более 50 лет назад, с годами она улучшилась. В настоящее время это ведущая система преобразования энергии для многих электромобилей, используемых сегодня на дорогах.
Даже болиды Формулы 1 использовали рекуперативное торможение — Льюис Хэмилтон выиграл первый Гран-при Венгрии в 2009 году на машине, оснащенной одной из версий этой системы. Предшественники современной технологии рекуперативного торможения вошли в историю. От Amitron до гонок Formul 1 и Mazda 3 регенеративное торможение наполнило автомобильную промышленность.
Тормоз или выбег? Интеллектуальное рекуперативное торможение на Volkswagen ID.4
Рекуперативное торможение, другими словами, рекуперация энергии при замедлении, значительно увеличивает запас хода любого электромобиля. Однако что должно происходить, когда водители электромобилей убирают ногу с самой правой педали, — это сложный философский вопрос. Должен ли электродвигатель с электроприводом действовать как генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрическую, или он должен работать без выработки электроэнергии, чтобы импульс транспортного средства использовался для движения по инерции?
Ответы на эти вопросы сильно различаются в зависимости от производителя и модели.Некоторые электромобили восстанавливают энергию, когда водитель нажимает крайнюю правую педаль после ускорения. В случае нового компактного электрического внедорожника ID.4 Volkswagen избрал другую стратегию: движение накатом имеет приоритет, поскольку преобразование энергии неизбежно ведет к потерям. Это относится к положению D (Drive), режиму по умолчанию, который автоматически активируется при запуске.
Функция движения накатом, при которой водители сразу же снимают ногу с педали акселератора, обеспечивает спокойное и предсказуемое вождение.Если водители хотят замедлить больше, они нажимают педаль тормоза и активируют рекуперацию энергии торможения. Во время большинства повседневных маневров торможения — до примерно 0,25 г замедления — электродвигатель выполняет торможение в одиночку, в то время как сервопривод электрического тормоза активирует фрикционные тормоза только в ситуациях, когда требуется большее тормозное усилие. Переход от генераторного к гидравлическому торможению остается практически незамеченным благодаря высокоточному и быстрому управлению системой торможения и привода.Эти системы также следят за тем, чтобы задние колеса, в которых происходит рекуперация энергии торможения, всегда имели достаточное сцепление с дорогой.
Каждый ID.4 в стандартной комплектации имеет прогнозируемую экономическую помощь. Он анализирует данные от навигационной системы и датчиков транспортного средства, чтобы обеспечить водителям эффективную поддержку при вождении эффективно и непринужденно. Как только ID.4 приближается к низкоскоростной зоне, такой как городская среда, перекрестки и повороты, Eco Assistance уведомляет водителей, чтобы они сняли ногу с педали акселератора.С этого момента система управляет оптимальным движением по инерции и рекуперацией энергии без вмешательства водителей. Автомобиль реагирует аналогичным образом, когда приближается к впереди идущему автомобилю, движущемуся с меньшей скоростью.
Водители могут использовать кулисный переключатель селектора передач для переключения из положения D в положение B (Тормоз) в любое время. В этом режиме привод ID.4 почти всегда восстанавливает энергию во время подъема, но не до полной остановки. Предел установлен на уровне 0,13 г — этого достаточно для четко заметного замедления, которое не сбивает с толку водителей автомобилей с обычным двигателем внутреннего сгорания: интуитивное управление — одна из самых сильных сторон автомобилей.
ID.4 — это первый полностью электрический внедорожник Volkswagen и первый в мире электромобиль марки. Он предлагает спортивное, но комфортное вождение, просторный салон и современные элементы управления, дисплеи, информационно-развлекательные и вспомогательные системы. При запуске в США автомобиль будет предлагаться с аккумулятором мощностью 82 кВт · ч (брутто) и синхронным двигателем переменного тока с постоянными магнитами мощностью 201 л.с., крутящим моментом 228 фунт-футов и запасом хода 250 миль по оценкам Агентства по охране окружающей среды.