Sapsani kineetiline energia maksimaalsel kiirusel on üle 1500 мегаджоулей. Kõik see peab olema pidurdusseadmetes hajutatud täieliku peatumise jaoks.

See juhtus, palusid mul seda teemat lähemalt avada just siin, Habras. Siin avaldatakse üsna palju ülevaateartikleid raudteeteemadel, kuid see teema pole veel põhjalikult käsitlenud. Arvan, et oleks üsna huvitav kirjutada sellest artikkel, võib-olla isegi mitu. Seetõttu palun kõiki, keda huvitab, kuidas raudteetranspordi pidurdussüsteemid on korraldatud ja miks need on just nii üles ehitatud, lugeda edasi.

1. Pneumaatilise piduri ajaloost

Iga transpordi haldamise ülesanne hõlmab liikumiskiirusel reguleerimist. Raudteetransport ei ole erand, lisaks toovad selle konstruktiivsed omadused sellesse protsessi olulisi nüansse. Rong koosneb suurest hulgast omavahel seotud vagunitest ning saadud süsteem on märkimisväärse pikkuse ja massiga, kuid üsna suure liikumiskiirusaga.

Määra, pidurid on seadmete kogum, mis on mõeldud kunstlike, reguleeritavate vastupanujõudude loomiseks, mida kasutatakse transpordivahendi liikumiskiiruset kontrollimiseks.

Kõige ilmsem ja pinnapealne viis pidurdusjõu loomisel on hõõrdejõu kasutamine. Esialgsest ajast kuni tänapäevani on kasutusel klotside hõõrdpidurid. Spetsiaalsed seadmed - piduriklotsid, mis on valmistatud kõrge hõõrdumisteguri omavast materjalist, surutakse mehaaniliselt rataste pinnale (või spetsiaalsetele ketastele, mis on paigaldatud ratta teljele). Klotside ja ratta vahel tekib hõõrdejõud, mis genereerib pidurdusmoment.

Pidurdusjõu reguleerimine toimub klotside ratastele surumise jõu muutmise kaudu - pidurdusvõime. Küsimus on ainult selles, millist käsku kasutatakse klotside surumiseks, ja pidurite ajalugu on osaliselt selle käsku arengu ajalugu.

Esimese raudtee pidurid olid mehaanilised ja neid hakatakse käsitsi aktiveerima, eraldi igas vagunis spetsiaalsete inimeste — pidurite või konduktori poolt. Konduktorid asusid nn pidurite platvormidel, millega oli varustatud iga vagun, ja aktiviseerisid pidurid lokomotiivi juhtija signaali põhjal. Signaalide vahetamine juhtija ja konduktorite vahel toimus spetsiaalse signaalivööga, mis oli pingutatud kogu rongi ulatuses ja aktiveeris spetsiaalse vile.

Vana kaks teljelise kaubarongiga vagun koos piduriplatvormiga. Näha on käsipiduri hoob.


Mehaanilise käiguga piduri enda jõud on väike. Pidurite rõhu suurus sõltus konduktori jõust ja osavusest. Lisaks sekkusid sellise pidurisüsteemi töösse inimmõjud — konduktorid ei täitnud alati oma kohustusi korrektsete. Selliste pidurite tõhususest ja rongide liikumise kiirusest, mis olid nende abil varustatud, ei saanud rääkida.

Pidurite edasine areng nõudis, kõigepealt, pidurite rõhu suurendamist ja teiseks — kaugjuhtimise võimaluse tagamist igas vagunis juhtija töötamispaigast.

Hüdrauliline käigustus, mida kasutatakse auto pidurites, on laialdaselt levinud, kuna see tagab kõrge rõhu kompaktses seadme jõudluses. Siiski, kui sellist süsteemi rakendada rongis, ilmneb selle peamine puudus: vajadus spetsiaalse töökeha — pidurivedeliku järele, mille lekkimine on vastuvõetav. Pidurite hüdrauliliste liinide suurulatus rongis, koos nende hermeetilisuse kõrgete nõuetega, muudab hüdraulilise raudtee piduri loomise võimatuks ja ebasoodsaks.

Teine asi on pneumaatiline käigustus. Kõrge rõhu õhu kasutamine võimaldab saavutada kõrgeid pidurite rõhu määrasid vastuvõetavate seadme mõõtmete juures — piduritsüklites. Meil ei ole töökeha puudust — õhk on meie ümber, ja isegi kui töökeha lekib pidurisüsteemist (mis kindlasti juhtub), on seda suhteliselt lihtne täiendada.

Lihtsaim pidurisüsteem, mis kasutab kokku pressitud õhu energiat, on otsene mitteautomaatne pidur

Otsese mitteautomaatse piduri skeem: 1 — kompressor; 2 — peamine reservuaar; 3 — toitejõh; 4 — masinisti piduripump; 5 — pidurijõh; 6 — piduritsükkel; 7 — vabastusvedru; 8, 9 — mehaaniline pidurisüsteem; 10 — piduriklots.


Selle piduri tööks on vajalik kokku pressitud õhu reserv, mis hoitakse lokomotiivil spetsiaalses reservuaaris, mida nimetatakse peamiseks reservuaariks (2). Õhu surumine peamisse reservuaari ja rõhu pidev hoidmine selles toimub kompressori (1) abil, mida käitab lokomotiivi energiaplokk. Kaupapidura juhtimise seadmeteni surutud õhu edastamine toimub spetsiaalse torustiku kaudu, mida nimetatakse toitmisjõhuks (PМ) või survetorustikuks (3).

Vaguni pidurite juhtimine ja suruõhu edastamine neisse toimub pikas torustikus, mis kulgeb terve rongi ulatuses ja mida nimetatakse pidurijõhuks (ТМ) (5). Kui suruõhk voolab PМ, täidab see piduritsüklit (ТЦ) (6), mis on otse ühendatud PМ-ga. Suruõhk surub pistonile, surudes piduriklotsid 10 ratastele, nii lokomotiivil kui ka vagunites. Toimub pidurdamine.

Pidurdamise lõpetamiseks, st vabastamiseks piduritest on vajalik õhu eraldamine pidurijõhust õhku, mis viib pidurisüsteemide naasmiseni algsesse asendisse vabastamise vedrude jõul, mis on paigaldatud TЦ-sse.

Pidurdamiseks on vajalik ühendada pidurijõh (ТМ) toitmisjõhuga (ПМ). Vabastamiseks — ühendada pidurijõh atmosfääriga. Need funktsioonid täidab spetsiaalne seade — masinisti piduripump (4) — pidurdamisel ühendab ta PМ ja TМ, vabastamisel — lahutab need torud, vabastades samal ajal õhu TМ-st atmosfääri.

Sellises süsteemis on ka kolmas, vahepealne asend masinisti kraanil — katkestus Kui PM ja TM on eraldi, kuid õhk TM-st atmosfääri ei voola — masinisti kraan isoleerib seda täielikult. TM-s ja TC-s kogunenud rõhk püsib ning selle taseme säilitamise aeg sõltub õhu leketest erinevate mittetihenduste kaudu ning ka piduriklotside termilisest vastupidavusest, mis kuumenevad rataste rehvide hõõrdes. Rikka kujundamine nii pidurdamisel kui ka vabastamisel võimaldab reguleerida pidurijõudu astmeliselt. Selline pidur tagab nii astmelise pidurdamise kui ka astmelise vabastamise.

Sellise pidurisüsteemi ulatusest hoolimata on sellel fataalne puudus — rongi lahkuveresolekul puruneb pidurikardina, õhk väljub sellest ning rong jääb piduriteta. Täpselt sellepärast ei saa sellist pidurit rakendada raudteetranspordis, selle rike on liiga kallis. Isegi ilma purunemata, kui on suured õhu lekked, väheneb piduri efektiivsus.

Joonistatud mõtetest tekib nõue, et rongi pidurdamine ei peaks toimuma rõhu tõusmise, vaid langemisega TM-s. Kuid kuidas siis täita piduriküsimused? See toob kaasa teise nõude — igas rongi liikuvas üksuses peab olema kokku surutud õhu varu, mida tuleb pärast igat pidurdamist kiiresti täiendada.

Sarnastele järeldustele jõudis 19. sajandi lõpu insenerimõistus, mis avaldus George Westinghouse'i poolt 1872. aastal loodud esimese automaatse raudteepiduriga.

Westinghouse'i piduri seade: 1 — kompressor; 2 — peapaak; 3 — toite suund; 4 — rongi masinisti kraan; 5 — pidurisüsteem; 6 — õhujaotur (kolmveeruline ventiil) Westinghouse'i süsteemis; 7 — piduriküsimus; 8 — varupaak; 9 — stopp-kraan.

Kujutisel on näidatud selle piduri seade (joonis a — piduri töö vabastamisel; b — piduri töö pidurdamisel). Westinghouse'i piduri põhielemendiks on pidurite õhujaotur või, nagu seda mõnikord nimetatakse, kolmveeruline ventiilSee this airflow distributor (6) has a sensitive element — a piston working on the difference between two pressures — in the brake pipeline (TM) and the emergency reservoir (ZR). If the pressure in TM becomes less than in ZR, the piston shifts to the left, opening the path for air from ZR to the TC. If the pressure in TM exceeds the pressure in ZR, the piston shifts to the right, connecting TC to the atmosphere and simultaneously connecting TM and ZR, allowing the latter to be filled with compressed air from TM.

Thus, when the pressure in TM decreases for any reason, whether due to the actions of the operator, excessive air leakage from TM, or a train break — the brakes will engage. This means such brakes have automatic action. This property of the brake has allowed the addition of another capability for controlling the train's brakes, still used in passenger trains today — an emergency stop initiated by a passenger, by connecting the brake pipeline to the atmosphere via a special valve — the emergency brake (9).

. For those familiar with this feature of the train's braking system, it's amusing to watch movies where cowboy thieves deftly detach a carriage full of gold from a train. For such an action to be possible, cowboys must first shut off the end valves on the brake pipeline that isolate the brake pipeline from the connecting hoses between the carriages. But they never do this. On the other hand, shut-off end valves have often been the cause of horrific accidents related to brake failure, both domestically (Kamenks in 1987, Yeral-Simskaya in 2011) and abroad.

Because the filling of the brake cylinders occurs from a secondary source of compressed air (the emergency reservoir), without the possibility of its constant replenishment, such a brake is called non-direct acting. The charging of ZR with compressed air occurs only when the brake is released, which leads to the situation that with frequent brake applications followed by releases, and insufficient time allowed after release, ZR may not charge to the required pressure. This can lead to complete brake exhaustion and loss of train brake control.

Pneumaatiline pidur omab ka teist puudust, mis on seotud sellega, et rõhu langus pidurisüsteemis, nagu iga häiring, levib õhkkonnas suure, kuid siiski piiratud kiirusel — mitte rohkem kui 340 m/s. Miks mitte rohkem? Sest helikiirus on ideaalne variant. Kuid rongi pneumaatilises süsteemis on mitmeid takistusi, mis vähendavad rõhu languse levimise kiirus, mis on seotud õhu voolu takistustega. Seetõttu, kui spetsiaalseid meetmeid ei võeta, on rõhu languse kiirus TM-s seda madalam, mida kaugemale lokomotiivist on vagun. Vestinghausi piduri puhul ei ületa nii nimetatud pidurilaine 180–200 m/s.

Sellegipoolest võimaldas pneumaatilise piduri kasutuselevõtt suurendada nii pidurite võimsust kui ka nende juhtimise kiirus Eesti raudteetöötaja töötamise kohalt. See andis tugeva tõuke raudteetranspordi arengule, liikluskiirusel ja rongide kaalu tõusule, ning sellest tulenevalt kaubavedude hiiglaslikule suurenemisele raudteedel ning raudteeliinide pikkuse kasvule üle kogu maailma.

George Westinghouse ei ollut vaid leiutaja, vaid ka ettevõtlik ärimees. Oma leiutise patendis registreeris ta juba 1869. aastal, mis võimaldas tal alustada pidurisüsteemide masstootmist. Suhteliselt kiiresti levis Westinghouse'i pidur laialdaselt Ameerikas, Lääne-Euroopas ja Venemaa Impeeriumis.

Venemaal valitses Westinghouse'i pidur enne Oktoobrirevolutsiooni ning üsna pikka aega pärast seda. Westinghouse'i firma ehitas Peterburis oma piduritehase ning suutis oskuslikult tõrjuda konkurente Venemaa turult. Siiski omas Westinghouse'i pidur mitmeid põhimõttelisi puudusi.

Esiteks, see pidur pakkus vaid kahte töörežiimi: pidurdus kuni piduritsüklite täieliku täitmiseni, ja vabastus — piduritsüklite tühjendamine. Vahepealse piduritusjõu loomine ja selle pikemaajaline hoidmine oli võimatu, s.t. Westinghouse'i piduris puudus režiim katkestused. See ei võimaldanud rongi kiirusest täpset juhtimist.

Teiseks, Westinghouse'i pidur töötas pikades rongides halvasti, ja kui reisijateveos oli sellega mingil määral võimalik leppida, siis kaubaveos tekkisid probleemid. Kas mäletate pidurilaineid? westinghouse'i pidur ei suutnud suurendada nende kiirus, ja pikaks rongiks võis rõhu langus TM viimasel vagunil alata liiga hilja ning tempo oli märgatavalt madalam, kui rongi esimeses vagunis, mis tekitas metsiku ebaühtluse piduriseadmete töödes kogu koosseisus.

Peab ütlema, et firma «Westinghouse» tegevus, nii Venemaal sel ajal kui ka kogu maailmas, oli läbi imbunud kapitaalsete patenteerimisvõitude ja ebaausast konkurentsist. See tagas selle üsna defektsiooni süsteemi pika elu vähemalt sellel ajaloolisel perioodil.

Kuid siiski tuleb tunnistada, et Westinghouse'i pidur lõi aluse piduriteadusele ja selle tööpõhimõte on püsinud muutumatuna tänapäeva veovahendite pidurites.

2. Westinghouse'i pidurist Matrosovi pidurini — kodumaise piduriteaduse kujunemine.

Praktikas tekkis kohe pärast Westinghouse'i piduri sissetoomist ja selle puuduste mõistmist katsed selle süsteemi täiustamiseks või täiesti uue loomisega. Meie riik ei olnud erand. XX sajandi alguseks omas Venemaa välja arenenud raudteede võrgustikku, mis mängis olulist rolli riigi majandusarengu ja kaitsevõime tagamisel. Transpordi tõhustamine on seotud liikluskiirus suurenemise ja samal ajal veetavate kaubamahtude lisandumisega, seega kerkivad ägedalt küsimused pidurisüsteemide täiustamise kohta.

Raske Venemaa pidevaks arenguks pärast 1917. aasta oktoobrit andis märkimisväärse tõuke piduriteaduse arengule RSFSR-is ja hiljem Nõukogude Liidus, vähendades suurte lääne kapitali, eriti firma «Westinghouse», mõju kodumaise raudteetööstuse arengule.

F.P. Kazantsev (vasakul) ja I.K. Matrosov (paremal) — kodumaise raudteepiduri loojad.


Esimene märk, esimene tõsine saavutus noore kodumaa piduriteaduse valdkonnas, olid insener Florentius Pimenovitš Kazantsevi arendused. 1921. aastal pakkus Kazantsev välja süsteemi. otsesuunline automaatne pidur. Allolev skeem kirjeldab kõiki peamisi ideid, mille tõi sisse mitte ainult Kazantsev, ning selle eesmärk on selgitada täiustatud automaatse piduri töö põhiprintsiipe.

Otsesuunline automaatne pidur: 1 — kompressor; 2 — peareservuaar; 3 — toitepeamine toru; 4 — masinisti pidurikran; 5 — pidurisüsteemi lekke toiteseade; 6 — pidurisüsteem; 7 — ühendavad piduriventilaatorid; 8 — lõpukraan; 9 — peatamiskraan; 10 — tagasiventiil; 11 — varureservuaar; 12 — õhujaotur; 13 — piduritsüliinder; 14 — piduritõstemehanism.


Seega on esimene peamine idee, et TMs teostatakse rõhu juhtimist kaudselt — vähendades/ suurendades rõhku spetsiaalses reservuaaris, mida nimetatakse tasakaalur reservuaariks (TR). See on esitatud joonisel paremal masinisti kraani (4) juures ja ülal lekkevoolu seadme (5) kohal. Selle reservuaari tihedus on tehniliselt palju kergem tagada kui pidurisüsteemi tihedus — torud, mille pikkus ulatub kilomeetrites ja mis kulgevad kogu rongi ulatuses. TR suhteline rõhu stabiilsus võimaldab säilitada TM-s rõhku, kasutades TR-s olevat rõhku määrajana. Tõepoolest, seadmest (5) laskub püstol TM rõhu langemise korral alla, avades klapi, mis täidab TM toitepeamisest torust, seega säilitades TM-s rõhu, mis on võrdne TR-s oleva rõhuga. Sellel ideel oli veel pikk arengutee ees, kuid nüüd ei sõltunud TM rõhk välistest lekkidest (kuni tuntud piirideni). Seade 5 kolis masinisti kraani ja jääb sinna muudetud kujul ka tänapäeval.

Teine oluline idee, mis on selle tüüpi piduri ehituses aluseks, on ZR toide TM-st tagasiventiili (10) kaudu. Kui TM rõhk ületab ZR rõhku, avaneb see klapp, täites ZR TM-st. Nii toimub pidev varureservuaari lekete täiendamine ja piduri kahanematus tagatakse.

Kolmas oluline idee, mille pakkus välja Kazantsev, on õhujaoturi konstruktsioon, mis töötab kolme rõhu - piduritrassi, piduri silindri ja spetsiaalse tööruumi (РК) rõhu - erinevuse alusel. Tööruum saab vabastamise ajal rõhu piduritrassist koos varureservuaari rõhuga. Piduripressimise režiimis on РК lahutatud varureservuaarist ja piduritrassist, säilitades algse laadimisrõhu suuruse. Seda omadust kasutatakse laialdaselt rongide pidurites, et tagada astmelise vabastamise korralduse ja juhtida pidurisilindrite ühtlast täitmist rongi vältel, sest tööruum toimib algse laadimisrõhu referendina. Selle suuruse põhjal saab tagada nii astmelise vabastamise kui ka korraldada eelnevat pidurisilindrite täitmist rongi tagumistes vagunites. Üksikasjalik kirjeldus neist asjadest jääb teistele artiklitele, kuid ütlen vaid, et Kazantsevi tööde mõju on olnud stiimuliks teadusliku kooli arenguks meie riigis, mis viis originaalsete pidurisüsteemide väljatöötamiseni.

Teine Nõukogude leiutaja, kes mõjutas kardinaalselt kodumaiseid pidureid, oli Ivan Konstantinovitš Matrosov. Tema ideed ei erinenud põhimõtteliselt Kazantsevi omadest, kuid hilisemad käitustestid Kazantsevi ja Matrosovi pidurisüsteemide (koos teiste pidurisüsteemidega) näitasid teise süsteemi olulist ülekaalu kasutusomadustes, peamiselt kaubarongide puhul. Nii sai Matrosovi pidur õhujaoturiga, nr 320, aluseks edasisele arendusele ja raudtee piduriseadmete projekteerimisele 1520 mm raudtee jaoks. Kaasaegne automaatne pidur, mida kasutatakse Venemaa ja SRÜ riikides, võib õigustatult kanda Matrosovi piduri nime, kuna see imendas oma arengu alguses Ivan Konstantinovitši ideed ja konstruktsioonilahendused.

Lõpetuseks

Ja milline on kokkuvõte? See artikkel veenis mind, et teema väärib artiklite seeriat. Selles pilootartiklis puudutasime liikurite pidurisüsteemide arengulugu. Järgnevates artiklites süveneme huvitavatesse detailidesse, käsitledes mitte ainult kodumaiseid pidureid, vaid ka meie kolleegide arengut Lääne-Euroopas, valgustades erinevate liikurite pidurisüsteemide ehitust ja tüüpe. Loodan, et teema huvitab ning kohtume taas habres!

Täname teie tähelepanu eest!

Allikas: habr.com