Пневматическое оборудование метрополитена - часть 1

Введение 

Предмет «Пневматическое оборудование вагонов метрополитена» изучает 

конструкцию, принцип работы, характерные неисправности, нормы регулировки, 
техническое обслуживание, а так же взаимодействие между собой пневматических 
приборов и аппаратов, используемых на вагонах метрополитена. 

Пневматикой называется раздел техники, объединяющий систему механизмов, при 

работе которых используется энергия сжатого воздуха. Воздух является смесью газов: 
азота (около 78%), кислорода (около 21%), инертных газов, углекислого газа, метана. 
Также в воздухе присутствует водяной пар. 

1. Свойства воздуха 

Основным свойством воздуха, которое используется при работе пневматического 

оборудования, является его способность быстрого распространения воздушной волны, к 
сжатию и стремление к расширению с совершением полезной работы в результате 
образовавшегося давления. Жидкости, в отличие от газов, практически несжимаемы и 
принципы работы устройств гидравлики несколько иные. Именно энергия 
аккумулированного сжатого воздуха и выполняет ту или иную полезную работу в 
пневматических устройствах, что обеспечивает функционирование различных узлов как 
на отдельно взятом вагоне, так и на составе в целом. 

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). 
Так же, в данном случае следует учесть свойство газов увеличивать свою температуру при 
быстром сжатии (увеличении давления) и понижать при резком разрежении (понижении 
давления). 

Принципом работы всех пневматических устройств является создание разности 

давлений воздуха в рабочих камерах или полостях определенного узла и устройства, 

вызывающая механическое воздействие на другой узел или на все пневматическое 
устройство в целом. 

2. Давление и единицы его измерения 

Давление представляет собой физическую величину, измеряемую отношением силы, 

действующей на поверхности взаимодействия между телами к площади этой поверхности 

(если по данной поверхности сила распределена равномерно). 

Р=Р/8 

В СИ за единицу давления принято давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно 

распределенной по перпендикулярной к ней поверхности площадью 1 м

2

. Эту единицу 

давления называют паскаль (Па). 

1 Па = 1 НУм

2 

Единица давления паскаль применяется, главным образом, в научной среде. В технике 

и быту общепринятыми единицами измерения давления, являются физическая атмосфера 
(атм), техническая атмосфера (ат.) и миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.) 

3 

Физическая атмосфера (ат.) — внесистемная единица измерения давления, равная 
нормальному атмосферному давлению на высоте уровня моря, то есть давлению, 

уравновешиваемому столбом ртути высотой 760 мм при температуре 0° С. Иногда 

физическую атмосферу называют нормальной атмосферой. Численно атмосферное 

давление равно отношению веса столба воздуха над предметом к вертикальной проекции 
площади этого предмета. 1 ат. = 1,033 кгс/см

2

. Следует помнить, что 1 килограмм-сила 

(кгс) равен приблизительно 9,81 Н, таким образом нормальное атмосферное давление 101 
325 Па равно 1,0332 кгс/см

2

. 

Техническая атмосфера (ат^1 — единица измерения давления, относящаяся к системе 
единиц измерений МКГСС и равна давлению, производимому силой в 1 кгс, равномерно 
распределенной по плоской поверхности площадью в 1см

2

. 

Для справки приведем соотношения между различными единицами давления: 

1 ат = 1,033 кгс/см

2

 = 760 мм рт. ст. = 101325 Па 

1 атм = 1 кгс/см

2

 = 735,66 мм рт. ст. = 98066 Па 

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

2.1 Закон Бойля-Мариотта 

Для газа данной массы при неизменной температуре произведение давления на объем есть 
величина постоянная. 

рУ=СОПЗХ,

 при

 Т=СОП51,

 т=соп§1 

Процесс происходящий при постоянной температуре называется изотермическим. 

р »

 1

 а|%1 

И ! ! ! 

* * • * 

* • 

• ' * • • 

« » * » * 

* • • • 

оде о*

1 

е м ' 

Шк 

Рис.1 

Рассмотрим газ, находящийся в некотором замкнутом объеме (Рис.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 
Р1 и V], промежуточные как Р2 и Ч2, а конечные как Рз и Уз, то можно сделать вывод, что 
произведение давления и объема газа есть постоянная величина для любой точки 
процесса. То есть = Р2 и Уг = РзУз

 =

 сош! при Т=сопз1;. Это соотношение носит 

название закона Бойля-Мариотта. 

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. 

4 

3. Воздушная волна 

При открытии крана с одного конца магистрали, заряженной сжатым воздухом, 

возникает его струйное движение, которое называется воздушной волной. 

Падение давления начинается с нарушения равновесия воздуха, находящегося у 

отверстия, а затем волна с определенной скоростью распространяется вдоль магистрали. 
Если кран остается открытым, то в каждом месте, где волна прошла, с определенным 
темпом возникает и продолжается местное падение давления. 

Скорость воздушной волны определяется как частное от деления длины магистрали на 

число секунд от момента открытия выпускного крана до момента начала падения 
давления в конце магистрали. 

Скорость воздушной волны не зависит ни от размера отверстия выпускного крана, т. е. 

от быстроты выпуска воздуха, ни от диаметра трубы, ни от ее длины, ни от величины 
снижения давления, ни от направления движения воздуха (разрядка или зарядка). При 
замерах или при записи самопишущим прибором отсчет производится по моментам 
открытия крана и начала падения давления, чем длиннее магистраль, тем больше будет и 
секунд отсчета. При опытных замерах в разных точках магистрали длиной 1152 м 
скорость ее была постоянной и равнялась 327 м/сек. Установлено, что с увеличением 
«вредных сопротивлений»-наличием отростков, поворотов и разветвлений, 
подключением объемов, скорость воздушной волны снижается. 

4. Темпы падения давления 

Каждый воздухораспределитель начинает действовать не тогда, когда его достигнет 

воздушная волна, то есть начнется течение воздуха, а когда в месте его подключения 
создается темп падения давления, достаточный для приведения его в действие. 

Темпом падения давления в данной точке называется величина этого падения в 

единицу времени - ат/сек или ат/мин. 

Утечки воздуха из магистралей не являются неизбежным злом, однако, несмотря на 

повседневную борьбу с ними, периодически появляются. Для нормальной работы 
тормозов необходимо, чтобы темп падения давления в тормозной магистрали от утечек 
не превышал 0,1—0,2 ат/мин при отключенных воздухораспределителях и не выходил 
бы из пределов 0,03—0,06 ат /мин при проверке общей плотности тормозной магистрали 
с включенными воздухораспределителями. Темпы падения давления в разных местах 
магистрали различны, и чем дальше от начала магистрали (от крана машиниста), тем 

темпы падения давления медленнее. Еще больше чем на скорость воздушной волны, 
действуют на темпы, замедляя их, побочные объемы, отростки и разветвления 
трубопроводов. 

5. Тормозная волна 

Наименьший темп падения давления при разрядке магистрали (или темп повышения 

давления при ее зарядке) будет в самой удаленной от крана точке, отсюда вытекает 
понятие тормозной волны. Тормозной волной называется последовательное 
распространение вдоль поезда действия тормозных воздухораспределителей (сработка 
их на тормоз или на отпуск) или, что то же самое, последовательное распределение в 
магистрали темпов падения давления, достаточных для приведения 
воздухораспределителей в действие. 

Очевидно, что тормозная волна следует вслед за воздушной и со скоростью, 

значительно меньшей скорости воздушной волны. 

Скорость тормозной волны равна длине магистрали, деленной на время, протекающее от 

момента поворота ручки крана до момента начала действия тормоза, наиболее 
удаленного от крана. 

5 

Увеличение скорости тормозной волны важный вопрос совершенствования тормозной 

техники. Один из радикальных способов его решения — электрическое управление 
воздухораспределителями, т. е. переход на электропневматические тормоза. 
Темпы падения давления и скорость тормозной волны зависят: отсечения выпускного 
отверстия крана. Например, экстренное торможение, т. е. торможение с высоким темпом 
разрядки (порядка 1-2 ат/сек) увеличивает скорость тормозной волны, 

от уменьшения сопротивления магистрали за счет улучшения ее конструкции 

(устройства концевых кранов, междувагонных соединений, увеличение диаметра 
магистрали) от длины поезда. 

Равномерная тормозная волна при высокой скорости обеспечивает плавность 

торможения, быстрое наполнение сжатым воздухом тормозных цилиндров, то есть в 
конечном счете определяет эффективность тормоза на составе. 

6. Пневматические схемы и приборы. 

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 метрополитена существует 
следующие виды самостоятельных пневматик: напорная, тормозная, автостопная, 
дверная, управления и вспомогательная. 
Каждая из перечисленных выше пневматик работает совместно с одной или несколькими 
воздушными магистралями вагона. 

Функциональная схема воздушных магистралей вагона 

*- АТ 

Д М 

3,5 

1

 1 • _ 

М У 

5,0 

АТ - атмосфера 

СК - срывнои клапан 

КМ - кран машиниста 

ВР - тормозной 

воздухораспределитель 

Р - редуктор 

МК - мотор-компрессор 

(электрокомпрессор I 

Рис.2 Функциональная схема воздушных магистралей