Sapsani kineetiline energia maksimaalsel kiirusel ületab 1500 megajouli. Kogu see energia peab pidurisse minnes olema hajutatud, et täielikult peatuda.

See tõesti juhtus, paluti mul seda teemat põhjalikumalt avada just siin, Habras. Siin avaldatakse palju ülevaateartikleid raudteeteemadel, kuid see teema pole veel põhjalikult käsitletud. Arvan, et oleks üsna huvitav kirjutada selle kohta artikkel, võib-olla isegi mitu. Seetõttu palun sissejuhatust neile, keda huvitab, kuidas raudteetranspordi pidurisüsteemid töötavad ja miks need just niimoodi on üles ehitatud.

1. Pneumaatilise piduri ajaloost

Iga transpordi juhtimise ülesanne hõlmab kiirusereguleerimist. Raudteetransport ei ole erand, rohkemgi veel, selle konstruktsioonilised omadused toovad sellesse protsessi olulisi nüansse. Rongi koosneb suurest hulk ühendatud vagunitest, ja tekkiv süsteem on märkimisväärse pikkusega ning kaaluga küllaltki korraliku liigikiiruseni.

Määratlemise järgi, Pidurid on seadmete kompleks, mis on mõeldud tehislike, reguleeritavate vastupanu jõudude loomiseks, mida kasutatakse sõiduki kiirusetõusu kontrollimiseks.

Ilmselge ja silmanähtav viis pidurdusjõu loomiseks on hõõrdumise kasutamine. Alates esimestest päevadest kuni tänaseni on kasutusel klotsiduuri pidurid. Spetsiaalsed seadmed — pidurite klotsid, mis on valmistatud kõrge hõõrdeteguriga materjalist, surutakse mehhanismi abil ratta (või ratta telje külge paigaldatud spetsiaalsete ketaste) töötavasse pinnasesse. Klotside ja ratta vahele tekib hõõrdumisjõud, mis genereerib pidurdusmomendi.

Pidurdusjõu reguleerimine toimub klotside ratta külge surumise jõu muutmise teel — pidurite surumine. Küsimus on vaid selles, millist mehhanismi kasutatakse klotside surumiseks, ja pidurite ajalugu on osaliselt selle mehhanismi arengu ajalugu.

Esimese rongi pidurid olid mehhaanilised ja neid toimetati käsitsi, iga vaguni peal eraldi spetsiaalsete töötajate — pidurite või konduktorite — abil. Konduktorid viibisid nn pidurikohtadel, millega igat vagunit varustati, ning aktiveerisid pidurid lokomotiivi sõitja signaali alusel. Signaalide vahetus sõitja ja konduktorite vahel toimus erilise signaalnööri abil, mis oli venitatud kogu rongi ulatuses ja käivitas erilise vile.

Vana kahemõõtmelise koorem-vaguni pidurikoht. Näha on käsipiduri nupp.


Isegi mehhaanilise jõu pidur on madala võimsusega. Piduripealekandmine sõltus konduktori jõust ja osavusest. Lisaks sekkus sellise pidurisüsteemi tööle inimfaktor — konduktorid ei täitnud alati oma kohustusi õigesti. Selliste pidurite kõrge efektiivsusest ning ka rongide, mis olid neile varustatud, kiirusest ei saanud rääkida.

Edasiarengamine pidurite vallas nõudis esiteks pidurite vajaliku rõhu suurendamist ja teiseks — võimaluse tagamist nende kaugjuhtimiseks kõikides vagunites juhtimisruumist.

Hüdrauliline ajam, mida kasutatakse autotöötlustes, on laialdaselt levinud, kuna see tagab kõrge vajutamise kompaktses ehituses. Siiski, kui seda süsteemi rakendada rongis, ilmnevad selle peamised puudused: vajadus spetsiaalse töövedeliku — pidurivedeliku järele, mille leke on vastuvõetamatu. Rongide pika hüdrauliliste piduriliinide ulatus koos kõrgete tiheduse nõudmistega muudavad hüdraulilise raudtee piduri loomise võimatuks ja ebaefektiivseks.

Teise tüübi pneumaatiline ajam. Kõrgsurveõhu kasutamine võimaldab saavutada kõrgeid pidurisurveid kompaktses täiturite – pidurisilindrite – suuruses. Töökeha ei ole puudus – õhk ümbritseb meid ning isegi kui pidurisüsteemist tekib töökeha lekkimine (mis kindlasti juhtub), saab selle suhteliselt lihtsalt taastada.

Kõige lihtsam pidurisüsteem, mis kasutab kokkusurutud õhu energiat, on otse toimiv automaatne pidur

Otse toimiva automaatse piduri skeem: 1 – kompressor; 2 – peamine reservuaar; 3 – toitekaabel; 4 – masinisti veoava; 5 – pidurite kaabel; 6 – pidurisilm; 7 – vabastav vedru; 8, 9 – mehaaniline piduriülekanne; 10 – piduripadi.


Selle piduri tööks on vajalik kompressitud õhu varu, mis hoitakse lokomotiivi spetsiaalses reservuaaris, mida nimetatakse peamiseks reservuaariks (2). Õhu surumine põhivaru ja selle pideva rõhu hoidmine toimub kompressori abil (1) mida juhtib rongi energiajaam. Kompressitud õhu toimetamine pidurite juhtimisseadmetele toimub erilise torustiku kaudu, mida nimetatakse toitega (PM) või depressioonitoruks magistraaliks (3).

Vagunite pidurite juhtimine ja kompressitud õhu toimetamine neisse toimub pika torustiku kaudu, mis kulgeb läbi kogu rongi ja mida nimetatakse pidurimagistraaliks (TM) (5). Kompressitud õhu toimetamisel TM-sse täidab see pidurisilindrid (TC) (6), mis on otse TM-ga ühendatud. Kompressitud õhk surub kolbi, surudes piduripadjandeid 10 ratastele, nii rongis kui ka vagunites. Toimub pidurdus.

Pidurdamise lõpetamiseks, st pidurite vabastamiseks, on vajalik laske õhk pidurimagistraalist välja atmosfääri, mis viib pidurimehhanismide tagasitõmbumisse algsesse asendisse, kasutades vabastusvedrude jõudu, mis on paigaldatud TC-sse.

Pidurdamiseks on vajalik ühenduse loomine pidurimagistraali (TM) ja toitega (PM) vahel. Vabastamiseks - ühendada pidurimagistraal atmosfääriga. Need funktsioonid täidab eriline seade - rongijuhi kraan (4) — pidurdamisel ühendab see PM-i ja TM-i, vabastamisel — lahutab need torustikud, samal ajal lastes õhku TM-ist atmosfääri.

Sel juhul on olemas ka kolmas, vahepealne positsioon masinisti ventiilis — katkemine kui PM ja TM on lahutatud, kuid õhu väljalaskmine TM-ist atmosfääri ei toimu — masinisti ventiil isoleerib selle täielikult. TM-is ja TC-s kogutud rõhk säilib ning aja jooksul selle säilitamine soovitud tasemel sõltub õhu lekke suurusest erinevate lekete kaudu, samuti piduriklotside termilisest vastupidavusest, mis kuumenevad rataste velgedega hõõrdudes. Katkemine nii pidurdamisel kui vabastamisel võimaldab reguleerida pidurdusjõudu järk-järgult. Selline pidur tagab nii astmelise pidurdamise kui ka astmelise vabastamise.

Sellest lihtsusest hoolimata on selle süsteemi piduritel tõsine puudus — rongi lahtiühendamisel tekib piduriliini purunemine, õhk väljub sellest ja rong jääb piduriteta. Just seetõttu ei saa seda pidurit rakendada raudteetranspordis, sest selle rikke hind on liiga kõrge. Isegi ilma rongi purunemiseta, kui õhu suur leke esineb, piduri efektiivsus väheneb.

Eelnevast nähtust tuleneb nõue, et rongi pidurdamine tuleks algatada mitte surumise, vaid rõhu languse kaudu TM-s. Kuid kuidas siis täita piduritsilindreid? See toob kaasa teise nõude — iga rongi liikuvates seadmetes peab olema reserveeritud suruõhk, mida tuleb pärast igat pidurdamist kiiresti täiendada.

Samadele järeldustele jõudis 19. sajandi lõpu inseneriteadus, mida väljendas George Westinghouse'i loodud esimene automaatne raudtee pidur 1872. aastal.

Westinghouse'i pidurisüsteemi seadmed: 1 — kompressor; 2 — peareservuaar; 3 — toitekanal; 4 — juhitava rongi kraan; 5 — pidurisüsteem; 6 — Westinghouse'i süsteemi õhujagaja (kolmikventiil); 7 — piduritsüliinder; 8 — varureservuaar; 9 — stop-kraan.

Joonisel on kujutatud selle piduri seadet (joonis a — piduri töö vabastamise ajal; b — piduri töö pidurdamise ajal). Peamine element Westinghouse'i pidurisüsteemis on piduri õhujagaja või, nagu seda mõnikord nimetatakse, kolmikventiil. See õhujagaja (6) sisaldab tundlikku elementi — kolbi, mis töötab kahe rõhu erinevusel — pidurisüsteemis (PS) ja varureservuaaris (VR). Kui rõhk PS-is on madalam kui VR-is, nihkub kolb vasakule, avades tee õhule VR-ist TC-sse. Kui rõhk PS-is on kõrgem kui rõhk VR-is, nihkub kolb paremale, luues ühenduse TC ja atmosfääri vahel ning samal ajal ühendades PS-i ja VR-i, tagades viimase täitmise suruõhuga PS-ist.

Seega, kui TM-i rõhk mingil põhjusel langeb — olgu selleks siis masinisti tegevus, liiga suur õhuleke TM-ist või rongi purunemine — pidurid aktiveeruvad. Teisisõnu, sellised pidurid omavad automaatset tegevust. See piduri omadus on võimaldanud lisada veel ühe juhitavuse võimaluse rongipiduritele, mida kasutatakse reisirongides tänaseni — reisija hädaolukorra peatamine, andes piduritrassile õhku läbi spetsiaalse ventiili — peatamisventiil (9).

Neile, kes on tuttavad selle rongi pidurisüsteemi omadustega, on naljakas vaadata filme, kus röövellikud kauboiparved uhkelt rongilt kinni võtavad kuldveoki. Sellise asja teostamiseks peaksid kauboid enne, kui nad kauba katkestavad, sulgema lõpukraanid piduritrassil, mis eraldab piduritrassi ühendusvoolikutest vagunite vahel. Kuid nad ei tee seda kunagi. Teiselt poolt on suletud lõpukraanid mitmel korral põhjustanud kohutavaid katastroofe, mis on seotud piduri rikete tõttu, nii meil (Kamenkis 1987. aastal, Jeral-Simskis 2011. aastal) kui ka välismaal.

Kuna pidurisilindrite täitmine toimub teiselt kokkusurutud õhu allikalt (varureservuaar), ilma pideva täiendamise võimaluseta, nimetatakse sellist pidurit mitteotseseks. Laadimine ZR kokkusurutud õhuga toimub ainult piduri vabastamisel, mis tähendab, et sagedaste pidurdamiste ja seejärel vabastamise puhul ei pruugi ZR piisava aja möödumisel enne vabastamist jõuda vajalikule rõhule. See võib viia piduri täieliku tühjenemiseni ja rongi pidurite juhtimise kaotamiseni.

Pneumaatiline pidur omab veel ühte puudust, mis on seotud sellega, et rõhu langemine pidurisüsteemis, nagu iga ärritus, levib õhkes suure, kuid siiski lõpliku kiiruseni — mitte rohkem kui 340 m/s. Miks mitte rohkem? Sest helikiirus on ideaalne variant. Kuid rongi õhkusüsteemis on mitmeid takistusi, mis vähendavad rõhulanguse impulsi levimise kiirus, mis on seotud õhu voolu takistusega. Seetõttu, kui ei võeta erilisi meetmeid, on rõhu langemise kiirus TM-s seda madalam, mida kaugemal lokomotiivist on vagun. Vestingaussi piduri puhul ei ületa nii nimetatud pidurilaine 180–200 m/s.

Siiski, pneumaatilise piduri tulek tõi kaasa nii pidurite võimsuse kui ka nende kiire juhtimise võimalused otse masinisti töökohtadelt. See andis tugeva tõuke raudteetranspordi arengule, tõstes reiside kiirus ja kaalu, mis omakorda viis raudtee kaupade käibe tohutu suurenemiseni ja raudteeliinide pikkuse kasvu üle kogu maailma.

George Westinghouse oli mitte ainult leiutaja, vaid ka nutikas ettevõtja. Ta patenteeris oma leiutise juba 1869. aastal, mis võimaldas tal alustada pidurite seadmete masstootmist. Varsti sai Westinghouse'i pidur laialdast kasutust nii Ameerika Ühendriikides, Lääne-Euroopas kui ka Vene Impeeris.

Venemaal valitses Westinghouse'i pidur enne Oktoobrirevolutsiooni ja veel kaua pärast seda. Firma „Westinghouse“ ehitas Peterburi oma piduritehase ning suutis osavalt tõrjuda konkurente Venemaa turult. Siiski, Westinghouse'i piduril olid mitmed põhimõttelised puudused.

Esiteks, see pidur pakkus ainult kahte töörežiimi: pidurdamine kuni piduritsilindrite täieliku täitumiseni ja vabastamine — piduritsilindrite tühjendamine. Vahepealse pidurivajutuse suuruse loomine ja selle pikaajaline hoidmine oli võimatu, see tähendab, et Westinghouse'i pidurist puudus ülekate. See ei võimaldanud saavutada täpset rongi kiiruskontrolli.

Teiseks, Westinghouse'i pidur töötas pikades rongides halvasti, ja kui reisirongide liikluses sai sellega kuidagi leppida, siis kaubaveos tekkisid probleemid. Kas mäletate pidurilaine? Noh, Westinghouse'i piduril puudusid vahendid selle kiirusel suurendamiseks, ja pikamas rongis võis õhurõhu langus viimases vagunis alata liiga hilja ning kiirus oli oluliselt madalam kui rongi eesotsas, mis tekitas pöörase ebaühtluse pidurelementide töö korral.

Tuleb märkima, et firma „Westinghouse“ tegevus, nii Venemaal sel ajal kui ka kogu maailmas, on läbi imbunud kapitalistlikest patendi sõdadest ja ebaausast konkurentsist. Just see tagas nii ebakindla süsteemi pika kestvuse, vähemalt sel ajal.

Sellegipoolest tuleb tunnustada — Westinghouse'i pidur pani aluse pidurite teadusele ja selle toimimise põhimõte on jäänud muutumatuks tänapäeva sõidukite pidurites.

2. Westinghouse'i pidurist Matrosovi pidurini — kodumaiste pidurite teaduse kujunemine.

Peaaegu kohe pärast Westinghouse'i piduri ilmumist ja selle puuduste teadvustamist hakati seda süsteemi täiustama või loodi täiesti uus. Meie riik ei olnud erand. 20. sajandi alguseks oli Venemaal välja arendatud ulatuslik raudteede võrk, mis mängis olulist rolli riigi majandusliku arengu ja kaitsevõime tagamisel. Transpordi efektiivsuse tõstmisega seondus kiirus ning samal ajal transporditava kauba mass, mistõttu kerkisid teravalt esile küsimused pidurisüsteemide täiustamisest.

Oluline tõuge piduriteaduse arengule RSFSR-is ja hiljem Nõukogude Liidus oli suurte lääne kapitalide, sealhulgas Westinghouse'i firma mõju vähenemine kodumaise raudteetööstuse arengule pärast oktoobri 1917. aasta revolutsiooni.

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


Esimene märkimisväärne saavutus noores kodumaises piduriteaduses olid insener Florenti Pimenovitš Kazantsevi arendused. 1921. aastal pakkus Kazantsev välja süsteemi otseisvusega automaatpidur. Allolev skeem kirjeldab kõiki peamisi ideid, mida on lisatud mitte ainult Kazantsevi poolt, ja selle ülesanne on selgitada täiustatud automaatpiduri põhialuseid.

Otse toimiv automaatpidur: 1 — kompressor; 2 — peamine reservuaar; 3 — toitekanal; 4 — rongi kraan masinajuhile; 5 — pidurikanali lekke toite seade; 6 — pidurikanal; 7 — ühendavad pidurivoolikud; 8 — lõppkraan; 9 — peatamiskraan; 10 — tagasiventiil; 11 — varureservuaar; 12 — õhujagaja; 13 — pidurikylinder; 14 — pidurivarre ülekandemehanism.


Nii et esimene peamine idee on see, et TM-s toimuva rõhu juhtimine toimub kaudselt — läbi rõhu vähendamise või suurendamise spetsiaalses reservuaaris, mida nimetatakse tasakaalu reservuaariks (UR). See the image to the right of the driver's valve (4) and above the leak detection device from TM (5). It is technically much easier to ensure the density of this tank compared to the density of the braking pipeline — pipes reaching the order of kilometers and running through the entire train. The relative stability of the pressure in UR allows for maintaining the pressure in TM, using the pressure in UR as a reference. Indeed, the piston in device (5) descends when the pressure in TM drops, opening the valve that fills TM from the supply pipeline, thereby maintaining the pressure in TM equal to the pressure in UR. This concept had a long way to develop, but now the pressure in TM no longer depended on the presence of external leaks (up to known limits). Device 5 transitioned to the driver's valve and remains in it, in a modified form, to this day.

Teise olulise idee, mis on seotud sellise pidurisüsteemi konstruktsiooniga, on ZR toide TM-i kaudu tagasivooluventiili 10. Kui TM-i rõhk ületab ZR-i rõhku, avatakse see ventiil, täites ZR-i TM-ist. Nii toimub pidev täiendamine reservuaarist lähtuvatest lekkest ja tagatakse piduri mitteväsimus.

Kolmas oluline mõte, mille Kazantsev esitas, on õhujagaja konstruktsioon, mis töötab kolme rõhu, mitte kahe rõhu erinevuse põhjal — pidurivooliku rõhk, pidurkambri rõhk ja spetsiaalse töökambriga (RK) rõhk, mis vabastamisel saab toidu pidurivoolikust koos varureservuaariga. Pidurisüsteemi režiimis eraldatakse RK varureservuaarist ja pidurivoolikust, säilitades algse laadimisrõhu. Seda omadust kasutatakse laialdaselt rongide pidurites, et tagada astmeline vabastamine ja hallata tsükliliselt täidetud TЦ-d kogu rongis, kuna töökamber teenib algse laadimisrõhu mõõtmiseks.Mis puudutab selle suurust, saab tagada nii astmelise vabastamise kui ka varasema täitmise TЦ-s tagumistes vagunites. Üksikasjaliku kirjelduse jätan teistele artiklitele sellel teemal, aga ütleks vaid, et Kazantsevi töö oli stiimuliks teadusliku koolkonna arenguks meie riigis, mis viis unikaalsete rongide pidurisüsteemide väljatöötamiseni.

Teine Nõukogude leiutaja, kes mõjutas oluliselt kodumaiseid rongide pidurisüsteeme, oli Ivan Konstantinovitš Matrosov. Tema ideed ei erinenud põhimõtteliselt Kazantsevi omadest, kuid hilisemad katsetused Kazantsevi ja Matrosovi pidurisüsteemide (koos teiste pidurisüsteemidega) näitasid tõhusama teise süsteemi eeliseid, eriti kaubarongide kasutamise osas. Nii sai Matrosovi pidur koos õhujagajaga, millel on nr 320, aluseks edasisele arengule ja projekteerimisele 1520 mm raudteede pidurisüsteemide osas. Kaasaegne automaatne pidur, mida kasutatakse Venemaal ja SRÜ riikides, võib õigustatult kanda Matrosovi piduri nime, kuna see imetles oma arengu alguses Ivan Konstantinovitši ideid ja disainilahendusi.

Kokkuvõtte asemel

Aga milline on järeldus? Selle artikkeliga töötamine veenis mind, et teema väärib artiklite tsüklit. Selles pilotartiklis käsitleme liikuvate sisu pidurite arengu ajalugu. Järgmistes artiklites süveneme maitsete detailidesse, käsitledes mitte ainult kodumaiseid pidureid, vaid ka meie lääne-euroopa kolleegide arengut, käsitledes erinevate tüüpi ja teenistuse pidurite seadmeid. Loodan, et teema on huvitav ja kohtume kahe jooksu ajal Haberes!

Aitäh teie tähelepanu eest!

Allikas: habr.com