содержание   ..  1  2  3  4  5  6    ..

Пневматическое оборудование вагонов метро (Е, Еж, 81-714, 81-717)

 Введение

Пневматикой называется раздел техники, объединяющий устройства, работающие на сжатых газах.

Рабочим телом, которое используется в пневматическом оборудовании вагонов метрополитена, является сжатый воздух. Он является смесью газов: азота (около 78%), кислорода (около 21%), инертных газов, углекислого газа, метана. Также в воздухе присутствует водяной пар.

В основе работы всех пневматических систем лежат фундаментальные законы термодинамики и гидродинамики, описывающие поведение реального газа. Однако многие свойства реальных газов с большой точностью описываются моделью идеального газа, в которой предполагается, что все частицы (молекулы) бесконечно малы (то есть размер молекул много меньше расстояний между ними) и взаимодействием частиц друг с другом можно пренебречь (то есть силы притяжения между молекулами не учитываются, а силы отталкивания возникают только при соударениях). Модель очень хорошо описывает большинство задач термодинамики газов, кроме экстремальных температур или давлений. Воздух при давлениях, близких к атмосферному, и температурах, близких к комнатной, с большой точностью является идеальным газом.

Свойства воздуха

Знание основных свойств воздуха необходимо для понимания работы устройств и приборов, относящихся к пневматическому оборудованию вагонов Московского метрополитена.

Основным свойством воздуха, которое используется в работе пневматического оборудования, является его способность к сжатию при увеличении давления и последующему расширению с совершением полезной работы. Жидкости, в отличие от газов, практически несжимаемы, и принципы работы устройств гидравлики несколько иные. Именно энергия аккумулированного сжатого воздуха и выполняет ту или иную работу в пневматических устройствах, что обеспечивает функционирование различных узлов как на отдельно взятом вагоне, так и на составе в целом.

Принцип работы всех пневматических устройств основан на создании разности давлений воздуха в рабочих камерах или полостях определенного узла или устройства, которая вызывает механическое воздействие на другой узел или на все пневматическое устройство в целом.

Давление и единицы его измерения

Давление представляет собой физическую величину, измеряемую отношением силы, действующей перпендикулярно поверхности взаимодействия между телами, к площади этой поверхности (если по данной поверхности сила распределена равномерно), или в виде формулы: P=F/S.

Единицей измерения давления в системе СИ является Паскаль (Па). 1 Паскаль равен давлению, которое оказывает сила в 1 Ньютон (Н) на площадь в 1 м², или 1 кг^.м/(с^2.м²) = 1 кг/(м^.с²)

Для работы пневматических устройств важным свойством газа как рабочего тела является то, что газ передает производимое на него поверхностными силами внешнее давление по всем направлениям без изменения (закон Паскаля).

Единица давления Паскаль применяется, главным образом, в научной среде. В технике и быту принятыми единицами измерения являются физическая атмосфера (АТМ), техническая атмосфера (АТ) и миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.)

Физическая атмосфера (АТМ) — единица измерения давления, равная нормальному атмосферному давлению на высоте уровня моря, т.е. давлению, уравновешиваемому столбом ртути высотой 760 мм при температуре 0°С, плотности ртути 13595,1 кг/м³ и нормальном ускорении свободного падения 9,80665 м/сек². Иногда физическую атмосферу называют также нормальной атмосферой. Причиной атмосферного давления является гидростатическое давление воздуха на поверхность Земли и все находящиеся на ней предметы, создаваемое притяжением атмосферы к Земле. Численно атмосферное давление равно отношению веса столба воздуха над предметом к вертикальной проекции площади этого предмета. 1 АТМ=1,033 кгс/см². Следует помнить, что 1 килограмм-сила (кгс) равен приблизительно 9,81 Н, таким образом нормальное атмосферное давление 101325 Па равно 1,0332 кгс/см².

Техническая атмосфера (АТ) — физическая величина, относящаяся к системе единиц измерений МКГСС и равна давлению, производимому силой в 1 кгс, равномерно распределенной по плоской поверхности площадью в 1см².

Примечания:

Для справки приведем соотношения между различными единицами давления:

                1 атм = 1,033 кгс/см² = 760 мм рт. ст. = 101325 Па

                1 ат   = 1 кгс/см² = 735,66 мм рт.ст. = 98066 Па

В инженерной пневматике наиболее распространенной единицей измерения давления является именно техническая атмосфера.

Закон Бойля-Мариотта

Параметры вещества в любом состоянии связаны друг с другом уравнением состояния, вид которого в большинстве случаев неизвестен. Лишь для газов, частицы которых достаточно далеки друг от друга и почти не взаимодействуют, такое уравнение известно сравнительно точно.

Рассмотрим газ, находящийся в некотором замкнутом объеме (рис. 1.1), т.е. параметры которого (температура, давление, плотность) одинаковы по всему объему и неизменны. Такая система называется равновесной. Если медленно уменьшать объем системы, поддерживая при этом постоянной ее температуру, можно увидеть, что давление газа в системе растет, причем если обозначить первоначальные значения давления и объема как P₀ и V₀, а конечные — как P₁ и V₁, то можно сделать вывод, что произведение давления и объема газа есть постоянная величина для любой точки процесса. То есть P₀V₀ = P₁V₁ = const при T=const.

Рис. 1.1. Изотермическое сжатие

Это соотношение носит название закона Бойля-Мариотта и формулируется так: произведение объема данной массы газа на его давление есть величина постоянная при неизменной температуре.

Примечания:

Процесс, протекающий при постоянной температуре, называется изотермическим. Реальный процесс сжатия газа, например, в компрессоре, не является изотермическим — уменьшение объема и увеличение давления сопровождается ростом температуры. Однако, если сжатый газ охладить до температуры, которую он имел до сжатия, можно будет увидеть, что для начальных и конечных значений объема и давления закона Бойля-Мариотта соблюдается.

Если изобразить изотермический процесс сжатия газа в виде графика, на одной оси которого будет отсчитываться объем, а на другой — давление (так называемая pV-диаграмма -  рис. 1.2), то проявление закона Бойля-Мариотта состоит в том, что точки этого графика представляют собой множество вершин прямоугольников равной площади:

Рис. 1.2. PV-диаграмма

 Пневматики вагона и их назначение

Пневматикой называется совокупность пневматических устройств и приборов, объединенных в одну группу по назначению, типу выполняемой ими работы, а также по функциональной зависимости друг от друга. На каждом вагоне метро существует шесть самостоятельных пневматик: напорная, тормозная, автостопная, дверная, управления и вспомогательная.

Рис. 1.3. Функциональная схема пневматик

• Напорная пневматика предназначена для создания сжатого воздуха, его охлаждения, очистки от механических примесей, масла и влаги, его накопления и хранения с целью обеспечения работы всех пневматических устройств вагона. К напорной пневматике относятся: мотор-компрессор с воздушным фильтром и маслоотделителями, змеевик, воздушные резервуары, обратный и предохранительный клапаны, регулятор давления и т.д.
   
• Тормозная пневматика выполняет все виды пневматического торможения и отпуска тормозов. В тормозную пневматику входят: кран машиниста (как командный орган), тормозной воздухораспределитель, тормозные цилиндры, АВУ-045 и т.д.
   
• Автостопная пневматика производит экстренное пневматическое торможение состава с одновременным отключением электрической тяги двигателей в случае проезда светофора с запрещающим показанием оборудованным путевой скобой автостопа, путевой инерционной скобы с повышенной скоростью или постоянной путевой скобы. В эту пневматику входят два устройства — УАВА (универсальный автоматический выключатель автостопа) и срывной клапан.
   
• Дверная пневматика обеспечивает работу раздвижных дверей вагона. Она состоит из следующих устройств: ДВР (дверной воздухораспределитель), пневмодроссели (регуляторы скорости движения дверных створок), дверные цилиндры, редуктор дверной магистрали и т.д.
   
• Пневматика управления служит для обеспечения сжатым воздухом силовых электрических аппаратов. К этой пневматике относятся пневматические приводы и электромагнитные вентили включающего типа, управляющие работой этих приводов (электропневматический реверсор, линейные контакторы и переключатель положений), редуктор магистрали управления.
   
• Вспомогательная пневматика предназначена для работы звукового сигнала, стеклоочистителей, контроля за значениями давления воздуха в магистралях (манометры), а также —  на вагонах некоторых типов — для отжатия башмаков токоприемников и смазки гребней колес с целью уменьшения их выработки.
   

Примечания:

Каждая из перечисленных выше пневматик работает совместно с одной или несколькими воздушными магистралями вагона.

 Воздушные магистрали вагона и их назначение

Воздушная магистраль представляет собой систему трубопроводов и приборов, имеющую фиксированный объем и определенное давление (не всегда постоянное). На каждом вагоне метро имеется пять самостоятельных воздушных магистралей: напорная, тормозная, дверная, управления и тормозных цилиндров.

Рис. 1.4. Общая схема воздушных магистралей вагона 81-717

• Напорная магистраль (НМ) предназначена для обеспечения очищенным и охлажденным сжатым воздухом всех остальных воздушных магистралей, обеспечивая, таким образом, работу всех пневматических устройств вагона. Общий объем напорной магистрали около 420 л, рабочее давление воздуха 6,3 ÷ 8,2 АТ.
   
• Тормозная магистраль (ТМ) руководит работой пневматического тормоза — от интенсивности и глубины ее разрядки или зарядки зависит тот или иной вид пневматического торможения или отпуска тормозов. Рабочее давление воздуха в тормозной магистрали 5,0 ÷ 5,2 АТ (кран машиниста № 334) и 4,8 ÷ 5,2 АТ (кран машиниста № 013). Объем тормозной магистрали составляет 29 л (номерные вагоны) или 38 л (вагоны Е и их модификации).
   
• Дверная магистраль (ДМ) обеспечивает работу дверных цилиндров, с помощью которых происходит открытие и закрытие дверных проемов. Рабочее давление воздуха в дверной магистрали 3,4 ÷ 3,6 АТ, объем — 8 л.
   
• Магистраль управления (МУ) обеспечивает работу пневматических приводов силовой электрической цепи. К электрической аппаратуре, приводимой в действие этими устройствами, относятся: линейные контакторы (ЛК), реверсор (ПР) и кулачковый групповой переключатель положений. Рабочее давление воздуха в магистрали управления 5,0 ÷ 5,2 АТ.
• Магистраль тормозных цилиндров (МТЦ) обеспечивает работу тормозных цилиндров, с участием которых создается тормозная сила при пневматическом торможении. В зависимости от типа вагона, его загрузки, а также режима работы тормозного воздухораспределителя, рабочее давление воздуха в магистрали тормозных цилиндров может быть различным —  от 0 АТ при отпущенном тормозе до 4,0 АТ при полном служебном или экстренном торможении с полной загрузкой (вагон номерной, головной).

Рис. 1.5. Общая схема пневматики вагона серии 81-717

Напорная и общая пневматика

Под словами "общая пневматика" следует понимать пневматические устройства, относящиеся одновременно к нескольким пневматикам вагона (разобщительные краны, редукторы, электромагнитные вентили и т.д.)

Напорная пневматика предназначена для создания сжатого воздуха, его охлаждения, очистки от механических примесей, масла и влаги, его накопления и хранения с целью обеспечения работы всех пневматических устройств вагона.

 В напорной магистрали поддерживается давление 6,3 – 8,2 Атм.

Воздушный фильтр компрессора

Воздушный фильтр (инерционно-контактный воздухоочиститель) предназначен для очистки атмосферного воздуха, поступающего для сжатия в компрессор, от механических примесей (пыли, частиц грязи и пр.)

Рис. 2.1 Воздушный фильтр. Общий вид

Фильтр установлен на компрессоре и крепится к его картеру при помощи хомута. Также фильтр снабжен защитной цепочкой для предотвращения его падения на путь в случае поломки хомута.

Рис. 2.2 Воздушный фильтр. Составные части

 1 - патрубок входной
 2 - патрубок выходной
 3 - набивка
 4 - корпус
 5 - масло

Работа фильтра (рис. 2.3). При включении компрессора в магистрали всасывания давление становится ниже атмосферного, и атмосферный воздух начинает всасываться внутрь корпуса (4) через входной патрубок (1) и попадает в поддон, в который предварительно залито 400 гр компрессорного масла (5). Воздух, приходя в контакт с поверхностью масла, очищается от относительно крупных примесей, а затем через отверстия поступает вверх и проходит через фильтрующий элемент, которым является набивка из промасленных капроновых нитей (3). В этой набивке оседают более мелкие механические включения, и очищенный воздух через выходной патрубок (2) поступает в клапанную коробку компрессора для сжатия.

Рис. 2.3 Принцип действия воздушного фильтра

Змеевик

Змеевик предназначен для охлаждения сжатого в компрессоре воздуха, а также для частичной амортизации трубопровода напорной магистрали от вибрации, возникающей при работе мотор-компрессора.

Рис. 2.4. Змеевик-охладитель. Общий вид

Змеевик установлен под вагоном вертикально и поперек движения для лучшего обдува и охлаждения и крепится с помощью хомутов к кронштейнам рамы кузова.

Рис. 2.5. Змеевик-охладитель. Габариты

Змеевик представляет собой  пять отрезков труб (3) с наружным диаметром 38 мм, сваренных между собой угольниками (1). На внешней поверхности труб приварены 245 стальных шайб (2) для увеличения площади змеевика и повышения эффективности теплоотдачи. Таким образом, температура сжатого воздуха снижается со 180⁰ С на входе в змеевик до примерно 50⁰ ÷ 60⁰ С на выходе.

Маслоотделитель

Маслоотделитель (рис. 2.6) Э-120Т предназначен для очистки сжатого в компрессоре воздуха от влаги и маслянистых включений. 

Рис. 2.6. Маслоотделитель. Общий вид

На каждом вагоне установлены последовательно друг за другом два маслоотделителя. Они расположены между змеевиком и обратным клапаном Э-155 и крепятся при помощи кронштейнов (6) к раме кузова вагона.

Рис. 2.7. Маслоотделитель. Составные элементы

          1 - крышка
          2 - наполнитель
          3 - крепежные болты
          4 - сетчатые перегородки
          5 - корпус
          6 - кронштейны
          7 - штуцер выходной
          8 - штуцер входной
          9 - штуцер сливного крана

Работа маслоотделителя. После змеевика сжатый воздух через входной штуцер (8) попадает внутрь корпуса (5) и, поднимаясь вверх, проходит через наполнитель (2), состоящий из множества тонкостенных латунных или стальных цилиндров общим весом около 800 гр, уложенных навалом в полости, образованной двумя сетчатыми перегородками (4). На поверхности этого наполнителя происходит процесс конденсации паров влаги и масла, и далее в капельном виде этот конденсат стекает вниз к штуцеру (9) сливного краника. Очищенный сжатый воздух проходит через выходной штуцер (7) в съемной крышке (1) в следующий маслоотделитель, где снова происходит процесс очистки и осушения воздуха, хотя его интенсивность ниже, чем в первом устройстве. Съемная крышка маслоотделителя крепится к корпусу шестью болтами (3) через резиновую прокладку.

Рис. 2.8. Маслоотделитель. Габаритные и посадочные размеры

Слив конденсата из каждого маслоотделителя производится в ТО-1 при помощи сливного краника.

Примечания:

Кроме описанного выше устройства для более качественной очистки воздуха перед пневматическими и электропневматическими приборами, а также в начале ответвления магистралей от напорного трубопровода установлены дополнительные сетчатые контактные фильтры, состоящие из корпуса (1), фильтра (2) и заглушки (3). Фильтр представляет собой две латунные гильзы, между которыми расположен фильтрующий элемент, состоящий из тонкошерстного войлока или фетра.

Рис. 2.9. Фильтр вторичной очистки

содержание   ..  1  2  3  4  5  6    ..