Den kinetiske energi af Sapsan ved maksimal hastighed er over 1500 megajoule. For fuldstændigt standsning skal det hele fjernes af bremseanordningerne.
Der var en ting lige her på Habré. Her publiceres en hel del oversigtsartikler om jernbaneemner, men dette emne er endnu ikke blevet behandlet i detaljer. Jeg synes, det ville være ret interessant at skrive en artikel om dette, og måske mere end én. Derfor spørger jeg efter katten til dem, der er interesserede i, hvordan jernbanetransportens bremsesystemer er designet, og af hvilke grunde de er designet på denne måde.
1. Historien om luftbremsen
Opgaven med at kontrollere ethvert køretøj omfatter regulering af dets hastighed. Jernbanetransport er ingen undtagelse; desuden introducerer dens designfunktioner betydelige nuancer i denne proces. Toget består af et stort antal indbyrdes forbundne vogne, og det resulterende system har en betydelig længde og vægt med en meget anstændig hastighed.
A-priory, Bremser er et sæt enheder designet til at skabe kunstige, justerbare modstandskræfter, der bruges til kontrollerbart at reducere et køretøjs hastighed.
Den mest oplagte måde at skabe bremsekraft på er at bruge friktion. Helt fra starten og frem til i dag har man brugt skofriktionsbremser. Særlige enheder - bremseklodser, lavet af et materiale med en høj friktionskoefficient, presses mekanisk mod hjulets rulleflade (eller mod specielle skiver monteret på hjulsættets aksel). En friktionskraft opstår mellem klodserne og hjulet, hvilket skaber et bremsemoment.
Bremsekraften justeres ved at ændre kraften ved at trykke klodserne mod hjulet - bremsetryk. Det eneste spørgsmål er, hvilket drev der bruges til at trykke på klodserne, og til dels er bremsernes historie historien om udviklingen af dette drev.
De første jernbanebremser var mekaniske og blev betjent manuelt, separat på hver vogn af specielle personer - bremsemænd eller konduktører. Lederne var placeret på de såkaldte bremseplatforme, som hver vogn var udstyret med, og de satte bremserne på efter lokomotivførerens signal. Udvekslingen af signaler mellem lokomotivføreren og konduktørerne foregik ved hjælp af et særligt signalreb spændt langs hele toget, som aktiverede en særlig fløjte.
Vintage to-akslet godsvogn med bremseklods. Håndbremseknop synlig
Selve den mekanisk drevne bremse har ringe kraft. Mængden af bremsetryk afhang af lederens styrke og fingerfærdighed. Derudover forstyrrede den menneskelige faktor driften af et sådant bremsesystem - ledere udførte ikke altid deres opgaver korrekt. Der var ingen grund til at tale om den høje effektivitet af sådanne bremser såvel som stigningen i hastigheden af tog udstyret med dem.
Videreudvikling af bremser krævede for det første en stigning i bremsetrykket, og for det andet muligheden for fjernbetjening på alle biler fra førerens arbejdsplads.
Det hydrauliske drev, der bruges i bilbremser, er blevet udbredt på grund af det faktum, at det giver højt tryk med kompakte aktuatorer. Men når du bruger et sådant system på et tog, vil dets største ulempe vises: behovet for en speciel arbejdsvæske - bremsevæske, hvis lækage er uacceptabel. Den store længde af bremsehydraulikledninger i et tog, sammen med høje krav til deres tæthed, gør det umuligt og irrationelt at skabe en hydraulisk jernbanebremse.
En anden ting er det pneumatiske drev. Brugen af højtryksluft gør det muligt at opnå høje bremsetryk med acceptable dimensioner af aktuatorerne - bremsecylindre. Der er ingen mangel på arbejdsvæske – luften er overalt omkring os, og selvom der er en lækage af arbejdsvæske fra bremsesystemet (og det gør den bestemt), kan den relativt nemt genopfyldes.
Det enkleste bremsesystem, der bruger trykluftenergi er direkte virkende ikke-automatisk bremse
Diagram af en direkte virkende ikke-automatisk bremse: 1 - kompressor; 2 - hovedtank; 3 - forsyningsledning; 4 - førerens togkran; 5 - bremseledning; 6 - bremsecylinder; 7 — udløser fjeder; 8, 9 — mekanisk bremsetransmission; 10 - bremseklods.
For at betjene en sådan bremse kræves en tilførsel af trykluft, opbevaret på lokomotivet i en speciel tank kaldet hovedreservoir (2). Indsprøjtning af luft i hovedtanken og opretholdelse af konstant tryk i den udføres kompressor (1), drevet af lokomotivkraftværket. Trykluft tilføres til bremsekontrolanordningerne gennem en speciel rørledning kaldet ernæringsmæssig (NM) eller tryk motorvej (3).
Bilernes bremser styres, og trykluft tilføres dem gennem en lang rørledning, der løber gennem hele toget og kaldes bremseledning (TM) (5). Når trykluft tilføres gennem TM, fyldes den bremsecylindre (TC) (6) tilsluttet direkte til TM. Trykluft presser på stemplet og presser bremseklodserne 10 mod hjulene, både på lokomotivet og på bilerne. Bremsning opstår.
At stoppe med at bremse, altså forlade bremser, er det nødvendigt at frigive luft fra bremseledningen til atmosfæren, hvilket vil føre til tilbagevenden af bremsemekanismerne til deres oprindelige position på grund af kraften fra udløserfjedrene installeret i TC.
For at bremse er det nødvendigt at forbinde bremseledningen (TM) med fødeledningen (PM). Til ferie skal du tilslutte bremseledningen til atmosfæren. Disse funktioner udføres af en speciel enhed - førerens togkran (4) - når den bremser, forbinder den PM og PM, når den slippes, afbryder den disse rørledninger og frigiver samtidig luft fra PM til atmosfæren.
I et sådant system er der en tredje mellemposition for førerens kran - tag igen når PM og TM er adskilt, men frigivelse af luft fra TM til atmosfæren ikke forekommer, isolerer førerens kran det fuldstændigt. Det akkumulerede tryk i TM og TC opretholdes, og tiden det holdes på det indstillede niveau bestemmes af mængden af luftlækage gennem forskellige utætheder, samt af den termiske modstand i bremseklodserne, som opvarmes under friktion mod hjuldækkene. Ved at placere den i loftet både under opbremsning og under udløsning kan du justere bremsekraften i trin. Denne type bremse giver både trinbremse og trinfrigivelse.
På trods af et sådant bremsesystems enkelhed har det en fatal fejl - når toget kobles fra, brister bremseledningen, luft slipper ud af den, og toget efterlades uden bremser. Det er af denne grund, at en sådan bremse ikke kan bruges i jernbanetransport, omkostningerne ved dens fejl er for høje. Selv uden togbrud, hvis der er en stor luftlækage, vil bremseeffektiviteten blive reduceret.
På baggrund af ovenstående opstår kravet om, at togbremsning ikke initieres af en stigning, men af et fald i trykket i TM. Men hvordan fylder man så bremsecylindrene? Dette giver anledning til det andet krav - hver bevægende enhed i toget skal opbevare en tilførsel af trykluft, som straks skal genopfyldes efter hver opbremsning.
Tekniske tanker i slutningen af det 1872. århundrede kom til lignende konklusioner, hvilket resulterede i oprettelsen af den første automatiske jernbanebremse af George Westinghouse i XNUMX.
Westinghouse bremseanordning: 1 - kompressor; 2 - hovedtank; 3 - forsyningsledning; 4 - førerens togkran; 5 - bremseledning; 6 — luftfordeler (tredobbelt ventil) i Westinghouse-systemet; 7 - bremsecylinder; 8 — reservetank; 9 - stopventil.
Figuren viser opbygningen af denne bremse (Figur a - betjening af bremsen under udløsning; b - betjening af bremsen under bremsning). Hovedelementet i Westigauze-bremsen var bremse luftfordeler eller, som det nogle gange kaldes, tredobbelt ventil. Denne luftfordeler (6) har et følsomt organ - et stempel, der fungerer på forskellen mellem to tryk - i bremseledningen (TM) og reservebeholderen (R). Hvis trykket i TM bliver mindre end i TC, så bevæger stemplet sig til venstre, hvilket åbner vejen for luft fra CM til TC. Hvis trykket i TM'en bliver større end trykket i SZ'en, bevæger stemplet sig til højre, kommunikerer TC'en med atmosfæren og kommunikerer samtidig TM'en og SZ'en, hvilket sikrer, at sidstnævnte er fyldt med trykluft fra TM.
Hvis trykket i TM'en falder af en eller anden grund, hvad enten det er førerens handlinger, overdreven luftlækage fra TM'en eller et togbrud, vil bremserne fungere. Det vil sige, at sådanne bremser har automatisk handling. Denne egenskab ved bremsen gjorde det muligt at tilføje en anden mulighed for at styre togbremserne, som bruges på passagertog den dag i dag - et nødstop af toget af en passager ved at kommunikere bremseledningen med atmosfæren gennem en speciel ventil - nødbremse (9).
For dem, der er bekendt med denne funktion af togets bremsesystem, er det sjovt at se film, hvor tyve-cowboys berømt afkroger en vogn med guld fra et tog. For at dette kan lade sig gøre, skal cowboyerne inden afkobling lukke for endeventilerne på bremseledningen, der adskiller bremseledningen fra forbindelsesslangerne mellem bilerne. Men det gør de aldrig. På den anden side har lukkede ventiler mere end én gang forårsaget frygtelige katastrofer forbundet med bremsefejl, både her (Kamensk i 1987, Eral-Simskaya i 2011) og i udlandet.
På grund af det faktum, at fyldningen af bremsecylindrene sker fra en sekundær kilde til trykluft (reservetank), uden mulighed for dens konstante genopfyldning, kaldes en sådan bremse indirekte handler. Opladning af bremsen med trykluft sker kun, når bremsen udløses, hvilket fører til, at ved hyppig opbremsning efterfulgt af udløsning, hvis der ikke er tilstrækkelig tid efter udløsning, vil bremsen ikke nå at lade op til det nødvendige tryk. Dette kan resultere i fuldstændig udmattelse af bremsen og tab af kontrol over togets bremser.
Den pneumatiske bremse har også en anden ulempe relateret til det faktum, at trykfaldet i bremseledningen, ligesom enhver forstyrrelse, forplanter sig i luften med en høj, men stadig begrænset hastighed - ikke mere end 340 m/s. Hvorfor ikke mere? Fordi lydens hastighed er ideel. Men i togets pneumatiske system er der en række forhindringer, der reducerer udbredelseshastigheden af trykfaldet forbundet med modstand mod luftstrøm. Medmindre der træffes særlige foranstaltninger, vil hastigheden af trykreduktionen i TM derfor være lavere, jo længere bilen er fra lokomotivet. I tilfælde af Westinghouse bremse, hastigheden af den såkaldte bremsebølge ikke overstiger 180 - 200 m/s.
Men fremkomsten af den pneumatiske bremse gjorde det muligt at øge både bremsernes kraft og effektiviteten af deres kontrol direkte fra chaufførens arbejdsplads. Dette tjente som en kraftig drivkraft for udviklingen af jernbanetransport, hvilket øgede hastigheden og vægten af tog, og som følge heraf en kolossal stigning i godsomsætningen på jernbanen, stigningen i længden af jernbanelinjer rundt om i verden.
George Westinghouse var ikke kun en opfinder, men også en driftig forretningsmand. Han patenterede sin opfindelse tilbage i 1869, hvilket gjorde det muligt for ham at lancere masseproduktion af bremseudstyr. Ret hurtigt blev Westinghouse-bremsen udbredt i USA, Vesteuropa og det russiske imperium.
I Rusland regerede Westinghouse-bremsen frem til oktoberrevolutionen og i ret lang tid efter den. Westinghouse-firmaet byggede sit eget bremseanlæg i St. Petersborg, og drev også dygtigt konkurrenter fra det russiske marked. Westinghouse-bremsen havde dog en række grundlæggende ulemper.
For det første gav denne bremse kun to driftstilstande: bremsning indtil bremsecylindrene er helt fyldte, og ferie — tømning af bremsecylindrene. Det var umuligt at skabe et mellemliggende bremsetryk med dens langsigtede vedligeholdelse, det vil sige, at Westinghouse-bremsen ikke havde en tilstand tag igen. Dette tillod ikke præcis kontrol af toghastigheden.
For det andet fungerede Westinghouse-bremsen ikke godt på lange tog, og selvom dette på en eller anden måde kunne tolereres i passagertrafikken, opstod der problemer i godstrafikken. Husker du bremsebølgen? Så Westinghouse-bremsen havde ikke midlerne til at øge dens hastighed, og i et langt tog kunne faldet i trykket i TM på den sidste bil begynde for sent og med en hastighed, der var betydeligt lavere end i spidsen af toget , hvilket skabte vild ujævn drift af bremseanordningerne på tværs af toget.
Det skal siges, at alle Westinghouse-virksomhedens aktiviteter, både i Rusland på det tidspunkt og i hele verden, er grundigt mættet med den kapitalistiske duft af patentkrige og unfair konkurrence. Det er det, der sikrede et så ufuldkomment system et så langt liv, i hvert fald i den historiske periode.
Med alt dette skal det erkendes, at Westinghouse-bremsen lagde grundlaget for bremsevidenskab, og princippet om dens drift er forblevet uændret i moderne rullende materielbremser.
2. Fra Westinghouse-bremsen til Matrosov-bremsen - dannelsen af indenlandsk bremsevidenskab.
Næsten umiddelbart efter fremkomsten af Westinghouse-bremsen og erkendelsen af dens mangler, opstod der forsøg på at forbedre dette system eller skabe et andet, grundlæggende nyt. Vores land var ingen undtagelse. I begyndelsen af det XNUMX. århundrede havde Rusland et udviklet netværk af jernbaner, som spillede en væsentlig rolle i at sikre landets økonomiske udvikling og forsvarsevne. Forøgelse af effektiviteten af transport er forbundet med en stigning i hastigheden af dens bevægelse og massen af samtidig transporteret last, hvilket betyder, at problemer med at forbedre bremsesystemer er blevet rejst presserende.
En væsentlig drivkraft for udviklingen af bremsevidenskab i RSFSR og senere USSR var faldet i indflydelsen fra stor vestlig kapital, især Westinghouse-selskabet, på udviklingen af den indenlandske jernbaneindustri efter oktober 1917.
F.P. Kazantsev (til venstre) og I.K. Sømænd (til højre) - skabere af den indenlandske jernbanebremse
Det første tegn, den første seriøse præstation af ung indenlandsk bremsevidenskab, var udviklingen af ingeniør Florenty Pimenovich Kazantsev. I 1921 foreslog Kazantsev et system direkte virkende automatisk bremse. Diagrammet nedenfor beskriver alle de vigtigste ideer introduceret ikke kun af Kazantsev, og dets formål er at forklare de grundlæggende principper for driften af den forbedrede automatiske bremse
Direkte virkende automatisk bremse: 1 - kompressor; 2 - hovedtank; 3 - forsyningsledning; 4 - førerens togkran; 5 — bremseledningslækageforsyningsanordning; 6 - bremseledning; 7 — tilslutning af bremseslanger; 8 - endeventil; 9 - stopventil; 10 - kontraventil; 11 — reservetank; 12 — luftfordeler; 13 - bremsecylinder; 14 — bremsegrebstransmission.
Så den første hovedidé er, at trykket i TM styres indirekte - gennem et fald/forøgelse af trykket i et særligt reservoir kaldet overspændingstank (UR). Det er vist på figuren til højre for førerens hane (4) og oven på strømforsyningsenheden for lækager fra TM (5). Tætheden af dette reservoir er teknisk meget lettere at sikre end tætheden af bremseledningen - et rør, der når flere kilometer i længden og løber gennem hele toget. Den relative stabilitet af trykket i UR gør det muligt at opretholde trykket i TM ved at bruge trykket i UR som reference. Faktisk åbner stemplet i indretningen (5), når trykket i TM'en falder, ventilen, der fylder TM'en fra forsyningsledningen, og opretholder derved et tryk i TM'et svarende til trykket i UR'en. Denne idé havde stadig en lang vej at gå i udviklingen, men nu var trykket i TM'en ikke afhængig af tilstedeværelsen af eksterne lækager fra den (op til visse grænser). Enhed 5 migrerede til operatørens kran og forbliver der i en modificeret form den dag i dag.
En anden vigtig idé, der ligger til grund for designet af denne type bremse, er strømforsyningen fra bremsevæsken gennem kontraventilen 10. Når trykket i bremseventilen overstiger trykket i bremseventilen, åbner denne ventil og fylder ventilen fra bremsen væske. På denne måde genopfyldes lækager løbende fra reservebeholderen, og bremsen løber ikke tør.
Den tredje vigtige idé foreslået af Kazantsev er designet af en luftfordeler, der fungerer på forskellen mellem ikke to tryk, men tre - tryk i bremseledningen, tryk i bremsecylinderen og tryk i et specielt arbejdskammer (WC), som under udløsningen tilføres ved tryk fra bremseledningen , sammen med en reservetank. I bremsetilstand afbrydes ladetrykket fra reservebeholderen og bremseledningen, hvilket bibeholder værdien af det indledende ladetryk. Denne egenskab er meget udbredt i rullende materielbremser både for at give trinvis udløsning og for at kontrollere ensartetheden af fyldningen af TC langs toget i godstog, da arbejdskammeret tjener som standard for det indledende ladetryk. Baseret på dets værdi er det muligt at give trinvis frigivelse og organisere tidligere påfyldning af indkøbscenteret i halevognene. Jeg vil efterlade en detaljeret beskrivelse af disse ting til andre artikler om dette emne, men for nu vil jeg bare sige, at Kazantsevs arbejde tjente som et incitament til udviklingen af en videnskabelig skole i vores land, hvilket førte til udviklingen af originale bremsesystemer til rullende materiel.
En anden sovjetisk opfinder, der radikalt påvirkede udviklingen af indenlandske rullende materielbremser, var Ivan Konstantinovich Matrosov. Hans ideer var ikke fundamentalt forskellige fra Kazantsevs ideer, men efterfølgende operationelle test af Kazantsev- og Matrosov-bremsesystemerne (sammen med andre bremsesystemer) viste den betydelige overlegenhed af det andet system med hensyn til ydeevneegenskaber, når de blev brugt primært på godstog. Således er Matrosov-bremsen med en luftfordeler betinget. nr. 320 blev grundlaget for videreudvikling og design af bremseudstyr til 1520 mm sporvidde jernbaner. En moderne automatisk bremse, der bruges i Rusland og SNG-landene, kan med rette bære navnet på Matrosovs bremse, da den i den indledende fase af dens udvikling absorberede Ivan Konstantinovichs ideer og designløsninger.
I stedet for en konklusion
Hvad er konklusionen? Arbejdet med denne artikel overbeviste mig om, at emnet er værdig til en række artikler. I denne pilotartikel kom vi ind på historien om udviklingen af rullende materielbremser. I det følgende vil vi gå ind i saftige detaljer og berøre ikke kun den indenlandske bremse, men også på udviklingen af kolleger fra Vesteuropa, og fremhæve designet af bremser af forskellige typer og typer af rullende materiel service. Så jeg håber, at emnet vil være interessant, og vi ses igen i centrum!
Tak for din opmærksomhed!
Kilde: www.habr.com