Vidím, že první, historická část mého vyprávění se publiku líbila, a proto není hřích pokračovat.

Vysokorychlostní vlaky, jako je TGV, už se neobejdou bez pneumatických brzd.

Dnes budeme mluvit o současnosti, konkrétně o tom, jaké přístupy k vytváření brzdových systémů kolejových vozidel se používají ve 21. století, který se za měsíc dočká svého třicátého roku.

1. Klasifikace brzd kolejových vozidel

Na základě fyzikálního principu vytváření brzdné síly lze všechny železniční brzdy rozdělit do dvou základních typů: frikční, využívající třecí sílu, a dynamické, využívající tažný pohon pro vytvoření brzdného momentu.

Mezi frikční brzdy patří kotoučové brzdy všech konstrukcí, včetně diskových, a také magnetorailové brzdy, které se používají na vysokorychlostní meziměstské dopravě, především v západní Evropě. Na trati 1520 byl tento typ brzdy použit výhradně na elektrickém vlaku ER200. Co se týče stejného "Sapsana", RŽD se rozhodla vzdát se použití magnetorailové brzdy na něm, přestože prototyp tohoto elektrického vlaku, německý ICE3, je tímto typem brzdy vybaven.

Podvozek vlaku ICE3 s magnetorailovou brzdou

Podvozek vlaku "Sapsan"

Mezi dynamické, přesněji řečeno elektrodynamické brzdy patří všechny brzdy, jejichž účinek je založen na převodu tažných elektromotorů do generátorového režimu (rekuperační a reostatické brzdy), a také brzdění proticheměním

S rekuperační a reostaterickou brzdou je všechno relativně jasné — motory se nějakým způsobem převádějí do generátorového režimu, a v případě rekuperace vrací energii do kontaktní sítě, zatímco u reostatu se vzniklá energie spaluje na speciálních rezistorech. Obě brzdy se používají jak na vlacích s lokomotivní tažnou silou, tak na motorových vozidlech, kde je elektrodynamická brzda hlavní pracovní brzdou, vzhledem k velkému počtu tažných elektromotorů rozložených po celém vlaku. Jedinou nevýhodou elektrodynamického brzdění (EDB) je nemožnost zastavení na úplnou nulu. Při poklesu účinnosti EDB se automaticky přepíná na pneumatickou třecí brzdu.

Pokud jde o brzdění zpětným zapojením, zajišťuje brzdění až do úplného zastavení, protože spočívá v opačném běhu tažného motoru za jízdy. Tento režim je však v mnoha případech nouzový — jeho normální použití může vést k poškození tažného pohonu. Pokud vezmeme příklad kolektorového motoru, při změně polarity napětí dodávaného na něj, proti-EH, vznikající ve točícím se motoru, není odečtena ze zdrojového napětí, ale se s ním sčítá — kola se otáčejí stejným směrem jako v tažném režimu! To vede k lavinovému nárůstu proudu, a to nejlepší, co se může stát — aktivují se elektrické ochranné zařízení.

Z tohoto důvodu se na lokomotivách a elektrických vlacích přijímají veškerá opatření k zamezení zpětného zapojení motorů během jízdy. Reverzní páka je mechanicky zablokována, když se ovladač strojvedoucího nachází v pohybových pozicích. A u stejných "Sapsanů" a "Lastoček" otočení reverzního přepínače při rychlosti vyšší než 5 km/h povede k okamžitému nouzovému brzdění.

Nicméně, některé domácí lokomotivy, jako například elektrický vlak VL65, používají reverzní brzdění jako standardní režim při nízkých rychlostech.

Reverzní brzdění — standardní režim zajišťovaný řídicím systémem brzdění na elektrickém vlaku VL65.

Je třeba říci, že navzdory vysoké efektivitě elektromagnetického brzdění je každý vlak vždy, zdůrazňuji – vždy, vybaven pneumatickou brzdou automatického typu, která se aktivuje uvolněním vzduchu z brzdové soustavy. Jak v Rusku, tak i ve světě staré dobré kotoučové třecí brzdy chrání bezpečnost jízd.

Podle funkčního určení se třecí brzdy dělí na

1. Parkovací, ruční nebo automatické
2. Vlakové – pneumatické (PT) nebo elektro-pneumatické (EPT) brzdy, které se instalují na každou jednotku železničního vozu a ovládají se centralizovaně z kabiny strojvedoucího.
3. Lokomotivní – pneumatické přímé brzdy určené pro zastavení lokomotivy, aniž by došlo k zastavení soupravy. Ovládají se odděleně od vlakových brzd.

2. Parkovací brzda

Ruční brzda s mechanickým pohonem nezmizela z vozového parku, je instalována jak na lokomotivách, tak na vagónech – jednoduše změnila svoji funkci, a to na parkovací brzdu, která brání samovolnému pohybu vozidla v případě úniku vzduchu z jeho pneumatického systému. Červené kolo, připomínající lodní kormidlo, je mechanismus ruční brzdy, jedna z variant její konstrukce.

Kormidlo ruční parkovací brzdy v kabině elektrického lokomotivu VL60pk

Ruční brzda v předsíni osobního vagónu

Ruční brzda na moderním nákladním vagónu

Ruční brzda pomocí mechanického pohonu přitiskne k nápravám stejné destičky, které se používají při běžném brzdění.

Na moderních vozidlech, konkrétně na elektrických vlacích EVS1/EVS2 "Sapsan", ES1 "Lastochka" a také na elektrickém lokomotivu EP20, je parkovací brzda automatická a přitisknutí destiček k brzdovým kotoučům se provádí pružinovými energetickými akumulátory.. Část kloubových mechanismů, které přitlačují brzdové destičky k brzdovým kotoučům, je vybavena výkonnými pružinami, přičemž jsou tak silné, že povolení probíhá pneumatickým pohonem s tlakem 0,5 MPa. Pneumatický pohon v tomto případě působí proti pružinám, které přitlačují destičky. Ovládání takové parkovací brzdy se provádí tlačítky na ovládacím panelu strojvedoucího.

Tlačítka pro ovládání parkovací pružinové brzdy (PPB) na elektrickém vlaku ES1 "Líška"

Podle své konstrukce je taková brzda obdobná té, která se používá na výkonných nákladních vozidlech. Ale jako hlavní brzda ve vlacích je takový systém naprosto nevhodný, a proč, podrobně vysvětlím po vyprávění o práci vlakových pneumatických brzd.

3. Pneumatické brzdy nákladního typu

Každý nákladní vůz je vybaven následujícím komplexem brzdového zařízení

Brzdové zařízení nákladního vozu: 1 — brzdová spojovací hadice; 2 — koncový ventil; 3 — zastavovací ventil; 5 — odlučovač prachu; 6, 7, 9 — moduly vzduchového rozdělování dle č. 483; 8 — rozpojitelný ventil; VR — vzduchový rozdělovatel; TM — brzdová trubka; ZR — zásobní nádrž; TC — brzdový válec; AR — nákladní automatický režim


Brzdová trubka (TM) — potrubí o průměru 1,25“, které prochází po celém voze, na koncích je vybaveno koncovými ventily, pro oddělení brzdové trubky při odpojení vozu před rozpojením flexibilních spojovacích hadic. V brzdové trubce se při běžném režimu udržuje takzvaný nabíjecí tlak v hodnotě 0,50 — 0,54 MPa, takže rozpojovat hadice bez uzavření koncových ventilů je riskantní záležitost, která může doslova stát vás hlavu.

Zásoba vzduchu, která je přímo dodávána do brzdových válců, se uchovává v zásobní nádrži (ZR), jehož objem je většinou 78 litrů. Tlak v záložní nádrži přesně odpovídá tlaku v brzdové soustavě. Ale ne, to není 0,50 — 0,54 MPa. Jde o to, že takový tlak bude v brzdové soustavě na lokomotivě. A čím dál od lokomotivy, tím menší je tlak v brzdové soustavě, protože v ní nevyhnutelně existují netěsnosti vedoucí k únikům vzduchu. Takže tlak v brzdové soustavě posledního vozu ve vlaku bude o něco nižší než nabídkový.

Brzdový válce, a na většině vozů je pouze jeden, při plnění z rezervní nádrže přes brzdovou páku přitlačuje všechny obložky na voze k kolům. Objem brzdového válce je přibližně 8 litrů, takže při plném brždění se v něm tlak nastavuje na maximálně 0,4 MPa. Na tuto stejnou úroveň klesá tlak i v záložní nádrži.

Hlavní "činnou osobou" v tomto systému je vzduchový rozvod. Toto zařízení reaguje na změnu tlaku v brzdové soustavě, provádějící určité operace v závislosti na směru a rychlosti změny tohoto tlaku.

Při poklesu tlaku v brzdové soustavě dochází k brzdění. Ale ne při každém poklesu tlaku — snížení tlaku by mělo probíhat určitou rychlostí, nazývanou rychlostí služebního brzdění. Tato rychlost je zajištěna kohoutem strojvůdce v kabině lokomotivy a činí od 0,01 do 0,04 MPa za sekundu. Při snižování tlaku nižší rychlostí brzdění nedochází. To je provedeno, aby se zabránilo aktivaci brzd při normálních únikách z brzdové soustavy, stejně jako při uvolnění nadměrného tlaku, o čemž si později povíme.

Při aktivaci vzduchového rozvodu při brzdění provádí dodatečné vybití brzdové soustavy služební rychlostí o hodnotě 0,05 MPa. To je prováděno, aby se zajistilo stabilní snižování tlaku po celé délce vlaku. Pokud se nedoplní vybití, mohou poslední vozy dlouhého vlaku vůbec nezabrzdit. Dodatečné vybití brzdové soustavy provádějí všechny moderní vzduchové rozvody, včetně těch pro cestující.

Při aktivaci na brzdění vzduchový rozdělovač odpojuje zásobní nádrž od brzdové soustavy a připojuje ji k brzdovému válci. Dochází k naplnění brzdového válce. K tomu dochází přesně tak dlouho, jak dlouho probíhá pokles tlaku v brzdové soustavě. Jakmile se pokles tlaku v brzdové soustavě zastaví, naplnění brzdového válce se zastaví. Nastává režim uzavření. Tlak, který se vytvoří v brzdovém válci, závisí na dvou faktorech:

1. hloubce vybití brzdové soustavy, což je velikost poklesu tlaku v ní vůči nabíjecímu
2. režimu práce vzduchového rozdělovače

Nákladní vzduchový rozdělovač má tři provozní režimy: naložený (N), střední (S) a prázdný (P). Tyto režimy se liší maximálním tlakem, který se dosahuje v brzdových válcích. Přepínání mezi režimy se provádí ručně otočením speciálního ovladače režimu.

Pokud shrneme, tak závislost tlaku v brzdovém válci na hloubce vybití brzdové soustavy při 483-vzduchovém rozdělovači v různých režimech vypadá takto

Nevýhodou používání režimového spínače je, že pracovník vlakové služby musí projít celým vlakem, vylézt pod každý vůz a přepnout režimový spínač do požadované polohy. Jak se říká, podle informací z provozu, ne vždy tomu tak bývá. Nadměrné naplnění brzdových válců na prázdném voze může vést k smykům, snížení účinnosti brzdění a poškození kolových párů. Aby se z této situace dostali, instalují na nákladních vozech mezi vzduchovým rozdělovačem a brzdovým válcem takzvaný autoregim (AR), který mechanicky stanovuje hmotnost vozu a plynule reguluje maximální tlak v brzdovém válci. Pokud je vůz vybaven autoregimem, nastavuje se režimový spínač na VŘ do polohy „naložený“.

Brzdění se obvykle provádí postupně. Minimální úroveň vyprázdnění brzdové soustavy pro VR483 bude 0,06 – 0,08 MPa. Přitom je v brzdových válcích nastavena tlak 0,1 MPa. Strojvedoucí nastaví ventil do polohy uzávěru, při které je v brzdové soustavě udržována hodnota tlaku nastavená po brzdění. Pokud brzdný efekt z jedné úrovně nestačí, provede se další úroveň. Při tom už vzduchový rozdělovací ventil nezáleží na tom, jakou rychlostí se vyprázdnění provádí - při snižování tlaku jakoukoli rychlostí dochází k plnění brzdových válců úměrně velikosti poklesu tlaku.

Úplné uvolnění brzd (úplné vyprázdnění brzdových válců na celém vlaku) se provádí zvýšením tlaku v brzdové soustavě nad nabíjecí. Zvláště u nákladních vlaků dochází k významnému překročení tlaku v TMs nad nabíjecím, aby tlaková vlna dosáhla i na poslední vagony. Úplné uvolnění brzd v nákladním vlaku je proces, který trvá a může zabrat až jednu minutu.

VR483 má dva režimy uvolnění: rovinný a horský. V rovinném režimu při zvýšení tlaku v brzdové soustavě dochází k úplnému, bezstupňovému uvolnění. V horském režimu je možné stupňovité uvolnění brzd, což není úplné vyprázdnění brzdových válců. Tento režim se používá při jízdě po složitém profilu s velkými sklony.

Vzduchový rozdělovací ventil 483 je velmi zajímavé zařízení. Podrobná analýza jeho konstrukce a funkce je tématem pro samostatný velký článek. Zde jsme se podívali na obecné principy fungování nákladní brzdy.

3. Pneumatické brzdy typu pro cestující

Brzdná zařízení osobního vozu: 1 — spojovací hadice; 2 — koncový ventil; 3, 5 — spojovací krabice elektricko-pneumatické brzdy; 4 — stop ventil; 6 — hadice s vedením elektricko-pneumatické brzdy; 7 — izolovaný závěs spojovací hadice; 8 — sběrač prachu; 9 — odvod k rozdělovateli vzduchu; 10 — rozpojovací ventil; 11 — pracovní komora elektrického rozdělovatele vzduchu; TM — brzdová trasa; VR — rozdělovatel vzduchu; EVR — elektrický rozdělovatel vzduchu; TC — brzdový válec; ZR — rezervní nádrž

Na první pohled si všimnete většího množství vybavení, počínaje tím, že zde jsou tři stop ventily (po jednom v každém předsíni a jeden v kupé průvodce), a konče tím, že domácí osobní vozy jsou vybaveny jak pneumatickými, tak elektricko-pneumatickými brzdami (EPB).

Pozorný čtenář si hned všimne hlavní nevýhody pneumatického řízení brzd — konečná rychlost šíření brzdné vlny, která je omezena na rychlost zvuku. V praxi je tato rychlost nižší a dosahuje 280 m/s při služebním a 300 m/s při nouzovém brzdění. Navíc tato rychlost silně závisí na teplotě vzduchu a v zimě je například nižší. Proto je věčný společník pneumatických brzd — nerovnoměrná účinnost jejich fungování napříč soupravou.

Nerovnoměrná účinnost brzdění vede k dvěma věcem — vzniku značných podélných reakcí ve vlaku a také ke zvýšení brzdné dráhy. První není pro osobní vlaky tak charakteristické, ačkoliv skákající na stole v kupé nádoby s čajem a jinými nápoji nikoho nepotěší. Zvětšení brzdné dráhy je však vážným problémem, zejména v osobní dopravě.

Kromě toho, domácí osobní vzduchový rozvod — jak starý typ č. 292, tak nový typ č. 242 (kterých, mimochodem, v parku osobních vagónů stále přibývá), obě tyto zařízení jsou přímými nástupci zmíněného trojkového ventilu Westinghouse a pracují na rozdílu dvou tlaků — v brzdové soustavě a rezervním zásobníku. Od trojkového ventilu se liší přítomností režimu uzavření, tedy možností krokového brzdění; přítomností dodatečného uvolnění brzdové soustavy při brzdění; a přítomností ve konstrukci urychlovače nouzového brzdění. Tyto vzduchové rozvody nezajišťují krokové uvolnění — poskytují okamžité plné uvolnění, jakmile tlak v brzdové soustavě překročí tlak v rezervním zásobníku, který se tam ustálil po brzdění. Krokové uvolnění je velmi užitečné při regulovaných brzděních pro přesné zastavení u nástupní platformy.

Obě problémy — nerovnoměrnost fungování brzd a absence krokového uvolnění v rozchodu 1520 mm se řeší instalací vzduchového rozvodu s elektrickým řízením na vagony — elektrovzduchový rozvod (ÉVR), typ č. 305.

Domácí EPT — elektricko-pneumatická brzda — přímého účinku, neautomatického řízení. Na osobních vlacích s lokomotivním tahem EPT funguje na dvouvodičové schématu.

Strukturní schéma dvouvodičového EPT: 1 — řídicí jednotka na klice strojvedoucího; 2 — akumulátorová baterie; 3 — statický měnič napájení; 4 — panel kontrolních lamp; 5 — řídicí blok; 6 — svorková skříň; 7 — spojovací hlavy na hadicích; 8 — izolovaný závěs; 9 — polovodičový ventil; 10 — uvolňovací elektromagnetický ventil; 11 — brzdový elektromagnetický ventil.

Podél celého vlaku vedou dva dráty: č. 1 a č. 2 na obrázku. Na zadním vagoně jsou tyto dráty elektricky spojeny a v vzniklém okruhu pouštějí střídavý proud o frekvenci 625 Hz. Dělá se to pro kontrolu integrity řídící linie EPT. Při přerušení drátu se okruh střídavého proudu přeruší, strojvedoucí dostane signál ve formě zhasnutí kontrolní lampy "O" (uvolnění) v kabině.

Ovládání se provádí stejnosměrným proudem různé polarizace. V tomto případě jsou kolejnice vodičem s nulovým potenciálem. Při přivedení pozitivního (ve vztahu k kolejnicím) napětí na vodič EPT se aktivují oba elektromagnetické ventily umístěné v elektro-pneumatickém rozvaděči: ventilační (OV) a brzdový (TV). První z nich izoluje pracovní komoru (RK) elektro-pneumatického rozvaděče od atmosféry, druhý ji plní ze záložního zásobníku. Dále do akce vstupuje relé tlaku instalované v EWR, které pracuje na rozdílu tlaků v pracovní komoře a brzdovém válci. Při překročení tlaku v RK nad tlakem v TC nastává plnění posledního vzduchem ze záložního zásobníku, až na tlak, který byl dosažen v pracovní komoře.

Při přivedení záporného potenciálu se brzdový ventil vypne, protože proud k němu je přerušen diodou. Aktivním zůstává pouze ventilační ventil, který udržuje tlak v pracovní komoře. Tak se realizuje poloha uzávěru.

Při odpojení napětí ventilační ventil ztrácí napájení a otvírá pracovní komoru do atmosféry. Při poklesu tlaku v pracovní komoře relé tlaku uvolňuje vzduch i z brzdových válců. Pokud po krátkém uvolnění opět nastavíte páku strojvedoucího do polohy uzávěru, pokles tlaku v pracovní komoře se zastaví a uvolnění vzduchu z brzdového válce se také zastaví. Tímto způsobem se dosahuje možnosti stupňovitého uvolnění brzdy.

Co se stane při přerušení vodiče? Správně — EPT se uvolní. Proto tato brzda (na domácím vozovém park) není automatická. Při poruše EPT má strojvedoucí možnost přejít na pneumatické ovládání brzd.

EPT se vyznačuje současným plněním brzdových válců a jejich vyprazdňováním po celém vlaku. Tempo plnění a vyprazdňování je poměrně vysoké – 0,1 MPa za sekundu. EPT je nevyčerpatelnou brzdou, protože při jeho provozu je běžný vzduchový rozvod v režimu uvolnění a zásobuje rezervní nádrže z brzdové potrubí, které je zase napájeno kohoutem strojvedoucího na lokomotivě z hlavních nádrží. Proto lze brzdit EPT jakoukoli frekvencí, která je potřebná pro operativní řízení brzd. Možnost stupňovitého uvolnění umožňuje velmi přesně a plynule řídit rychlost vlaku.

Pneumatické řízení brzd osobního vlaku se od brzd nákladního vlaku příliš neliší. Existuje rozdíl v metodách řízení, například uvolnění pneumatické brzdy se provádí do nabíjecího tlaku, bez jeho překročení. Obecně nadměrné zvyšování tlaku v brzdovém potrubí osobního vlaku může způsobit nepříjemnosti, proto při úplném uvolnění EPT se tlak v BM zvyšuje maximálně o 0,02 MPa nad stanovenou hodnotu nabíjecího tlaku.

Minimální hloubka vybití BM při brzdění na osobní brzdě činí 0,04 – 0,05 MPa, přičemž v brzdových válcích vzniká tlak 0,1 – 0,15 MPa. Maximální tlak v brzdovém válci osobního vozu je omezen objemem rezervní nádrže a obvykle nepřesahuje 0,4 MPa.

Závěr

Nyní se obrátím na některé komentátory, které překvapuje (a podle mne dokonce i rozčiluje, ale to neberu jako fakt) složitost vlakové brzdy. V komentářích se navrhuje aplikovat automobilové schéma s energetickými akumulátory. Samozřejmě, že z pohovky, nebo počítačového křesla v kanceláři, přes okno prohlížeče jsou mnohé problémy viditelnější a jejich řešení zřejmé, ale dovolím si poznamenat, že většina technických řešení přijatých ve skutečném světě má jasné opodstatnění.

Jak již bylo zmíněno, hlavním problémem pneumatických brzd ve vlaku je konečná rychlost pohybu skoku poklesu tlaku ve dlouhé (až 1,5 km ve vlaku o 100 vozech) trubce brzdové soustavy — brzdové vlny. Pro urychlení této brzdové vlny je potřeba dodatečného uvolnění, které provádí rozdělovací ventil. Nebude-li rozdělovací ventil, nebude ani dodatečné uvolnění. To znamená, že brzdy na energetických akumulátorech budou zřejmně horší v charakteristikách rovnoměrnosti fungování, vracejíce nás do dob Westinghousa. Nákladní vlak není nákladní automobil, zde platí jiné měřítka, a tedy i jiné principy řízení brzd. Jsem přesvědčen, že to není náhoda, a směr světové vědy o brzdách nevedl k takovým konstrukcím bez důvodu. Bod.

Tento článek je jakýsi přehled existujících brzdových systémů na moderním vozovém parku. Dále, v dalších článcích této série, se podrobněji zaměřím na každý z nich. Zjistíme, jaké přístroje se používají pro řízení brzd, jak jsou sestavené rozdělovací ventily. Podrobněji se podíváme na otázky rekuperačního a reostatického brzdění. A samozřejmě se podíváme na brzdy vysokorychlostní dopravy. Těším se na setkání a děkuji za pozornost!

P.S.: Přátelé! Zvláštní poděkování chci vyjádřit za řadu osobních zpráv s uvedením chyb a překlepů v článku. Ano, jsem hříšník, který si neporadí s českým jazykem a mátlím na klávesách. Snažil jsem se opravit vaše poznámky.

Zdroj: habr.com