Sapsani kineetiline energia maksimumkiirusel on üle 1500 megadžauli. Täielikuks peatumiseks peavad kõik selle piduriseadmed hajutama.
Seal oli asi siinsamas Habrel. Siin avaldatakse raudteeteemalisi ülevaateartikleid päris palju, kuid seda teemat pole veel täpsemalt käsitletud. Ma arvan, et oleks päris huvitav kirjutada selle kohta artikkel ja võib-olla rohkem kui üks. Seetõttu palun nende kassile, kes tunnevad huvi, kuidas raudteetranspordi pidurisüsteemid on projekteeritud ja mis põhjustel need nii on kujundatud.
1. Õhkpiduri ajalugu
Iga sõiduki juhtimise ülesanne hõlmab ka selle kiiruse reguleerimist. Raudteetransport pole erand, pealegi toovad selle disainifunktsioonid sellesse protsessi olulisi nüansse. Rong koosneb suurest hulgast omavahel ühendatud vagunitest ning saadud süsteemil on väga korralikul kiirusel märkimisväärne pikkus ja kaal.
A-priory, pidurid on seadmete komplekt, mis on loodud kunstlike reguleeritavate takistusjõudude tekitamiseks, mida kasutatakse sõiduki kiiruse kontrollitavaks vähendamiseks.
Peamiselt on kõige ilmsem viis pidurdusjõu tekitamiseks kasutada hõõrdumist. Algusest peale kuni tänapäevani on kasutatud tossu hõõrdpidureid. Spetsiaalsed seadmed - suure hõõrdeteguriga materjalist valmistatud piduriklotsid surutakse mehaaniliselt vastu ratta veerepinda (või rattapaari teljele paigaldatud spetsiaalseid ketasid). Klotside ja ratta vahele tekib hõõrdejõud, mis tekitab pidurdusmomendi.
Pidurdusjõudu reguleeritakse, muutes klotside ratta vastu surumise jõudu - pidurirõhk. Küsimus on ainult selles, millist ajamit kasutatakse klotside vajutamiseks ja osaliselt on pidurite ajalugu selle ajami arengu ajalugu.
Esimesed raudteepidurid olid mehaanilised ja neid kasutasid käsitsi, igal vagunil eraldi spetsiaalsed inimesed – pidurdajad või konduktorid. Konduktorid asusid nn piduriplatvormidel, millega iga vagun oli varustatud, ja tõmbasid vedurijuhi märguandel pidureid. Signaalide vahetamine juhi ja konduktorite vahel toimus spetsiaalse, kogu rongi ulatuses venitatud signaalitrossi abil, mis aktiveeris spetsiaalse vile.
Vanaaegne kaheteljeline piduriklotsiga kaubavagun. Nähtav käsipiduri nupp
Mehaanilisel piduril endal on vähe jõudu. Pidurirõhu suurus sõltus juhi tugevusest ja osavusest. Lisaks segas sellise pidurisüsteemi tööd inimfaktor – juhid ei täitnud alati oma ülesandeid korrektselt. Selliste pidurite suurest efektiivsusest, samuti nendega varustatud rongide kiiruse kasvust polnud vaja rääkida.
Pidurite edasiarendamine nõudis esiteks pidurirõhu suurendamist ja teiseks kõigi autode kaugjuhtimise võimalust juhi töökohalt.
Autopidurites kasutatav hüdrauliline ajam on laialt levinud tänu sellele, et see tagab kompaktsete ajamite abil kõrge rõhu. Sellise süsteemi kasutamisel rongis ilmneb aga selle peamine puudus: vajadus spetsiaalse töövedeliku - pidurivedeliku järele, mille lekkimine on vastuvõetamatu. Rongi pidurihüdraulikaliinide suur pikkus koos kõrgete nõuetega nende tihedusele muudavad hüdraulilise raudteepiduri loomise võimatuks ja ebaratsionaalseks.
Teine asi on pneumaatiline ajam. Kõrgsurveõhu kasutamine võimaldab saavutada kõrget pidurirõhku täiturmehhanismide - pidurisilindrite vastuvõetavate mõõtmetega. Töövedelikust ei tule puudust - õhk on meie ümber ja isegi kui pidurisüsteemist töövedelikku lekib (ja seda kindlasti juhtub), saab seda suhteliselt lihtsalt täiendada.
Lihtsaim suruõhuenergiat kasutav pidurisüsteem on otsese toimega mitteautomaatne pidur
Otsetoimelise mitteautomaatse piduri skeem: 1 - kompressor; 2 - põhipaak; 3 - toiteliin; 4 — juhirongi kraana; 5 - piduritoru; 6 — pidurisilinder; 7 — vabastusvedru; 8, 9 — mehaaniline piduriülekanne; 10 - piduriklots.
Sellise piduri kasutamiseks on vaja suruõhku, mida hoitakse veduril spetsiaalses paagis nn. peamine veehoidla (2). Õhu süstimine põhipaaki ja selles püsiva rõhu säilitamine toimub kompressor (1), mida juhib veduri elektrijaam. Suruõhk juhitakse pidurite juhtimisseadmetesse spetsiaalse torujuhtme kaudu, mida nimetatakse toitumisalane (NM) või survet maanteel (3).
Vagunite pidureid juhitakse ja suruõhku suunatakse neisse pika torustiku kaudu, mis läbib kogu rongi ja nn. piduritoru (TM) (5). Kui suruõhk tarnitakse läbi TM-i, täitub see pidurisilindrid (TC) (6) ühendatud otse TM-ga. Suruõhk surub kolvile, surudes piduriklotsid 10 vastu rattaid, nii veduril kui ka autodel. Tekib pidurdamine.
Pidurdamise lõpetamiseks, see tähendab puhkus pidurite puhul on vaja õhku vabastada piduritorustikust atmosfääri, mis viib pidurimehhanismide naasmiseni algsesse asendisse TC-sse paigaldatud vabastusvedrude jõu tõttu.
Pidurdamiseks on vaja ühendada pidurivoolik (TM) toitetoruga (PM). Puhkuse jaoks ühendage piduritoru atmosfääriga. Neid funktsioone täidab spetsiaalne seade - juhi rongi kraana (4) - pidurdamisel ühendab see PM ja PM, vabastamisel ühendab need torustikud lahti, vabastades samal ajal õhu PM-st atmosfääri.
Sellises süsteemis on juhi kraana kolmas, vahepealne asend - katus kui PM ja TM on eraldatud, kuid õhu eraldumist TM-st atmosfääri ei toimu, isoleerib juhi kraana selle täielikult. TM-i ja TC-sse kogunenud rõhku hoitakse ja selle seatud tasemel hoidmise aja määrab erinevate lekete kaudu lekkiva õhu hulk, samuti piduriklotside soojustakistus, mis hõõrdumisel kuumenevad. ratta rehvid. Lakke asetamine nii pidurdamisel kui ka vabastamisel võimaldab pidurdusjõudu astmeliselt reguleerida. Seda tüüpi pidur tagab nii astmelise pidurdamise kui ka astmevabastuse.
Vaatamata sellise pidurisüsteemi lihtsusele on sellel saatuslik viga - rongi lahtihaakimisel puruneb piduritoru, sealt pääseb õhku ja rong jääb piduriteta. Just sel põhjusel ei saa sellist pidurit raudteetranspordis kasutada, selle rikke hind on liiga kõrge. Isegi ilma rongi purunemiseta väheneb pidurdustõhusus suure õhulekke korral.
Eeltoodust tulenevalt tekib nõue, et rongi pidurdamine ei algaks mitte rõhu tõusust, vaid langemisest TM-is. Aga kuidas siis pidurisilindreid täita? Sellest tuleneb teine nõue – iga rongi liikuv üksus peab hoidma varu suruõhuga, mida tuleb pärast iga pidurdamist koheselt täiendada.
1872. sajandi lõpu insenerimõte jõudis sarnastele järeldustele, mille tulemusena lõi George Westinghouse XNUMX. aastal esimese automaatse raudteepiduri.
Westinghouse piduriseade: 1 - kompressor; 2 - põhipaak; 3 - toiteliin; 4 — juhirongi kraana; 5 - piduritoru; 6 — Westinghouse süsteemi õhujaotur (kolmikventiil); 7 — pidurisilinder; 8 — varupaak; 9 - sulgeventiil.
Joonisel on kujutatud selle piduri ehitus (joonis a - piduri töö vabastamisel; b - piduri töö pidurdamisel). Westigauze piduri põhielement oli piduriõhu jaotur või nagu seda mõnikord nimetatakse, kolmekordne ventiil. Sellel õhujaoturil (6) on piduritorustikus (TM) ja reservuaaris (R) tundlik organ - kolb, mis töötab kahe rõhu erinevusel. Kui rõhk TM-is muutub väiksemaks kui TC-s, liigub kolb vasakule, avades tee õhule CM-st TC-sse. Kui rõhk TM-is muutub suuremaks kui rõhk SZ-s, liigub kolb paremale, andes side TC-le atmosfääriga ning samal ajal sidestades TM-i ja SZ-i, tagades viimase täitmise suruõhuga TM.
Seega, kui rõhk TM-is mingil põhjusel langeb, olgu selleks siis juhi tegevus, liigne õhuleke TM-st või rongi purunemine, siis pidurid hakkavad tööle. See tähendab, et sellised pidurid on automaatne tegevus. See piduri omadus võimaldas lisada veel ühe võimaluse rongi pidurite juhtimiseks, mida reisirongides kasutatakse tänaseni - rongi hädaseiskamine reisija poolt piduritoru kaudu atmosfääriga suhtlemise kaudu spetsiaalse klapi kaudu - hädapidur (9).
Neile, kes tunnevad seda rongi pidurisüsteemi funktsiooni, on naljakas vaadata filme, kus vargad-kauboid haagivad kuulsalt rongi küljest kullaga vagunit lahti. Selleks, et see oleks võimalik, peavad kauboid enne lahtihaakimist sulgema piduritoru otsaklapid, mis eraldavad piduritoru autodevahelistest ühendusvoolikutest. Aga nad ei tee seda kunagi. Seevastu suletud otsaga ventiilid on korduvalt põhjustanud kohutavaid katastroofe, mis on seotud pidurite rikkega, nii meil (1987. aastal Kamensk, 2011. aastal Eral-Simskaja) kui ka välismaal.
Tulenevalt asjaolust, et pidurisilindrite täitmine toimub sekundaarsest suruõhuallikast (varupaak), ilma võimaluseta seda pidevalt täiendada, nimetatakse sellist pidurit nn. kaudselt tegutsedes. Piduri laadimine suruõhuga toimub ainult piduri vabastamisel, mis toob kaasa asjaolu, et sagedase pidurdamise korral, millele järgneb vabastamine, ei ole piduril aega vajaliku rõhuni laadida, kui pärast vabastamist ei ole piisavalt aega. See võib põhjustada pidurite täielikku ammendumist ja rongi pidurite üle juhitavuse kaotamist.
Pneumaatilisel piduril on ka teine puudus, mis on seotud asjaoluga, et rõhulang piduritorustikus, nagu iga häire, levib õhus suure, kuid siiski piiratud kiirusega - mitte rohkem kui 340 m/s. Miks mitte rohkem? Sest heli kiirus on ideaalne. Kuid rongi pneumaatilises süsteemis on mitmeid takistusi, mis vähendavad õhuvoolu takistusega seotud rõhulanguse levimiskiirust. Seetõttu, kui erimeetmeid ei võeta, on TM-i rõhu alandamise kiirus väiksem, mida kaugemal on vagun vedurist. Westinghouse piduri puhul on kiirus nn pidurilaine ei ületa 180 - 200 m/s.
Pneumaatilise piduri tulek võimaldas aga tõsta nii pidurite võimsust kui ka nende juhtimise efektiivsust otse juhi töökohalt, mis andis võimsa tõuke raudteetranspordi arengule, suurendades sõidukiirust ja massi. rongid ja selle tulemusena kolossaalne kaubakäibe kasv raudteel, raudteeliinide pikkuse pikenemine üle maailma.
George Westinghouse polnud mitte ainult leiutaja, vaid ka ettevõtlik ärimees. Ta patenteeris oma leiutise juba 1869. aastal, mis võimaldas tal käivitada piduriseadmete masstootmine. Üsna kiiresti levis Westinghouse pidur USA-s, Lääne-Euroopas ja Vene impeeriumis.
Venemaal valitses Westinghouse’i pidur kuni Oktoobrirevolutsioonini ja päris kaua pärast seda. Westinghouse'i ettevõte ehitas Peterburi oma piduritehase ning tõrjus osavalt välja ka konkurendid Venemaa turult. Westinghouse piduril oli aga mitmeid põhimõttelisi puudusi.
Esiteks võimaldas see pidur ainult kahte töörežiimi: pidurdamine kuni pidurisilindrid on täielikult täidetud ja puhkus — pidurisilindrite tühjendamine. Pikaajalise hooldusega ei olnud võimalik luua vahepealset pidurirõhku, see tähendab, et Westinghouse piduril ei olnud režiimi katus. See ei võimaldanud rongi kiirust täpselt kontrollida.
Teiseks ei töötanud Westinghouse pidur pikkadel rongidel hästi ja kui reisiliikluses sai seda kuidagi taluda, siis kaubaliikluses tekkisid probleemid. Kas mäletate pidurduslainet? Seega ei olnud Westinghouse'i piduril vahendeid kiiruse suurendamiseks ja pikas rongis võis pidurivedeliku rõhu langus viimasel autol alata liiga hilja ja oluliselt väiksema kiirusega kui auto eesotsas. rong, mis tekitas piduriseadmete metsikult ebaühtlase töö kogu rongis.
Peab ütlema, et kogu Westinghouse'i ettevõtte tegevus nii tollasel Venemaal kui ka kogu maailmas on läbinisti küllastunud patendisõdade ja kõlvatu konkurentsi kapitalistlikust lõhnast. See tagas sellisele ebatäiuslikule süsteemile nii pika eluea, vähemalt sellel ajalooperioodil.
Kõige selle juures tuleb tõdeda, et Westinghouse pidur pani pidurdusteaduse aluse ja selle tööpõhimõte on tänapäevastes veeremipidurites jäänud muutumatuks.
2. Westinghouse pidurist Matrosovi pidurini – kodumaise pidurdusteaduse kujunemine.
Peaaegu kohe pärast Westinghouse piduri ilmumist ja selle puuduste mõistmist tekkisid katsed seda süsteemi täiustada või luua uus, põhimõtteliselt uus. Meie riik polnud erand. XNUMX. sajandi alguses oli Venemaal arenenud raudteevõrk, millel oli oluline roll riigi majandusarengu ja kaitsevõime tagamisel. Transpordi efektiivsuse tõstmine on seotud selle liikumiskiiruse ja samaaegselt veetava kauba massi suurenemisega, mis tähendab, et kiiresti on tõstatatud pidurisüsteemide täiustamise küsimused.
Märkimisväärseks tõukejõuks piduriteaduse arengule RSFSR-is ja hiljem NSV Liidus oli Lääne suurkapitali, eriti ettevõtte Westinghouse mõju vähenemine kodumaise raudteetööstuse arengule pärast 1917. aasta oktoobrit.
F.P. Kazantsev (vasakul) ja I.K. Meremehed (paremal) - kodumaise raudteepiduri loojad
Esimene märk, noore kodumaise pidurdusteaduse esimene tõsine saavutus, oli insener Florenty Pimenovich Kazantsevi areng. 1921. aastal pakkus Kazantsev välja süsteemi otsetoimiv automaatpidur. Allolev diagramm kirjeldab kõiki peamisi ideid, mida mitte ainult Kazantsev tutvustas, ja selle eesmärk on selgitada täiustatud automaatpiduri tööpõhimõtteid.
Otsetoimega automaatpidur: 1 - kompressor; 2 - põhipaak; 3 - toiteliin; 4 — juhirongi kraana; 5 — piduritoru lekke toiteseade; 6 — piduritoru; 7 — pidurivoolikute ühendamine; 8 - otsaventiil; 9 - sulgeventiil; 10 - tagasilöögiklapp; 11 — varupaak; 12 — õhujaotur; 13 — pidurisilinder; 14 — pidurihoova ülekanne.
Niisiis, esimene põhiidee on see, et rõhku TM-is juhitakse kaudselt - rõhu vähenemise/tõusu kaudu spetsiaalses reservuaaris nn. ülepingepaak (UR). See on näidatud joonisel, mis asub juhi kraanist (4) paremal ja TM-i (5) lekete jaoks toiteallika ülaosas. Selle reservuaari tihedust on tehniliselt palju lihtsam tagada kui piduritoru – mitme kilomeetri pikkune ja kogu rongi läbiv toru – tihedust. Rõhu suhteline stabiilsus UR-s võimaldab säilitada rõhku TM-is, kasutades võrdlusalusena UR-s olevat rõhku. Tõepoolest, seadmes (5) olev kolb, kui rõhk TM-is väheneb, avab ventiili, mis täidab TM-i toitetorust, säilitades seeläbi TM-s rõhu, mis on võrdne rõhuga UR-is. Selle idee arendamiseks oli veel pikk tee, kuid nüüd ei sõltunud TM-is olev rõhk sellest, kas sellel on väliseid lekkeid (teatud piirideni). Seade 5 migreerus operaatori kraanale ja jääb sinna muudetud kujul tänapäevani.
Teine oluline idee, mis seda tüüpi pidurite konstruktsiooni aluseks on, on toiteallikas pidurivedelikust tagasilöögiklapi 10 kaudu. Kui rõhk piduriklapis ületab rõhku piduriklapis, avaneb see klapp, täites klapi pidurist. vedelik. Nii täieneb reservuaarist pidevalt lekkeid ja pidur ei saa tühjaks.
Kolmas Kazantsevi pakutud oluline idee on õhujaoturi konstruktsioon, mis töötab mitte kahe, vaid kolme rõhu erinevusel - rõhk piduritorustikus, rõhk pidurisilindris ja rõhk spetsiaalses töökambris (WC), mis vabastamise ajal toidetakse piduritorustiku rõhuga koos varupaagiga. Pidurdusrežiimis ühendatakse laadimisrõhk reservuaari ja piduritorustiku küljest lahti, säilitades algse laadimisrõhu väärtuse. Seda omadust kasutatakse laialdaselt veeremi pidurites nii astmelise vabastamise tagamiseks kui ka kaubarongide rongis TC täitmise ühtsuse kontrollimiseks, kuna töökamber on algse laadimisrõhu standard. Selle väärtusest lähtuvalt on võimalik tagada astmeline vabastamine ja korraldada kaubanduskeskuse varasem täitmine sabavagunites. Ma jätan nende asjade üksikasjaliku kirjelduse teiste seda teemat käsitlevate artiklite jaoks, kuid praegu ütlen lihtsalt, et Kazantsevi töö oli stiimuliks meie riigis teadusliku koolkonna arengule, mis viis originaali väljatöötamiseni. veeremi pidurisüsteemid.
Teine Nõukogude leiutaja, kes mõjutas radikaalselt kodumaiste veeremipidurite väljatöötamist, oli Ivan Konstantinovitš Matrosov. Tema ideed ei erinenud põhimõtteliselt Kazantsevi ideedest, kuid hilisemad Kazantsevi ja Matrosovi pidurisüsteemide (koos teiste pidurisüsteemidega) töökatsed näitasid teise süsteemi märkimisväärset paremust jõudlusnäitajate osas, kui seda kasutatakse peamiselt kaubarongides. Seega on õhujaoturiga Matrosovi pidur tingimuslik. Nr 320 sai 1520 mm rööpmelaiusega raudteede piduriseadmete edasiarendamise ja projekteerimise aluseks. Venemaal ja SRÜ riikides kasutatav kaasaegne automaatpidur võib õigustatult kanda Matrosovi piduri nime, kuna see neelas oma väljatöötamise algfaasis Ivan Konstantinovitši ideid ja disainilahendusi.
Selle asemel, et järeldus
Mis on järeldus? Selle artikli kallal töötamine veenis mind, et teema on artiklite sarja väärt. Selles pilootartiklis puudutasime veeremi pidurite arengu ajalugu. Järgnevalt läheme mahlakate detailideni, puudutades lisaks kodumaisele pidurile ka Lääne-Euroopa kolleegide arenguid, tuues esile erinevat tüüpi ja tüüpi veeremiteeninduse pidurite disaini. Nii et loodan, et teema on huvitav ja näeme jälle keskuses!
Tänan tähelepanu eest!
Allikas: www.habr.com