Veo eso primero, al público le gustó la parte histórica de mi historia, por lo que no es pecado continuar.

Los trenes de alta velocidad como el TGV ya no dependen del frenado neumático

Hoy hablaremos de la modernidad, es decir, de qué enfoques para la creación de sistemas de frenos para el material rodante se utilizan en el siglo XXI, que en apenas un mes entra literalmente en su tercera década.

1. Clasificación de los frenos del material rodante.

Según el principio físico de crear fuerza de frenado, todos los frenos ferroviarios se pueden dividir en dos tipos principales: fricción, usando fuerza de fricción, y dinámico, utilizando una transmisión de tracción para crear un par de frenado.

Los frenos de fricción incluyen frenos de zapata de todos los diseños, incluidos frenos de disco, así como freno de carril magnético, que se utiliza en el transporte de alta velocidad y larga distancia, principalmente en Europa Occidental. En la vía 1520, este tipo de freno se utilizó exclusivamente en el tren eléctrico ER200. En cuanto al mismo Sapsan, los ferrocarriles rusos se negaron a utilizar un freno de carril magnético, aunque el prototipo de este tren eléctrico, el ICE3 alemán, está equipado con dicho freno.

Bogie de tren ICE3 con freno de carril magnético

Carro de tren Sapsan

A dinámico, o más bien frenos electrodinámicos incluir todos los frenos, cuya acción se basa en la transferencia de los motores de tracción al modo generador (regenerador и freno de reóstato), así como el frenado oposición

Con los frenos regenerativos y reostáticos, todo está relativamente claro: los motores de una forma u otra cambian al modo generador y, en el caso de la recuperación, liberan energía a la red de contactos, y en el caso de un reóstato, la energía generada se quemado en resistencias especiales. Ambos frenos se utilizan tanto en trenes con tracción de locomotora como en material rodante multiunidad, donde el freno electrodinámico es el principal freno de servicio, debido al gran número de motores de tracción distribuidos por todo el tren. La única desventaja del frenado electrodinámico (EDB) es la imposibilidad de frenar hasta detenerse por completo. Cuando la eficiencia del EDT disminuye, se reemplaza automáticamente por un freno de fricción neumático.

En cuanto al contrafrenado, proporciona un frenado hasta la parada completa, ya que consiste en invertir el motor de tracción en marcha. Sin embargo, este modo, en la mayoría de los casos, es un modo de emergencia: su uso normal conlleva daños a la transmisión. Si tomamos, por ejemplo, un motor de conmutador, cuando cambia la polaridad del voltaje que se le suministra, la contraEMF que surge en el motor giratorio no se resta del voltaje de suministro, sino que se le suma: las ruedas giran y ¡Gire en la misma dirección que en el modo de tracción! Esto provoca un aumento de corriente similar a una avalancha, y lo mejor que puede pasar es que los dispositivos de protección eléctrica funcionen.

Por este motivo, en locomotoras y trenes eléctricos se toman todas las medidas para evitar que los motores giren marcha atrás mientras están en movimiento. La palanca de marcha atrás se bloquea mecánicamente cuando el controlador del conductor está en las posiciones de marcha. Y en los mismos vehículos Sapsan y Lastochka, girar el interruptor de marcha atrás a una velocidad superior a 5 km/h provocará una frenada de emergencia inmediata.

Sin embargo, algunas locomotoras domésticas, por ejemplo la locomotora eléctrica VL65, utilizan el frenado inverso como modo estándar a bajas velocidades.

El frenado inverso es un modo de frenado estándar proporcionado por el sistema de control de la locomotora eléctrica VL65.

Hay que decir que a pesar de la alta eficacia del frenado electrodinámico, cualquier tren, destaco, siempre está equipado con un freno neumático automático, es decir, que se activa liberando aire de la línea de freno. Tanto en Rusia como en todo el mundo, los viejos frenos de zapatas de fricción velan por la seguridad del tráfico.

Según su finalidad funcional, los frenos de fricción se dividen en

1. Aparcamiento, manual o automático.
2. Tren: frenos neumáticos (PT) o electroneumáticos (EPT), instalados en cada unidad de material rodante del tren y controlados centralmente desde la cabina del conductor.
3. Locomotora: frenos neumáticos de acción directa diseñados para frenar una locomotora sin frenar el tren. Se gestionan por separado de los trenes.

2. Freno de estacionamiento

El freno manual con accionamiento mecánico no ha desaparecido del material rodante, se instala tanto en locomotoras como en vagones, simplemente cambió de especialidad, es decir, se convirtió en freno de estacionamiento, lo que permite evitar el movimiento espontáneo de la rodadura. stock en caso de que se escape aire de su sistema neumático. La rueda roja, similar al timón de un barco, es una tracción con freno de mano, una de sus variantes.

Volante con freno de mano en la cabina de la locomotora eléctrica VL60pk

Freno de mano en el vestíbulo de un turismo

Freno de mano en un vagón de carga moderno

El freno de mano, mediante accionamiento mecánico, presiona contra las ruedas las mismas pastillas que se utilizan durante el frenado normal.

En el material rodante moderno, en particular en los trenes eléctricos EVS1/EVS2 “Sapsan”, ES1 “Lastochka”, así como en la locomotora eléctrica EP20, el freno de estacionamiento es automático y las pastillas se presionan contra el disco de freno. acumuladores de energía de resorte. Algunos de los mecanismos de pinza que presionan las pastillas contra los discos de freno están equipados con potentes resortes, tan potentes que la liberación se realiza mediante un accionamiento neumático con una presión de 0,5 MPa. El accionamiento neumático, en este caso, contrarresta los resortes que presionan las pastillas. Este freno de mano se controla mediante botones en la consola del conductor.

Botones para controlar el freno de resorte de estacionamiento (SPT) en el tren eléctrico ES1 “Lastochka”

El diseño de este freno es similar al utilizado en camiones potentes. Pero como freno principal de los trenes, un sistema de este tipo completamente inadecuadoY por qué, lo explicaré en detalle después de la historia sobre el funcionamiento de los frenos de aire de los trenes.

3. Frenos neumáticos tipo camión.

Cada vagón de carga está equipado con el siguiente conjunto de equipos de frenado

Equipo de frenado de un vagón de mercancías: 1 - manguera de conexión de freno; 2 - válvula final; 3 - válvula de cierre; 5 - colector de polvo; 6, 7, 9 — condición de los módulos del distribuidor de aire. núm. 483; 8 - válvula de desconexión; VR - distribuidor de aire; TM - línea de freno; ZR - tanque de reserva; TC - cilindro de freno; AR - modo automático de carga


Línea de freno (TM) - un tubo con un diámetro de 1,25" que recorre todo el vehículo, en los extremos está equipado con válvulas finales, para desconectar la línea de freno al desenganchar el coche antes de desconectar los flexibles de conexión. En la línea de freno, en modo normal, el llamado зарядное La presión es de 0,50 a 0,54 MPa, por lo que desconectar las mangueras sin cerrar las válvulas finales es una tarea dudosa que literalmente puede privarlo de la cabeza.

El suministro de aire suministrado directamente a los cilindros de freno se almacena en Tanque de reserva (ZR), cuyo volumen en la mayoría de los casos es de 78 litros. La presión en el depósito de reserva es exactamente igual a la presión en la línea de freno. Pero no, no es 0,50 - 0,54 MPa. El hecho es que dicha presión estará en la línea de freno de la locomotora. Y cuanto más lejos de la locomotora, menor es la presión en la línea de freno, porque inevitablemente tiene fugas que provocan fugas de aire. Por lo tanto, la presión en la línea de frenos del último vagón del tren será ligeramente menor que la del que carga.

Cilindro de freno, y en la mayoría de los coches sólo hay uno: cuando se llena con un depósito de repuesto, a través de una palanca de freno, presiona todas las pastillas del coche contra las ruedas. El volumen del cilindro de freno es de aproximadamente 8 litros, por lo que durante el frenado total se establece una presión en él de no más de 0,4 MPa. La presión en el tanque de reserva también disminuye al mismo valor.

El principal “actor” de este sistema es distribuidor de aire. Este dispositivo reacciona a los cambios de presión en la línea de freno, realizando una u otra operación dependiendo de la dirección y velocidad del cambio de esta presión.

Cuando la presión en la línea de freno disminuye, se produce el frenado. Pero no con una disminución de la presión: la disminución de la presión debe ocurrir a un ritmo determinado, llamado tasa de frenado de servicio. Este ritmo está asegurado grúa del conductor en la cabina de la locomotora y oscila entre 0,01 y 0,04 MPa por segundo. Cuando la presión disminuye a un ritmo más lento, no se produce el frenado. Esto se hace para que los frenos no funcionen en caso de fugas estándar de la línea de freno, y tampoco funcionen cuando se elimina la presión de sobrecarga, de la que hablaremos más adelante.

Cuando el distribuidor de aire se activa para frenar, realiza una descarga adicional de la línea de freno a una tasa de servicio de 0,05 MPa. Esto se hace para garantizar una disminución constante de la presión a lo largo de todo el tren. Si no se logra una distensión adicional, es posible que los últimos vagones de un tren largo no se ralenticen en absoluto. Se realiza una descarga adicional de la línea de freno. todos Distribuidores de aire modernos, incluidos los de pasajeros.

Cuando se activa el frenado, el distribuidor de aire desconecta el depósito de reserva de la línea de freno y lo conecta al cilindro de freno. El cilindro de freno se está llenando. Esto ocurre exactamente mientras continúa la caída de presión en la línea de freno. Cuando se detiene la reducción de presión en el líquido de frenos, se detiene el llenado del cilindro de freno. El régimen viene volver a techar. La presión incorporada en el cilindro de freno depende de dos factores:

1. la profundidad de descarga de la línea de freno, es decir, la magnitud de la caída de presión en ella en relación con la carga
2. Modo de funcionamiento del distribuidor de aire.

El distribuidor de aire de carga tiene tres modos de funcionamiento: cargado (L), medio (C) y vacío (E). Estos modos se diferencian en la presión máxima ganada en los cilindros de freno. El cambio entre modos se realiza manualmente girando una manija de modo especial.

En resumen, la dependencia de la presión en el cilindro de freno de la profundidad de descarga de la línea de freno con un distribuidor de aire 483 en varios modos se ve así

La desventaja de utilizar un interruptor de modo es que el operador del vagón debe caminar a lo largo de todo el tren, subirse debajo de cada vagón y cambiar el interruptor de modo a la posición deseada. Según los rumores que surgen de la operación, esto no siempre se hace. El llenado excesivo de los cilindros de freno en un vehículo vacío conlleva riesgos de derrape, reducción de la eficacia de frenado y daños en los juegos de ruedas. Para superar esta situación en los vagones de mercancías, se ha creado el llamado Modo automático (AR), que, al determinar mecánicamente la masa del vehículo, regula suavemente la presión máxima en el cilindro de freno. Si el automóvil está equipado con un modo automático, entonces el interruptor de modo del VR está en la posición "cargado".

El frenado suele realizarse por etapas. El nivel mínimo de descarga de la línea de freno para BP483 será de 0,06 a 0,08 MPa. En este caso se establece una presión de 0,1 MPa en los cilindros de freno. En este caso, el conductor coloca la válvula en la posición de superposición, en la que la presión establecida después del frenado se mantiene en la línea de freno. Si la eficiencia de frenado de una etapa es insuficiente, se realiza la siguiente etapa. En este caso, al distribuidor de aire no le importa a qué velocidad se produce la descarga: cuando la presión disminuye a cualquier velocidad, los cilindros de freno se llenan en proporción a la cantidad de presión que disminuye.

La liberación completa de los frenos (vaciado completo de los cilindros de freno de todo el tren) se realiza aumentando la presión en la línea de freno por encima de la presión de carga. Además, en los trenes de mercancías, la presión en el TM aumenta significativamente por encima de la que está en carga, de modo que la ola de aumento de presión llega a los últimos vagones. Soltar completamente los frenos de un tren de mercancías es un proceso largo y puede tardar hasta un minuto.

BP483 dispone de dos modalidades de vacaciones: llano y montaña. En el modo plano, cuando aumenta la presión en la línea de freno, se produce una liberación completa y continua. En el modo montaña, es posible soltar los frenos por etapas, lo que significa que los cilindros de freno no se vacían por completo. Este modo se utiliza cuando se conduce por un perfil complejo con grandes pendientes.

El distribuidor de aire 483 es ​​en general un dispositivo muy interesante. Un análisis detallado de su estructura y funcionamiento es el tema de un artículo extenso aparte. Aquí analizamos los principios generales de funcionamiento del freno de carga.

3. Frenos de aire tipo pasajero

Equipo de frenado de un turismo: 1 - manguera de conexión; 2 - válvula final; 3, 5 — cajas de conexión para la línea de freno electroneumático; 4 - válvula de cierre; 6 — tubo con cableado de freno electroneumático; 7 — suspensión aislada del manguito de conexión; 8 - colector de polvo; 9 — salida al distribuidor de aire; 10 - válvula de desconexión; 11 — cámara de trabajo del distribuidor de aire eléctrico; TM - línea de freno; VR - distribuidor de aire; EVR - distribuidor de aire eléctrico; TC - cilindro de freno; ZR - tanque de repuesto

Inmediatamente llama la atención una gran cantidad de equipos, empezando por el hecho de que ya hay tres válvulas de cierre (una en cada vestíbulo y otra en el compartimento del conductor), y terminando por el hecho de que los turismos nacionales están equipados con sistemas neumáticos y freno electroneumático (EPT).

Un lector atento notará inmediatamente el principal inconveniente del control neumático de los frenos: la velocidad final de propagación de la onda de frenado, limitada anteriormente por la velocidad del sonido. En la práctica, esta velocidad es inferior y asciende a 280 m/s durante la frenada de servicio y a 300 m/s durante la frenada de emergencia. Además, esta velocidad depende mucho de la temperatura del aire y en invierno, por ejemplo, es menor. Por tanto, el eterno compañero de los frenos neumáticos es la irregularidad de su funcionamiento en su composición.

El funcionamiento irregular provoca dos cosas: la aparición de importantes reacciones longitudinales en el tren y un aumento de la distancia de frenado. El primero no es tan típico de los trenes de pasajeros, aunque los recipientes con té y otras bebidas que rebotan sobre la mesa del compartimento no agradarán a nadie. Aumentar la distancia de frenado es un problema grave, especialmente en el tráfico de pasajeros.

Además, el distribuidor de aire doméstico para pasajeros es como el antiguo estándar. No. 292, y la nueva condición. No. 242 (de los cuales, por cierto, cada vez hay más en la flota de turismos), ambos dispositivos son descendientes directos de esa misma válvula triple Westinghouse y funcionan con la diferencia entre dos presiones. en la línea de freno y el depósito de reserva. Se distinguen de una válvula triple por la presencia de un modo de superposición, es decir, la posibilidad de frenado escalonado; la presencia de descarga adicional de la línea de freno durante el frenado; la presencia de un acelerador de frenado de emergencia en el diseño. Estos distribuidores de aire no proporcionan una liberación gradual; inmediatamente proporcionan una liberación completa tan pronto como la presión en la línea de freno excede la presión en el depósito de reserva establecido allí después del frenado. Y la liberación escalonada es muy útil al ajustar el frenado para una parada precisa en la plataforma de aterrizaje.

Ambos problemas (el funcionamiento desigual de los frenos y la falta de liberación del escalón en la vía de 1520 mm se solucionan instalando en los vagones un distribuidor de aire controlado eléctricamente). distribuidor de aire electrico (EVR), árbitro. N° 305.

EPT doméstico - freno electroneumático - de acción directa, no automático. En los trenes de pasajeros con tracción de locomotora, el EPT funciona en un circuito de dos hilos.

Diagrama de bloques de un EPT de dos hilos: 1 - controlador de control en la grúa del conductor; 2 - batería; 3 - convertidor de potencia estática; 4 — panel de lámparas de control; 5 — unidad de control; 6 — bloque de terminales; 7 — cabezales de conexión en los manguitos; 8 — suspensión aislada; 9 - válvula semiconductora; 10 - válvula electromagnética de liberación; 11 - electroválvula de freno.

Hay dos cables extendidos a lo largo de todo el tren: el No. 1 y el No. 2 en la figura. En el vagón de cola, estos cables están conectados eléctricamente entre sí y a través del bucle resultante se pasa una corriente alterna con una frecuencia de 625 Hz. Esto se hace para monitorear la integridad de la línea de control del EPT. Si se rompe el cable, se rompe el circuito de corriente alterna, el conductor recibe una señal en forma de luz de advertencia "O" (vacaciones) que se apaga en la cabina.

El control se realiza mediante corriente continua de diferente polaridad. En este caso, el cable con potencial cero son los rieles. Cuando se aplica un voltaje positivo (en relación con los rieles) al cable EPT, se activan ambas válvulas electromagnéticas instaladas en el distribuidor de aire eléctrico: la válvula de liberación (OV) y la válvula de freno (TV). El primero de ellos aísla de la atmósfera la cámara de trabajo (WC) del distribuidor de aire eléctrico, el segundo la llena desde un depósito de reserva. A continuación entra en juego el presostato instalado en el EVR, que actúa sobre la diferencia de presión en la cámara de trabajo y el cilindro de freno. Cuando la presión en el RC excede la presión en el TC, este último se llena con aire del tanque de reserva, hasta la presión que se acumuló en la cámara de trabajo.

Cuando se aplica un potencial negativo al cable, la válvula de freno se apaga, ya que el diodo corta la corriente. Sólo permanece activa la válvula de liberación, que mantiene la presión en la cámara de trabajo. Así se realiza la posición del techo.

Cuando se elimina el voltaje, la válvula de liberación pierde energía y abre la cámara de trabajo a la atmósfera. Cuando la presión en la cámara de trabajo disminuye, el interruptor de presión libera aire de los cilindros de freno. Si, después de unas breves vacaciones, la válvula del conductor se vuelve a colocar en la posición de cierre, la caída de presión en la cámara de trabajo se detendrá y también se detendrá la liberación de aire del cilindro de freno. De esta manera se consigue la posibilidad de soltar el freno de forma gradual.

¿Qué pasa si el cable se rompe? Así es, se lanzará EPT. Por tanto, este freno (en el material rodante nacional) no es automático. Si falla el EPT, el conductor tiene la oportunidad de cambiar al control de freno neumático.

EPT se caracteriza por el llenado simultáneo de los cilindros de freno y su vaciado en todo el tren. La velocidad de llenado y vaciado es bastante alta: 0,1 MPa por segundo. El EPT es un freno inagotable, ya que durante su funcionamiento el distribuidor de aire convencional está en modo de liberación y alimenta los depósitos de repuesto desde la línea de freno, que a su vez es alimentada por el toque que el conductor da a la locomotora desde los depósitos principales. Por lo tanto, el EPT se puede frenar con cualquier frecuencia necesaria para el control operativo de los frenos. La posibilidad de soltar el paso le permite controlar la velocidad del tren con mucha precisión y suavidad.

El control neumático de los frenos de un tren de pasajeros no se diferencia mucho del freno de mercancías. Hay una diferencia en los métodos de control, por ejemplo, el freno de aire se libera a la presión de carga, sin sobreestimarla. En general, la sobreestimación excesiva de la presión en la línea de freno de un tren de pasajeros está plagada de problemas, por lo que cuando el EPT se libera por completo, la presión en la línea de freno aumenta en un máximo de 0,02 MPa por encima del valor de carga establecido. presión.

La profundidad mínima de descarga de metales pesados ​​al frenar con el freno del pasajero es de 0,04 a 0,05 MPa, mientras que en los cilindros de freno se crea una presión de 0,1 a 0,15 MPa. La presión máxima en el cilindro de freno de un turismo está limitada por el volumen del depósito de reserva y normalmente no supera los 0,4 MPa.

Conclusión

Ahora me referiré a algunos comentaristas que están sorprendidos (y en mi opinión, incluso indignados, pero no puedo decirlo) por la complejidad del freno del tren. Los comentarios sugieren utilizar un circuito de automóvil con baterías de almacenamiento de energía. Por supuesto, desde un sofá o una silla de computadora en la oficina, a través de una ventana del navegador, muchos problemas son más visibles y sus soluciones más obvias, pero permítanme señalar que la mayoría de las decisiones técnicas tomadas en el mundo real tienen una justificación clara.

Como ya se mencionó, el principal problema del freno neumático en un tren es la velocidad final de la caída de presión a lo largo de un tubo largo (hasta 1,5 km en un tren de 100 vagones): la onda de freno. Para acelerar esta onda de frenado se necesita una descarga adicional por parte del distribuidor de aire. No habrá distribuidor de aire y no habrá descarga adicional. Es decir, los frenos de los acumuladores de energía obviamente serán notablemente peores en términos de uniformidad de funcionamiento, lo que nos retrotraerá a los tiempos de Westinghouse. Un tren de mercancías no es un camión; existen diferentes escalas y, por tanto, diferentes principios para controlar los frenos. Estoy seguro de que no es así, y no es casualidad que la dirección de la ciencia que frena el mundo haya seguido el camino que nos llevó a este tipo de construcción. Punto.

Este artículo es una especie de revisión de los sistemas de frenado existentes en el material rodante moderno. Además, en otros artículos de esta serie me detendré en cada uno de ellos con más detalle. Aprenderemos qué dispositivos se utilizan para controlar los frenos y cómo están diseñados los distribuidores de aire. Echemos un vistazo más de cerca a las cuestiones del frenado regenerativo y reostático. Y por supuesto, consideremos los frenos de los vehículos de alta velocidad. ¡Nos vemos de nuevo y gracias por su atención!

PD: Amigos! Me gustaría agradecer especialmente la gran cantidad de mensajes personales que indican errores y errores tipográficos en el artículo. Sí, soy un pecador que no es amigable con el idioma ruso y se confunde con las teclas. Intenté corregir tus comentarios.

Fuente: habr.com