Vidím, že první, veřejnosti se historická část mého příběhu líbila, a proto není hříchem pokračovat.

Vysokorychlostní vlaky jako TGV se již nespoléhají na vzduchové brzdění

Dnes budeme hovořit o modernosti, konkrétně o tom, jaké přístupy k vytváření brzdových systémů pro kolejová vozidla se používají v XNUMX. století, které doslova za měsíc vstupuje do třetí dekády.

1. Klasifikace brzd kolejových vozidel

Na základě fyzikálního principu vytváření brzdné síly lze všechny železniční brzdy rozdělit do dvou hlavních typů: třenípomocí třecí síly a dynamickýpomocí trakčního pohonu k vytvoření brzdného momentu.

Mezi třecí brzdy patří čelistové brzdy všech provedení, včetně kotoučových, jakož i magnetická kolejová brzda, který se používá ve vysokorychlostní dálkové dopravě především v západní Evropě. Na trati 1520 byl tento typ brzdy použit výhradně na elektrickém vlaku ER200. Pokud jde o stejný Sapsan, ruské dráhy na něm odmítly použít magnetickou kolejovou brzdu, ačkoli prototyp tohoto elektrického vlaku, německý ICE3, je takovou brzdou vybaven.

Vlakový podvozek ICE3 s magnetickou kolejnicovou brzdou

Vlakový vozík Sapsan

K dynamickému, resp elektrodynamické brzdy zahrnují všechny brzdy, jejichž činnost je založena na převedení trakčních motorů do generátorového režimu (regenerativní и brzda reostatu), stejně jako brzdění opozice

U rekuperačních a reostatických brzd je vše poměrně jasné - motory se tak či onak přepnou do generátorového režimu a v případě rekuperace uvolňují energii do kontaktní sítě a v případě reostatu je generovaná energie vypálené na speciálních rezistorech. Obě brzdy se používají jak na vlacích s lokomotivní trakcí, tak na vícejednotových kolejových vozidlech, kde je elektrodynamická brzda hlavní provozní brzdou, a to z důvodu velkého počtu trakčních motorů rozmístěných po celém vlaku. Jedinou nevýhodou elektrodynamického brzdění (EDB) je nemožnost brzdění až do úplného zastavení. Při poklesu účinnosti EDT je ​​automaticky nahrazena pneumatickou třecí brzdou.

Co se týče protibrzdění, zajišťuje brzdění až do úplného zastavení, protože spočívá v reverzaci trakčního motoru za pohybu. Tento režim je však ve většině případů nouzový - jeho běžné používání je plné poškození trakčního pohonu. Vezmeme-li například komutátorový motor, tak když se změní polarita na něj dodávaného napětí, zpětné EMF, které vzniká v rotujícím motoru, se neodečítá od napájecího napětí, ale přičítá se k němu - kola se otáčejí i otáčejte stejným směrem jako v trakčním režimu! To vede k lavinovému nárůstu proudu a nejlepší, co se může stát, je, že elektrická ochranná zařízení budou fungovat.

Z tohoto důvodu jsou na lokomotivách a elektrických vlacích přijata všechna opatření, aby se zabránilo couvání motorů za jízdy. Reverzní rukojeť je mechanicky zablokována, když je ovladač řidiče v provozních polohách. A na stejných vozidlech Sapsan a Lastochka povede otočení zpětného spínače při rychlosti nad 5 km/h k okamžitému nouzovému brzdění.

Některé domácí lokomotivy, například elektrická lokomotiva VL65, však při nízkých rychlostech standardně využívají zpětné brzdění.

Zpětné brzdění je standardní brzdný režim zajišťovaný řídicím systémem na elektrické lokomotivě VL65

Nutno říci, že i přes vysokou účinnost elektrodynamického brzdění je každý vlak, zdůrazňuji, vždy vybaven automatickou pneumatickou brzdou, tedy aktivovanou vypuštěním vzduchu z brzdového vedení. Jak v Rusku, tak na celém světě jsou staré dobré brzdy s třecími botkami strážcem bezpečnosti provozu.

Podle funkčního účelu se brzdy třecího typu dělí na

1. Parkování, manuální nebo automatické
2. Vlak - pneumatické (PT) nebo elektropneumatické (EPT) brzdy, instalované na každé jednotce kolejových vozidel ve vlaku a ovládané centrálně z kabiny strojvedoucího
3. Lokomotiva - pneumatické přímočinné brzdy určené ke zpomalení lokomotivy bez zpomalení vlaku. Jsou řízeny odděleně od vlaků.

2. Parkovací brzda

Ruční brzda s mechanickým pohonem z kolejových vozidel nezmizela, je instalována na lokomotivách i vozech - jen změnila svou specialitu, a to, že se změnila v parkovací brzdu, která umožňuje zabránit samovolnému pohybu kolejového vozidla. zásob v případě úniku vzduchu z jeho pneumatického systému. Červené kolo, podobné lodnímu, je pohon ruční brzdy, jedna z jeho variant.

Volant ruční brzdy v kabině elektrické lokomotivy VL60pk

Ruční brzda ve vestibulu osobního vozu

Ruční brzda na moderní nákladní vůz

Ruční brzda pomocí mechanického pohonu přitlačuje ke kolům stejné destičky, jaké se používají při běžném brzdění.

Na moderních kolejových vozidlech, zejména na elektrických vlacích EVS1/EVS2 „Sapsan“, ES1 „Lastochka“, jakož i na elektrické lokomotivě EP20, je ruční brzda automatická a destičky jsou přitlačovány na brzdový kotouč. pružinové akumulátory energie. Některé klešťové mechanismy přitlačující destičky k brzdovým kotoučům jsou vybaveny výkonnými pružinami, tak silnými, že uvolnění provádí pneumatický pohon o tlaku 0,5 MPa. Pneumatický pohon v tomto případě působí proti pružinám, které tlačí podložky. Tato parkovací brzda se ovládá tlačítky na konzole řidiče.

Tlačítka pro ovládání parkovací pružinové brzdy (SPT) na elektrickém vlaku ES1 „Lastochka“

Konstrukce této brzdy je podobná jako u výkonných nákladních vozidel. Ale jako hlavní brzda na vlacích takový systém zcela nevhodné, a proč, vysvětlím podrobně po příběhu o fungování vzduchových brzd vlaku.

3. Pneumatické brzdy nákladního automobilu

Každý nákladní vůz je vybaven následující sadou brzdového zařízení

Brzdové zařízení nákladního vozu: 1 - spojovací hadice brzdy; 2 - koncový ventil; 3 - uzavírací ventil; 5 - sběrač prachu; 6, 7, 9 — stav modulů rozdělovače vzduchu. č. 483; 8 - odpojovací ventil; VR - distributor vzduchu; TM - brzdové vedení; ZR - rezervní nádrž; TC - brzdový válec; AR - nákladní auto režim


Brzdové potrubí (TM) - trubka o průměru 1,25" probíhající podél celého vozu, na koncích je opatřena koncové ventily, k odpojení brzdového vedení při odpojování vozu před odpojením pružných spojovacích hadic. V brzdovém vedení, v normálním režimu, tzv зарядное tlak je 0,50 - 0,54 MPa, takže odpojení hadic bez uzavření koncových ventilů je pochybný úkol, který vás může doslova připravit o hlavu.

Přívod vzduchu přiváděného přímo do brzdových válců je uložen v rezervní nádrž (ZR), jehož objem je ve většině případů 78 litrů. Tlak v rezervní nádržce se přesně rovná tlaku v brzdovém potrubí. Ale ne, není to 0,50 - 0,54 MPa. Faktem je, že takový tlak bude v brzdovém potrubí na lokomotivě. A čím dále od lokomotivy, tím nižší je tlak v brzdovém potrubí, protože nevyhnutelně má netěsnosti vedoucí k únikům vzduchu. Takže tlak v brzdovém potrubí posledního vozu ve vlaku bude o něco menší než nabíjecí.

Brzdový váleca na většině aut je jen jeden, při plnění z rezervní nádrže přitlačí přes převodovku s brzdovou pákou všechny destičky na autě ke kolům. Objem brzdového válce je asi 8 litrů, takže při plném brzdění se v něm ustaví tlak nejvýše 0,4 MPa. Na stejnou hodnotu klesá i tlak v rezervní nádrži.

Hlavním „hercem“ tohoto systému je distributor vzduchu. Toto zařízení reaguje na změny tlaku v brzdovém potrubí a provádí jednu nebo druhou operaci v závislosti na směru a rychlosti změny tohoto tlaku.

Při poklesu tlaku v brzdovém potrubí dochází k brzdění. Nikoliv však při jakémkoliv poklesu tlaku – k poklesu tlaku musí dojít určitou rychlostí, tzv rychlost provozního brzdění. Toto tempo je zajištěno jeřábu řidiče v kabině lokomotivy a pohybuje se od 0,01 do 0,04 MPa za sekundu. Když tlak klesá pomaleji, nedochází k brzdění. To se děje tak, aby brzdy nefungovaly v případě standardních úniků z brzdového potrubí a také nefungovaly při eliminaci přeplňovacího tlaku, o kterém budeme hovořit později.

Při aktivaci rozdělovače vzduchu pro brzdění provede dodatečné odlehčení brzdového vedení v provozním množství 0,05 MPa. To se provádí za účelem zajištění stálého poklesu tlaku po celé délce vlaku. Pokud nedojde k dodatečnému uvolnění, pak nemusí být poslední vozy dlouhého vlaku zpomaleny vůbec. Provádí se dodatečné vybití brzdového vedení vše moderní rozvody vzduchu, včetně osobních.

Při aktivaci brzdění rozdělovač vzduchu odpojí rezervní nádržku od brzdového potrubí a připojí ji k brzdovému válci. Brzdový válec se plní. Dochází k němu přesně tak dlouho, dokud pokračuje pokles tlaku v brzdovém potrubí. Když se snižování tlaku v brzdové kapalině zastaví, plnění brzdového válce se zastaví. Přichází režim střecha. Tlak zabudovaný v brzdovém válci závisí na dvou faktorech:

1. hloubka vybití brzdového potrubí, to znamená velikost poklesu tlaku v něm vzhledem k plnění
2. provozní režim rozdělovače vzduchu

Rozdělovač nákladního vzduchu má tři provozní režimy: naplněný (L), střední (C) a prázdný (E). Tyto režimy se liší maximálním tlakem získaným do brzdových válců. Přepínání mezi režimy se provádí ručně otáčením speciální rukojeti režimu.

Suma sumárum, závislost tlaku v brzdovém válci na hloubce výtlaku brzdového vedení s 483vzduchovým rozdělovačem v různých režimech vypadá takto

Nevýhodou použití přepínače režimů je, že obsluha vozu musí projít podél celého vlaku, podlézt každý vůz a přepnout přepínač režimu do požadované polohy. Podle zvěstí pocházejících z operace se to ne vždy dělá. Nadměrné plnění brzdových válců u prázdného vozu je spojeno s prokluzem, sníženou účinností brzdění a poškozením dvojkolí. K překonání této situace na nákladních vozech se používá tzv automatický režim (AR), který mechanicky určuje hmotnost vozu a plynule reguluje maximální tlak v brzdovém válci. Pokud je vůz vybaven automatickým režimem, pak je přepínač režimu na VR nastaven do polohy „naloženo“.

Brzdění se obvykle provádí po etapách. Minimální úroveň vybití brzdového potrubí pro BP483 bude 0,06 - 0,08 MPa. V tomto případě je v brzdových válcích ustaven tlak 0,1 MPa. V tomto případě řidič umístí ventil do polohy překrytí, ve které je v brzdovém potrubí udržován tlak nastavený po brzdění. Pokud je brzdná účinnost z jednoho stupně nedostatečná, provede se další stupeň. V tomto případě je rozdělovači vzduchu jedno, jakou rychlostí dochází k výtlaku - při libovolném poklesu tlaku se brzdové válce plní úměrně velikosti poklesu tlaku.

Úplné odbrzdění (úplné vyprázdnění brzdových válců na celém vlaku) se provádí zvýšením tlaku v brzdovém potrubí nad plnicí tlak. Navíc u nákladních vlaků je tlak v TM výrazně zvýšen nad nabíjecí, takže vlna zvýšeného tlaku zasahuje až k posledním vozům. Úplné odbrzdění nákladního vlaku je zdlouhavý proces a může trvat až minutu.

BP483 má dva prázdninové režimy: rovinatý a horský. V plochém režimu, kdy se tlak v brzdovém potrubí zvýší, dojde k úplnému, plynulému uvolnění. V horském režimu je možné odbrzdit postupně, což znamená, že brzdové válce nejsou zcela vyprázdněny. Tento režim se používá při jízdě po složitém profilu s velkými sklony.

Rozdělovač vzduchu 483 je obecně velmi zajímavé zařízení. Podrobný rozbor jeho struktury a fungování je tématem na samostatný velký článek. Zde jsme se podívali na obecné principy fungování nákladní brzdy.

3. Vzduchové brzdy typu spolujezdce

Brzdové zařízení osobního automobilu: 1 - spojovací hadice; 2 - koncový ventil; 3, 5 — spojovací skříně pro elektropneumatické brzdové potrubí; 4 - uzavírací ventil; 6 — trubka s elektropneumatickou kabeláží brzdy; 7 — izolované zavěšení spojovací objímky; 8 - sběrač prachu; 9 — výstup do rozdělovače vzduchu; 10 - odpojovací ventil; 11 — pracovní komora elektrického rozvaděče vzduchu; TM - brzdové vedení; VR - distributor vzduchu; EVR - elektrický rozvaděč vzduchu; TC - brzdový válec; ZR - náhradní nádrž

Okamžitě upoutá velké množství zařízení, počínaje skutečností, že již existují tři uzavírací ventily (jeden v každé vestibulu a jeden v oddíle vodiče), konče skutečností, že domácí osobní vozy jsou vybaveny jak pneumatickými, tak elektropneumatická brzda (EPT).

Pozorný čtenář si hned všimne hlavní nevýhody pneumatického ovládání brzd - konečné rychlosti šíření brzdné vlny, limitované výše rychlostí zvuku. V praxi je tato rychlost nižší a činí 280 m/s při provozním brzdění a 300 m/s při nouzovém brzdění. Navíc tato rychlost silně závisí na teplotě vzduchu a například v zimě je nižší. Věčným společníkem pneumatických brzd je proto nerovnoměrnost jejich chodu ve složení.

Nerovnoměrný provoz vede ke dvěma věcem – ke vzniku výrazných podélných reakcí ve vlaku a také ke zvýšení brzdné dráhy. První není pro osobní vlaky tak typický, i když nádoby s čajem a jinými nápoji poskakujícími na stole v kupé nikoho nepotěší. Zvětšení brzdné dráhy je vážný problém zejména v osobní dopravě.

Kromě toho je domácí distributor vzduchu pro cestující jako starý standard. č. 292, a nový stav. č. 242 (kterých je mimochodem ve vozovém parku osobních automobilů stále více), obě tato zařízení jsou přímými potomky téhož Westinghouse trojventilu a fungují na rozdíl dvou tlaků - v brzdovém potrubí a rezervní nádržce. Od trojitého ventilu se liší přítomností režimu překrytí, to znamená možností stupňovitého brzdění; přítomnost dodatečného vybití brzdového potrubí během brzdění; přítomnost akcelerátoru nouzového brzdění v návrhu. Tyto vzduchové rozdělovače nezajišťují stupňovité odbrzdění - okamžitě zajistí úplné odbrzdění, jakmile tlak v brzdovém potrubí překročí po brzdění tlak v rezervní nádrži tam zřízené. A stupňovité uvolnění je velmi užitečné při nastavování brzdění pro přesné zastavení na přistávací plošině.

Oba problémy - nerovnoměrný chod brzd a chybějící uvolnění schodů na trati 1520 mm jsou vyřešeny instalací elektricky ovládaného rozdělovače vzduchu na vozy - elektrický rozdělovač vzduchu (EVR), arb. č. 305.

Domácí EPT - elektropneumatická brzda - přímočinná, neautomatická. Na osobních vlacích s lokomotivní trakcí funguje EPT na dvouvodičovém okruhu.

Blokové schéma dvouvodičového EPT: 1 - řídicí ovladač na jeřábu řidiče; 2 - baterie; 3 - měnič statického výkonu; 4 — panel kontrolek; 5 — řídicí jednotka; 6 — svorkovnice; 7 — spojovací hlavice na rukávech; 8 — izolované zavěšení; 9 - polovodičový ventil; 10 - uvolněte elektromagnetický ventil; 11 - elektromagnetický ventil brzdy.

Podél celého vlaku jsou nataženy dva dráty: č. 1 a č. 2 na obrázku. Na ocasním voze jsou tyto dráty navzájem elektricky spojeny a výslednou smyčkou prochází střídavý proud o frekvenci 625 Hz. To se provádí za účelem monitorování integrity řídicího vedení EPT. Pokud se přeruší vodič, přeruší se obvod střídavého proudu, strojvedoucí obdrží signál v podobě zhasnutí kontrolky „O“ (dovolená) v kabině.

Ovládání se provádí stejnosměrným proudem různé polarity. V tomto případě jsou drátem s nulovým potenciálem kolejnice. Když je na vodič EPT přivedeno kladné (vzhledem ke kolejnicím) napětí, aktivují se oba elektromagnetické ventily instalované v elektrickém rozvaděči vzduchu: vypouštěcí ventil (OV) a brzdový ventil (TV). První z nich izoluje pracovní komoru (WC) elektrického rozdělovače vzduchu od atmosféry, druhý ji plní z rezervní nádrže. Dále přichází ke slovu tlakový spínač nainstalovaný v EVR, který pracuje na rozdílu tlaků v pracovní komoře a brzdovém válci. Když tlak v RC překročí tlak v TC, je tento naplněn vzduchem ze rezervní nádrže až na tlak, který byl akumulován v pracovní komoře.

Když je na vodič přiveden záporný potenciál, brzdový ventil se vypne, protože proud do něj je přerušen diodou. Aktivní zůstává pouze vypouštěcí ventil, který udržuje tlak v pracovní komoře. Takto je realizována poloha stropu.

Po odpojení napětí vypouštěcí ventil ztratí výkon a otevře pracovní komoru do atmosféry. Při poklesu tlaku v pracovní komoře tlakový spínač uvolní vzduch z brzdových válců. Pokud se po krátké dovolené vrátí ventil řidiče zpět do uzavírací polohy, pokles tlaku v pracovní komoře se zastaví a také se zastaví vypouštění vzduchu z brzdového válce. Tímto způsobem je dosaženo možnosti postupného uvolnění brzdy.

Co se stane, když se drát přetrhne? Přesně tak – EPT vyjde. Proto tato brzda (u vnitrostátních kolejových vozidel) není automatická. Pokud EPT selže, má řidič možnost přejít na ovládání pneumatické brzdy.

EPT se vyznačuje současným plněním brzdových válců a jejich vyprazdňováním v celém vlaku. Rychlost plnění a vyprazdňování je poměrně vysoká - 0,1 MPa za sekundu. EPT je nevyčerpatelná brzda, protože konvenční rozdělovač vzduchu je při své činnosti v odbrzďovacím režimu a napájí náhradní zásobníky z brzdového potrubí, které je zase napájeno kohoutkem strojvedoucího na lokomotivě z hlavních zásobníků. Proto lze EPT brzdit na jakékoli frekvenci potřebné pro provozní ovládání brzd. Možnost krokového uvolnění umožňuje velmi přesně a plynule řídit rychlost vlaku.

Pneumatické ovládání brzd osobního vlaku se příliš neliší od brzdy nákladní. Je rozdíl ve způsobech ovládání, např. vzduchová brzda se uvolní na plnicí tlak, aniž by se přecenil. Obecně je nadměrné nadhodnocení tlaku v brzdovém potrubí osobního vlaku spojeno s problémy, proto při úplném uvolnění EPT dojde ke zvýšení tlaku v brzdovém potrubí maximálně o 0,02 MPa nad hodnotu nastaveného nabíjení. tlak.

Minimální hloubka výtlaku těžkých kovů při brzdění na osobní brzdě je 0,04 - 0,05 MPa, přičemž v brzdových válcích vzniká tlak 0,1 - 0,15 MPa. Maximální tlak v brzdovém válci osobního automobilu je omezen objemem rezervní nádrže a obvykle nepřesahuje 0,4 MPa.

Závěr

Nyní se obrátím na některé komentátory, kteří jsou překvapeni (a podle mého názoru i pobouřeni, ale nemohu říci) složitostí vlakové brzdy. Komentáře navrhují použití automobilového okruhu s akumulátory energie. Samozřejmě, že z pohovky nebo počítačového křesla v kanceláři, přes okno prohlížeče, je mnoho problémů viditelnějších a jejich řešení zjevnější, ale podotýkám, že většina technických rozhodnutí učiněných v reálném světě má své jasné opodstatnění.

Jak již bylo zmíněno, hlavním problémem pneumatické brzdy ve vlaku je konečná rychlost pohybu poklesu tlaku po dlouhém (u vlaku 1,5 vozů až 100 km) potrubí brzdového potrubí - brzdová vlna. K urychlení této brzdné vlny je zapotřebí dodatečný výtlak rozdělovačem vzduchu. Nebude zde žádný rozdělovač vzduchu a nebude docházet k žádnému dodatečnému vypouštění. To znamená, že brzdy na akumulátorech energie budou z hlediska jednotnosti provozu zjevně znatelně horší, čímž se vrátíme do dob Westinghouse. Nákladní vlak není kamion, existují různá měřítka, a tedy i různé principy ovládání brzd. Jsem si jistý, že to není jen tak a není to náhodou, že směr světové brzdové vědy se vydal cestou, která nás k tomuto druhu konstrukce dovedla. Tečka.

Tento článek je jakýmsi přehledem brzdových systémů existujících na moderních kolejových vozidlech. Dále v dalších článcích této série se každému z nich budu věnovat podrobněji. Dozvíme se, jaká zařízení slouží k ovládání brzd a jak jsou řešeny rozdělovače vzduchu. Pojďme se blíže podívat na problematiku regenerativního a reostatického brzdění. A samozřejmě uvažujme o brzdách vysokorychlostních vozidel. Ještě se uvidíme a děkuji za pozornost!

PS: Přátelé! Chtěl bych poděkovat za množství osobních zpráv, které uvádějí chyby a překlepy v článku. Ano, jsem hříšník, který se nekamarádí s ruským jazykem a plete se na klíčích. Pokusil jsem se opravit vaše komentáře.

Zdroj: www.habr.com