veig que , al públic li va agradar la part històrica de la meva història i, per tant, no és pecat continuar.
Els trens d'alta velocitat com el TGV ja no depenen de la frenada d'aire
Avui parlarem de la modernitat, és a dir, quins enfocaments per crear sistemes de frens per al material mòbil s'utilitzen al segle XXI, que literalment entra en la seva tercera dècada en només un mes.
1. Classificació dels frens de material rodant
Basant-se en el principi físic de crear força de frenada, tots els frens ferroviaris es poden dividir en dos tipus principals: fricció, utilitzant la força de fregament, i dinàmic, utilitzant un accionament de tracció per crear un parell de frenada.
Els frens de fricció inclouen frens de sabata de tots els dissenys, inclosos els de disc, així com fre de carril magnètic, que s'utilitza en el transport d'alta velocitat de llarg recorregut, principalment a Europa occidental. A la via 1520, aquest tipus de fre s'utilitzava exclusivament al tren elèctric ER200. Pel que fa al mateix Sapsan, els ferrocarrils russos es van negar a utilitzar-hi un fre de ferrocarril magnètic, tot i que el prototip d'aquest tren elèctric, l'ICE3 alemany, està equipat amb aquest fre.
Bogie de tren ICE3 amb fre de carril magnètic
Carro de tren Sapsan
Dinàmic, o millor dit frens electrodinàmics inclou tots els frens, l'acció dels quals es basa en la transferència de motors de tracció al mode generador (regenerativa и fre del reòstat), així com la frenada oposició
Amb els frens regeneratius i reostàtics, tot és relativament clar: els motors es canvien al mode generador d'una manera o altra i, en el cas de la recuperació, alliberen energia a la xarxa de contacte i, en el cas d'un reòstat, l'energia generada és cremat en resistències especials. Ambdós frens s'utilitzen tant en trens amb tracció de locomotores com en material rodant d'unitats múltiples, on el fre electrodinàmic és el principal fre de servei, a causa del gran nombre de motors de tracció distribuïts per tot el tren. L'únic inconvenient de la frenada electrodinàmica (EDB) és la impossibilitat de frenar fins a una parada completa. Quan l'eficiència de l'EDT disminueix, es substitueix automàticament per un fre de fricció pneumàtic.
Pel que fa al contrafrenat, proporciona frenada fins a una parada completa, ja que consisteix a invertir el motor de tracció mentre es mou. Tanmateix, aquest mode, en la majoria dels casos, és un mode d'emergència: el seu ús normal està ple de danys a la unitat de tracció. Si prenem, per exemple, un motor de commutador, aleshores, quan canvia la polaritat de la tensió que se li subministra, la CEM posterior que sorgeix en el motor giratori no es resta de la tensió d'alimentació sinó que s'hi suma: les rodes giren i gireu en la mateixa direcció que en el mode de tracció! Això comporta un augment de corrent semblant a una allau, i el millor que pot passar és que els dispositius de protecció elèctrica funcionin.
Per aquest motiu, en locomotores i trens elèctrics es prenen totes les mesures per evitar que els motors facin marxa enrere mentre es mouen. El mànec de marxa enrere es bloqueja mecànicament quan el controlador del conductor està en posició de marxa. I en els mateixos vehicles Sapsan i Lastochka, girar l'interruptor de marxa enrere a una velocitat superior a 5 km/h comportarà una frenada d'emergència immediata.
Tanmateix, algunes locomotores domèstiques, per exemple la locomotora elèctrica VL65, utilitzen la frenada inversa com a mode estàndard a baixes velocitats.
La frenada inversa és un mode de frenada estàndard proporcionat pel sistema de control de la locomotora elèctrica VL65
Cal dir que tot i l'alta eficiència de la frenada electrodinàmica, qualsevol tren, subratllo, sempre està equipat amb un fre pneumàtic automàtic, és a dir, que s'activa alliberant aire de la línia de fre. Tant a Rússia com a tot el món, els bons frens vells de sabates de fricció protegeixen la seguretat del trànsit.
Segons el seu propòsit funcional, els frens de tipus fricció es divideixen en
- Aparcament, manual o automàtic
- Tren: frens pneumàtics (PT) o electropneumàtics (EPT), instal·lats a cada unitat de material mòbil del tren i controlats de manera centralitzada des de la cabina del conductor
- Locomotora: frens pneumàtics d'acció directa dissenyats per frenar una locomotora sense frenar el tren. Es gestionen per separat dels trens.
2. Fre d'estacionament
El fre manual amb accionament mecànic no ha desaparegut del material mòbil; s'instal·la tant en locomotores com en cotxes; acaba de canviar la seva especialitat, és a dir, es va convertir en un fre d'estacionament, que permet evitar el moviment espontani del material mòbil en cas que s'escapi aire del seu sistema pneumàtic. La roda vermella, semblant a la roda d'un vaixell, és una unitat de fre de mà, una de les seves variants.
Volant de fre de mà a la cabina de la locomotora elèctrica VL60pk
Fre de mà al vestíbul d'un turisme
Fre de mà en un modern vagó de mercaderies
El fre de mà, mitjançant un accionament mecànic, pressiona les mateixes pastilles contra les rodes que s'utilitzen durant la frenada normal.
Al material mòbil modern, en particular als trens elèctrics EVS1/EVS2 "Sapsan", ES1 "Lastochka", així com a la locomotora elèctrica EP20, el fre d'estacionament és automàtic i les pastilles estan pressionades contra el disc de fre. acumuladors d'energia de molla. Alguns dels mecanismes de pinça que pressionen les pastilles als discos de fre estan equipats amb potents molles, tan potents que l'alliberament es realitza mitjançant un accionament pneumàtic amb una pressió de 0,5 MPa. L'accionament pneumàtic, en aquest cas, contraresta les molles que pressionen les pastilles. Aquest fre d'estacionament es controla mitjançant botons de la consola del conductor.
Botons per controlar el fre de molla d'estacionament (SPT) al tren elèctric ES1 "Lastochka"
El disseny d'aquest fre és similar al que s'utilitza en camions potents. Però com el fre principal dels trens, aquest sistema completament inadequat, i per què, explicaré amb detall després de la història sobre el funcionament dels frens d'aire del tren.
3. Frens pneumàtics tipus camió
Cada vagó de mercaderies està equipat amb el següent conjunt d'equips de frenada
Equip de frenada d'un vagó de mercaderies: 1 - mànega de connexió de fre; 2 - vàlvula final; 3 - vàlvula de tancament; 5 - col·lector de pols; 6, 7, 9 — Estat dels mòduls del distribuïdor d'aire. núm 483; 8 - vàlvula de desconnexió; VR - distribuïdor d'aire; TM - línia de fre; ZR - tanc de reserva; TC - cilindre de fre; AR: mode automàtic de càrrega
Línia de fre (TM) - una canonada amb un diàmetre de 1,25 "que recorre tot el cotxe, als extrems està equipada amb vàlvules finals, per desconnectar la línia de fre en desacoblar el cotxe abans de desconnectar les mànegues flexibles de connexió. A la línia de fre, en mode normal, l'anomenat carregador La pressió és de 0,50 a 0,54 MPa, de manera que desconnectar les mànegues sense tancar les vàlvules finals és una tasca dubtosa, que literalment us pot privar del cap.
S'emmagatzema el subministrament d'aire subministrat directament als cilindres de fre tanc de reserva (ZR), el volum del qual en la majoria dels casos és de 78 litres. La pressió al dipòsit de reserva és exactament igual a la pressió a la línia de fre. Però no, no és de 0,50 a 0,54 MPa. El fet és que aquesta pressió estarà a la línia de fre de la locomotora. I com més allunyat de la locomotora, menor és la pressió a la línia de fre, perquè inevitablement té fuites que provoquen fuites d'aire. Així, la pressió a la línia de fre de l'últim vagó del tren serà lleugerament inferior a la de càrrega.
Cilindre de fre, i a la majoria dels cotxes només n'hi ha un; quan s'omple des d'un dipòsit de recanvi, mitjançant una transmissió de palanca de fre pressiona totes les pastilles del cotxe cap a les rodes. El volum del cilindre de fre és d'uns 8 litres, de manera que durant la frenada total, s'estableix una pressió de no més de 0,4 MPa. La pressió al dipòsit de reserva també disminueix fins al mateix valor.
El principal "actor" d'aquest sistema és distribuïdor d'aire. Aquest dispositiu reacciona als canvis de pressió a la línia de fre, realitzant una o altra operació en funció de la direcció i velocitat de canvi d'aquesta pressió.
Quan la pressió a la línia de fre disminueix, es produeix la frenada. Però no amb cap disminució de la pressió: la disminució de la pressió s'ha de produir a un ritme determinat, anomenat taxa de frenada de servei. Aquest ritme està assegurat grua del conductor a la cabina de la locomotora i oscil·la entre 0,01 i 0,04 MPa per segon. Quan la pressió disminueix a un ritme més lent, no es produeix la frenada. Això es fa perquè els frens no funcionin en cas de fuites estàndard de la línia de fre, i tampoc no funcionin quan s'elimina la pressió de sobrecàrrega, de la qual parlarem més endavant.
Quan el distribuïdor d'aire s'activa per frenar, realitza una descàrrega addicional de la línia de fre a una velocitat de servei de 0,05 MPa. Això es fa per tal d'assegurar una disminució constant de la pressió al llarg de tota la longitud del tren. Si no es fa una distensió addicional, és possible que els últims vagons d'un tren llarg no es frenin en absolut. Es realitza una descàrrega addicional de la línia de fre tots distribuïdors d'aire moderns, inclosos els de passatgers.
Quan s'activa la frenada, el distribuïdor d'aire desconnecta el dipòsit de reserva de la línia de fre i el connecta al cilindre de fre. El cilindre de fre s'està omplint. Es produeix exactament mentre continua la caiguda de pressió a la línia de fre. Quan s'atura la reducció de pressió del líquid de fre, s'atura l'ompliment del cilindre de fre. El règim ve solapament. La pressió incorporada al cilindre de fre depèn de dos factors:
- la profunditat de descàrrega de la línia de fre, és a dir, la magnitud de la caiguda de pressió relativa a la càrrega
- Mode de funcionament del distribuïdor d'aire
El distribuïdor d'aire de càrrega té tres modes de funcionament: carregat (L), mitjà (C) i buit (E). Aquests modes es diferencien en la pressió màxima acumulada als cilindres de fre. El canvi entre els modes es fa manualment girant un mànec de mode especial.
En resum, la dependència de la pressió al cilindre de fre de la profunditat de descàrrega de la línia de fre amb un distribuïdor d'aire de 483 en diversos modes sembla així
El desavantatge d'utilitzar un interruptor de mode és que l'operador del cotxe ha de caminar per tot el tren, pujar per sota de cada vagó i canviar l'interruptor de mode a la posició desitjada. Segons els rumors que surten de l'operació, això no sempre es fa. L'ompliment excessiu dels cilindres de fre en un cotxe buit està ple de patins, reducció de l'eficiència de frenada i danys als jocs de rodes. Per superar aquesta situació en els vagons de mercaderies, un anomenat així mode automàtic (AR), que, determinant mecànicament la massa del cotxe, regula sense problemes la pressió màxima en el cilindre de fre. Si el cotxe està equipat amb un mode automàtic, l'interruptor de mode de la VR es posa a la posició "carregat".
La frenada es realitza normalment per etapes. El nivell mínim de descàrrega de la línia de fre per a BP483 serà de 0,06 a 0,08 MPa. En aquest cas, s'estableix una pressió de 0,1 MPa als cilindres de fre. En aquest cas, el conductor col·loca la vàlvula en la posició de solapament, en la qual la pressió establerta després de la frenada es manté a la línia de fre. Si l'eficiència de frenada d'una etapa és insuficient, es realitza la següent. En aquest cas, al distribuïdor d'aire no li importa a quina velocitat es produeix la descàrrega: quan la pressió disminueix en qualsevol cas, els cilindres de fre s'omplen en proporció a la quantitat de disminució de pressió.
L'alliberament complet del fre (buidat complet dels cilindres de fre a tot el tren) es realitza augmentant la pressió a la línia de fre per sobre de la pressió de càrrega. A més, als trens de mercaderies, la pressió al TM augmenta significativament per sobre de la de càrrega, de manera que l'onada de pressió augmentada arriba als últims vagons. Alliberar completament els frens d'un tren de mercaderies és un procés llarg i pot trigar fins a un minut.
BP483 té dues modalitats de vacances: plana i muntanya. En mode pla, quan augmenta la pressió a la línia de fre, es produeix un alliberament complet i continu. En mode muntanya, és possible alliberar els frens per etapes, la qual cosa significa que els cilindres de fre no estan completament buides. Aquest mode s'utilitza quan es condueix per un perfil complex amb grans pendents.
El distribuïdor d'aire 483 és generalment un dispositiu molt interessant. Una anàlisi detallada de la seva estructura i funcionament és un tema per a un article gran separat. Aquí vam analitzar els principis generals de funcionament del fre de càrrega.
3. Fres d'aire tipus passatger
Equip de frenada d'un cotxe de passatgers: 1 - mànega de connexió; 2 - vàlvula final; 3, 5 — caixes de connexió per a la línia de fre electropneumàtic; 4 - vàlvula de tancament; 6 — tub amb cablejat de fre electropneumàtic; 7 - suspensió aïllada de la màniga de connexió; 8 - col·lector de pols; 9 - sortida al distribuïdor d'aire; 10 - vàlvula de desconnexió; 11 — cambra de treball del distribuïdor d'aire elèctric; TM - línia de fre; VR - distribuïdor d'aire; EVR - distribuïdor d'aire elèctric; TC - cilindre de fre; ZR - dipòsit de recanvi
Una gran quantitat d'equips crida l'atenció immediatament, començant pel fet que ja hi ha tres vàlvules de tancament (una a cada vestíbul i una al compartiment del conductor), acabant amb el fet que els turismes domèstics estan equipats tant amb pneumàtics com amb fre electropneumàtic (EPT).
Un lector atent notarà immediatament el principal inconvenient del control pneumàtic del fre: la velocitat final de propagació de l'ona de frenada, limitada anteriorment per la velocitat del so. A la pràctica, aquesta velocitat és menor i ascendeix a 280 m/s durant el frenat de servei, i 300 m/s durant el frenat d'emergència. A més, aquesta velocitat depèn molt de la temperatura de l'aire i a l'hivern, per exemple, és més baixa. Per tant, l'etern company dels frens pneumàtics és el desnivell del seu funcionament en la composició.
El funcionament desigual condueix a dues coses: l'aparició de reaccions longitudinals significatives al tren, així com un augment de la distància de frenada. El primer no és tan típic dels trens de passatgers, tot i que els contenidors amb te i altres begudes que reboten sobre la taula del compartiment no agradaran a ningú. Augmentar la distància de frenada és un problema greu, especialment en el trànsit de passatgers.
A més, el distribuïdor d'aire de passatgers domèstic és com l'antic estàndard. No 292, i la nova condició. Núm. 242 (dels quals, per cert, cada cop n'hi ha més a la flota de turismes), tots dos aparells són descendents directes d'aquesta mateixa vàlvula triple Westinghouse i funcionen amb la diferència entre dues pressions: a la línia de fre i al dipòsit de reserva. Es distingeixen d'una vàlvula triple per la presència d'un mode de superposició, és a dir, la possibilitat de frenada escalonada; la presència d'una descàrrega addicional de la línia de fre durant la frenada; la presència d'un accelerador de frenada d'emergència en el disseny. Aquests distribuïdors d'aire no proporcionen un alliberament gradual; proporcionen immediatament un alliberament complet tan aviat com la pressió a la línia de fre supera la pressió al dipòsit de reserva establert després de la frenada. I l'alliberament esglaonat és molt útil a l'hora d'ajustar la frenada per a una parada precisa a la plataforma d'aterratge.
Tots dos problemes: el funcionament desigual dels frens i la manca d'alliberament del pas, a la via de 1520 mm, es resolen instal·lant un distribuïdor d'aire controlat elèctricament als cotxes. distribuïdor d'aire elèctric (EVR), arb. número 305.
EPT domèstic - fre electropneumàtic - d'acció directa, no automàtic. En trens de passatgers amb tracció de locomotores, l'EPT funciona en un circuit de dos fils.
Diagrama de blocs d'un EPT de dos cables: 1 - controlador de control a la grua del conductor; 2 - bateria; 3 - convertidor de potència estàtica; 4 — panell de llums de control; 5 — unitat de control; 6 — bloc de terminals; 7 — capçals de connexió a les mànigues; 8 — suspensió aïllada; 9 - vàlvula semiconductora; 10 - allibera la vàlvula electromagnètica; 11 - vàlvula solenoide de fre.
Hi ha dos cables estesos al llarg de tot el tren: el núm. 1 i el núm. 2 de la figura. Al cotxe de cua, aquests cables estan connectats elèctricament entre si i un corrent altern amb una freqüència de 625 Hz passa pel bucle resultant. Això es fa per controlar la integritat de la línia de control EPT. Si el cable es trenca, el circuit de corrent altern es trenca, el conductor rep un senyal en forma de llum d'advertència "O" (vacances) que s'apaga a la cabina.
El control es realitza per corrent continu de diferent polaritat. En aquest cas, el cable amb potencial zero són els rails. Quan s'aplica una tensió positiva (en relació amb els rails) al cable EPT, s'activen les dues vàlvules electromagnètiques instal·lades al distribuïdor d'aire elèctric: la vàlvula d'alliberament (OV) i la vàlvula de fre (TV). El primer d'ells aïlla la cambra de treball (WC) del distribuïdor d'aire elèctric de l'atmosfera, el segon l'omple des d'un dipòsit de reserva. A continuació, entra en joc el pressostat instal·lat a l'EVR, que funciona amb la diferència de pressió a la cambra de treball i el cilindre de fre. Quan la pressió del RC supera la pressió del TC, aquest s'omple d'aire del dipòsit de reserva, fins a la pressió acumulada a la cambra de treball.
Quan s'aplica un potencial negatiu al cable, la vàlvula de fre s'apaga, ja que el díode talla el corrent al mateix. Només la vàlvula d'alliberament, que manté la pressió a la cambra de treball, roman activa. Així és com es realitza la posició del sostre.
Quan s'elimina la tensió, la vàlvula d'alliberament perd potència i obre la cambra de treball a l'atmosfera. Quan la pressió a la cambra de treball disminueix, el pressostat allibera aire dels cilindres de fre. Si, després d'unes breus vacances, la vàlvula del conductor es torna a posar en posició de tancament, la caiguda de pressió a la cambra de treball s'aturarà i l'alliberament d'aire del cilindre de fre també s'aturarà. D'aquesta manera, s'aconsegueix la possibilitat d'alliberar el fre gradualment.
Què passa si el cable es trenca? Així és: l'EPT es publicarà. Per tant, aquest fre (en material mòbil domèstic) no és automàtic. Si l'EPT falla, el conductor té l'oportunitat de canviar al control pneumàtic del fre.
L'EPT es caracteritza per l'ompliment simultani de cilindres de fre i el seu buidatge al llarg del tren. La velocitat d'ompliment i buidatge és bastant alta: 0,1 MPa per segon. L'EPT és un fre inesgotable, ja que durant el seu funcionament el distribuïdor d'aire convencional està en mode d'alliberament i alimenta els dipòsits de recanvi des de la línia de fre, que al seu torn s'alimenta per l'aixeta del conductor a la locomotora des dels dipòsits principals. Per tant, l'EPT es pot frenar a qualsevol freqüència necessària per al control operatiu dels frens. La possibilitat d'alliberament del pas permet controlar la velocitat del tren amb molta precisió i suavitat.
El control pneumàtic dels frens d'un tren de passatgers no és gaire diferent del fre de mercaderies. Hi ha una diferència en els mètodes de control, per exemple, el fre d'aire s'allibera a la pressió de càrrega, sense sobreestimar-la. En general, una sobreestimació excessiva de la pressió a la línia de fre d'un tren de passatgers està plena de problemes, per tant, quan l'EPT s'allibera completament, la pressió a la línia de fre augmenta un màxim de 0,02 MPa per sobre del valor de la càrrega establerta. pressió.
La profunditat mínima de descàrrega de metall pesat durant la frenada al fre del passatger és de 0,04 - 0,05 MPa, mentre que es crea una pressió de 0,1 - 0,15 MPa als cilindres de fre. La pressió màxima al cilindre de fre d'un turisme està limitada pel volum del dipòsit de reserva i normalment no supera els 0,4 MPa.
Conclusió
Ara em dirigiré a alguns comentaristes que estan sorpresos (i al meu entendre, fins i tot indignats, però no ho puc dir) per la complexitat del fre del tren. Els comentaris suggereixen utilitzar un circuit de cotxe amb bateries d'emmagatzematge d'energia. Per descomptat, des d'un sofà o una cadira d'ordinador a l'oficina, a través d'una finestra del navegador, molts problemes són més visibles i les seves solucions són més evidents, però permetin-me assenyalar que la majoria de decisions tècniques que es prenen en el món real tenen una clara justificació.
Com ja s'ha esmentat, el principal problema d'un fre pneumàtic en un tren és la velocitat final de moviment de la caiguda de pressió al llarg d'un tub de línia de fre llarg (fins a 1,5 km en un tren de 100 cotxes): l'ona de fre. Per accelerar aquesta onada de frenada, el distribuïdor d'aire requereix una descàrrega addicional. No hi haurà distribuïdor d'aire, i no hi haurà cap descàrrega addicional. És a dir, els frens dels acumuladors d'energia, òbviament, seran notablement pitjors en termes d'uniformitat de funcionament, retrocedint-nos als temps de Westinghouse. Un tren de mercaderies no és un camió; hi ha diferents escales i, per tant, diferents principis per controlar els frens. Estic segur que això no és només així, i no és casualitat que la direcció de la ciència mundial del frenat hagi seguit el camí que ens va portar a aquest tipus de construcció. Punt.
Aquest article és una mena de revisió dels sistemes de frenada existents al material mòbil modern. A més, en altres articles d'aquesta sèrie, m'atendré a cadascun d'ells amb més detall. Aprendrem quins dispositius s'utilitzen per controlar els frens i com estan dissenyats els distribuïdors d'aire. Fem una ullada més de prop als problemes de la frenada regenerativa i reostàtica. I, per descomptat, considerem els frens dels vehicles d'alta velocitat. Ens veiem de nou i gràcies per la vostra atenció!
PD: Amics! M'agradaria donar un agraïment especial per la massa de missatges personals que indiquen errors i errors tipogràfics a l'article. Sí, sóc un pecador que no és amigable amb la llengua russa i es confon a les tecles. He intentat corregir els teus comentaris.
Font: www.habr.com