je vois ça , le public a aimé la partie historique de mon histoire, et donc ce n'est pas un péché de continuer.
Les trains à grande vitesse comme le TGV ne dépendent plus du freinage pneumatique
Aujourd'hui, nous parlerons de modernité, à savoir quelles approches de création de systèmes de freinage pour le matériel roulant sont utilisées au XNUMXe siècle, qui entre littéralement dans sa troisième décennie dans seulement un mois.
1. Classification des freins du matériel roulant
Basés sur le principe physique de création d’une force de freinage, tous les freins ferroviaires peuvent être divisés en deux types principaux : friction, en utilisant la force de frottement, et dynamique, en utilisant un entraînement de traction pour créer un couple de freinage.
Les freins à friction comprennent les freins à sabots de toutes conceptions, y compris les freins à disque, ainsi que frein de rail magnétique, utilisé dans le transport longue distance à grande vitesse, principalement en Europe occidentale. Sur la voie 1520, ce type de frein était utilisé exclusivement sur le train électrique ER200. Quant au même Sapsan, les chemins de fer russes ont refusé d'utiliser un frein magnétique sur rail, bien que le prototype de ce train électrique, l'allemand ICE3, soit équipé d'un tel frein.
Bogie de train ICE3 avec frein de rail magnétique
Chariot de train Sapsan
Dynamiquer, ou plutôt freins électrodynamiques inclure tous les freins dont l'action repose sur le passage des moteurs de traction en mode générateur (régénérateur и frein rhéostat), ainsi que le freinage opposition
Avec les freins régénératifs et rhéostatiques, tout est relativement clair - les moteurs passent d'une manière ou d'une autre en mode générateur, et en cas de récupération, ils libèrent de l'énergie dans le réseau de contacts, et dans le cas d'un rhéostat, l'énergie générée est brûlé sur des résistances spéciales. Les deux freins sont utilisés aussi bien sur les trains à traction locomotive que sur le matériel roulant à unités multiples, où le frein électrodynamique est le frein de service principal, en raison du grand nombre de moteurs de traction répartis dans le train. Le seul inconvénient du freinage électrodynamique (EDB) est l'impossibilité de freiner jusqu'à l'arrêt complet. Lorsque l'efficacité de l'EDT diminue, il est automatiquement remplacé par un frein pneumatique à friction.
Quant au contre-freinage, il assure un freinage jusqu'à l'arrêt complet, puisqu'il consiste à inverser le moteur de traction lors du déplacement. Cependant, ce mode, dans la plupart des cas, est un mode d'urgence - son utilisation normale entraîne de nombreux dommages à la transmission. Si nous prenons, par exemple, un moteur à collecteur, alors lorsque la polarité de la tension qui lui est fournie change, la force contre-électromotrice qui apparaît dans le moteur en rotation n'est pas soustraite de la tension d'alimentation mais y est ajoutée - les roues tournent et tournez dans le même sens qu'en mode traction ! Cela entraîne une augmentation du courant semblable à une avalanche, et le mieux qui puisse arriver est que les dispositifs de protection électrique fonctionnent.
C'est pour cette raison que sur les locomotives et les trains électriques, toutes les mesures sont prises pour éviter que les moteurs ne reculent pendant le mouvement. La poignée d'inversion est verrouillée mécaniquement lorsque la commande du conducteur est en position de marche. Et sur les mêmes véhicules Sapsan et Lastochka, tourner le commutateur de marche arrière à une vitesse supérieure à 5 km/h entraînera un freinage d'urgence immédiat.
Cependant, certaines locomotives nationales, par exemple la locomotive électrique VL65, utilisent le freinage en marche arrière comme mode standard à basse vitesse.
Le freinage en marche arrière est un mode de freinage standard assuré par le système de commande de la locomotive électrique VL65.
Il faut dire que malgré la grande efficacité du freinage électrodynamique, tout train, je le souligne, est toujours équipé d'un frein pneumatique automatique, c'est-à-dire activé en libérant l'air de la conduite de frein. En Russie et dans le monde entier, les bons vieux freins à friction veillent à la sécurité routière.
Selon leur objectif fonctionnel, les freins à friction sont divisés en
- Parking, manuel ou automatique
- Train - freins pneumatiques (PT) ou électropneumatiques (EPT), installés sur chaque unité de matériel roulant du train et commandés de manière centralisée depuis la cabine du conducteur
- Locomotive – freins pneumatiques à action directe conçus pour ralentir une locomotive sans ralentir le train. Ils sont gérés séparément des trains.
2. Frein de stationnement
Le frein manuel à entraînement mécanique n'a pas disparu du matériel roulant, il est installé aussi bien sur les locomotives que sur les voitures - il vient de changer de spécialité, à savoir, il s'est transformé en frein de stationnement, qui permet d'empêcher le mouvement spontané du matériel roulant stock en cas d'échappement d'air de son système pneumatique. La roue rouge, semblable à une roue de navire, est un frein à main, une de ses variantes.
Volant de frein à main dans la cabine de la locomotive électrique VL60pk
Frein à main dans le vestibule d'une voiture de tourisme
Frein à main sur un wagon de marchandises moderne
Le frein à main, à l'aide d'un entraînement mécanique, presse contre les roues les mêmes plaquettes que celles utilisées lors d'un freinage normal.
Sur le matériel roulant moderne, notamment sur les trains électriques EVS1/EVS2 « Sapsan », ES1 « Lastochka », ainsi que sur la locomotive électrique EP20, le frein de stationnement est automatique et les plaquettes sont appuyées contre le disque de frein. accumulateurs d'énergie à ressort. Certains des mécanismes de pinces qui pressent les plaquettes sur les disques de frein sont équipés de ressorts puissants, si puissants que le desserrage est effectué par un entraînement pneumatique avec une pression de 0,5 MPa. L'entraînement pneumatique, dans ce cas, neutralise les ressorts qui pressent les patins. Ce frein de stationnement est contrôlé par des boutons sur la console du conducteur.
Boutons de commande du frein à ressort de stationnement (SPT) sur le train électrique ES1 « Lastochka »
La conception de ce frein est similaire à celle utilisée sur les camions puissants. Mais en tant que frein principal des trains, un tel système complètement inadapté, et pourquoi, j'expliquerai en détail après l'histoire sur le fonctionnement des freins pneumatiques des trains.
3. Freins pneumatiques de type camion
Chaque wagon de marchandises est équipé de l'ensemble d'équipements de freinage suivant
Équipement de freinage d'un wagon de marchandises : 1 - flexible de raccordement de frein ; 2 - vanne d'extrémité ; 3 - vanne d'arrêt ; 5 - dépoussiéreur ; 6, 7, 9 — état des modules de distribution d'air. N° 483 ; 8 - vanne de déconnexion ; VR - distributeur d'air ; TM - conduite de frein ; ZR - réservoir de réserve ; TC - cylindre de frein ; AR - mode cargo automatique
Ligne de frein (TM) - un tuyau d'un diamètre de 1,25" courant tout le long de la voiture, aux extrémités il est équipé de vannes d'extrémité, de débrancher la conduite de frein lors du dételage de la voiture avant de débrancher les flexibles de raccordement. Dans la conduite de frein, en mode normal, ce qu'on appelle зарядное la pression est de 0,50 à 0,54 MPa, donc débrancher les tuyaux sans fermer les vannes d'extrémité est une tâche douteuse qui peut littéralement vous priver de la tête.
L'alimentation en air directement fournie aux cylindres de frein est stockée dans réservoir de réserve (ZR), dont le volume est dans la plupart des cas de 78 litres. La pression dans le réservoir de réserve est exactement égale à la pression dans la conduite de frein. Mais non, ce n'est pas 0,50 - 0,54 MPa. Le fait est qu'une telle pression sera dans la conduite de frein de la locomotive. Et plus on s'éloigne de la locomotive, plus la pression dans la conduite de frein est faible, car elle présente inévitablement des fuites entraînant des fuites d'air. Ainsi, la pression dans la conduite de frein du dernier wagon du train sera légèrement inférieure à celle de chargement.
Cylindre de frein, et sur la plupart des voitures, il n'y en a qu'un ; lorsqu'il est rempli à partir d'un réservoir de rechange, via une transmission du levier de frein, il presse toutes les plaquettes de la voiture sur les roues. Le volume du cylindre de frein est d'environ 8 litres, donc lors d'un freinage complet, une pression ne dépassant pas 0,4 MPa s'y établit. La pression dans le réservoir de réserve diminue également jusqu'à la même valeur.
Le principal « acteur » de ce système est distributeur d'air. Ce dispositif réagit aux changements de pression dans la conduite de frein en effectuant l'une ou l'autre opération en fonction de la direction et du taux de variation de cette pression.
Lorsque la pression dans la conduite de frein diminue, le freinage se produit. Mais pas avec une diminution de pression - la diminution de pression doit se produire à un certain rythme, appelé taux de freinage de service. Ce rythme est assuré grue du conducteur dans la cabine de la locomotive et varie de 0,01 à 0,04 MPa par seconde. Lorsque la pression diminue plus lentement, le freinage ne se produit pas. Ceci est fait pour que les freins ne fonctionnent pas en cas de fuites standard de la conduite de frein, et ne fonctionnent pas non plus lorsque la pression de surcharge est éliminée, ce dont nous parlerons plus tard.
Lorsque le distributeur d'air est activé pour le freinage, il effectue une décharge supplémentaire de la conduite de frein à un taux de service de 0,05 MPa. Ceci est fait afin d'assurer une diminution constante de la pression sur toute la longueur du train. Si aucune détente supplémentaire n'est effectuée, les derniers wagons d'un long train risquent de ne pas être ralentis du tout. Une décharge supplémentaire de la conduite de frein est effectuée tous distributeurs d'air modernes, y compris ceux pour passagers.
Lorsque le freinage est activé, le distributeur d'air déconnecte le réservoir de réserve de la conduite de frein et le relie au cylindre de frein. Le cylindre de frein se remplit. Cela se produit exactement aussi longtemps que la chute de pression dans la conduite de frein persiste. Lorsque la réduction de pression dans le liquide de frein s'arrête, le remplissage du cylindre de frein s'arrête. Le régime arrive refaire la toiture. La pression intégrée dans le cylindre de frein dépend de deux facteurs :
- la profondeur de décharge de la conduite de frein, c'est-à-dire l'ampleur de la chute de pression dans celle-ci par rapport à la charge
- mode de fonctionnement du distributeur d'air
Le distributeur d'air cargo dispose de trois modes de fonctionnement : chargé (L), moyen (C) et vide (E). Ces modes diffèrent par la pression maximale gagnée dans les cylindres de frein. La commutation entre les modes se fait manuellement en tournant une poignée de mode spéciale.
Pour résumer, la dépendance de la pression dans le cylindre de frein sur la profondeur de décharge de la conduite de frein avec un distributeur d'air 483 dans différents modes ressemble à ceci
L'inconvénient de l'utilisation d'un commutateur de mode est que le conducteur du wagon doit parcourir tout le train, grimper sous chaque wagon et placer le commutateur de mode dans la position souhaitée. Selon les rumeurs venant de l'opération, cela n'est pas toujours fait. Un remplissage excessif des cylindres de frein sur une voiture vide entraîne des dérapages, une efficacité de freinage réduite et des dommages aux essieux. Pour remédier à cette situation sur les wagons de marchandises, un système dit mode automatique (AR), qui, déterminant mécaniquement la masse de la voiture, régule en douceur la pression maximale dans le cylindre de frein. Si la voiture est équipée d'un mode automatique, alors le commutateur de mode du VR est réglé sur la position « chargé ».
Le freinage s'effectue généralement par étapes. Le niveau minimum de décharge de la conduite de frein pour le BP483 sera de 0,06 à 0,08 MPa. Dans ce cas, une pression de 0,1 MPa s'établit dans les cylindres de frein. Dans ce cas, le conducteur place la valve en position de chevauchement, dans laquelle la pression réglée après le freinage est maintenue dans la conduite de frein. Si l'efficacité du freinage d'une étape est insuffisante, l'étape suivante est effectuée. Dans ce cas, le distributeur d'air ne se soucie pas de la vitesse à laquelle la décharge se produit - lorsque la pression diminue de toute façon, les cylindres de frein sont remplis proportionnellement à la diminution de la pression.
Le desserrage complet des freins (vidage complet des cylindres de frein sur l'ensemble du train) s'effectue en augmentant la pression dans la conduite de frein au-dessus de la pression de suralimentation. De plus, sur les trains de marchandises, la pression dans le TM est considérablement augmentée au-dessus de celle de chargement, de sorte que la vague de pression accrue atteint les tout derniers wagons. Le desserrage complet des freins d'un train de marchandises est un processus long et peut prendre jusqu'à une minute.
Le BP483 dispose de deux modes vacances : plat et montagne. En mode plat, lorsque la pression dans la conduite de frein augmente, un relâchement complet et continu se produit. En mode montagne, il est possible de desserrer les freins par étapes, ce qui signifie que les cylindres de frein ne sont pas complètement vidés. Ce mode est utilisé lors de la conduite sur un profil complexe avec de grandes pentes.
Le répartiteur d'air 483 est généralement un dispositif très intéressant. Une analyse détaillée de sa structure et de son fonctionnement fait l’objet d’un grand article distinct. Nous avons examiné ici les principes généraux de fonctionnement du frein de chargement.
3. Freins pneumatiques de type passager
Équipement de freinage d'une voiture particulière : 1 - tuyau de raccordement ; 2 - vanne d'extrémité ; 3, 5 — boîtes de connexion pour la conduite de frein électropneumatique ; 4 - vanne d'arrêt ; 6 — tube avec câblage de frein électropneumatique ; 7 — suspension isolée du manchon de raccordement ; 8 - dépoussiéreur ; 9 — sortie vers le distributeur d'air ; 10 - vanne de déconnexion ; 11 — chambre de travail du distributeur d'air électrique ; TM - conduite de frein ; VR - distributeur d'air ; EVR - distributeur d'air électrique ; TC - cylindre de frein ; ZR - réservoir de rechange
Une grande quantité d'équipements attire immédiatement l'attention, à commencer par le fait qu'il y a déjà trois vannes d'arrêt (une dans chaque vestibule et une dans la cabine du conducteur), pour finir par le fait que les voitures particulières domestiques sont équipées à la fois de systèmes pneumatiques et frein électropneumatique (EPT).
Un lecteur attentif remarquera immédiatement le principal inconvénient de la commande pneumatique des freins : la vitesse finale de propagation de l'onde de freinage, limitée en haut par la vitesse du son. En pratique, cette vitesse est plus faible et s'élève à 280 m/s lors d'un freinage de service, et à 300 m/s lors d'un freinage d'urgence. De plus, cette vitesse dépend fortement de la température de l’air et en hiver par exemple, elle est plus faible. Par conséquent, le compagnon éternel des freins pneumatiques est l'irrégularité de leur fonctionnement en composition.
Un fonctionnement irrégulier entraîne deux choses : l'apparition de réactions longitudinales importantes dans le train, ainsi qu'une augmentation de la distance de freinage. Le premier n'est pas si typique des trains de voyageurs, même si les récipients contenant du thé et d'autres boissons rebondissant sur la table du compartiment ne plairont à personne. L'augmentation de la distance de freinage constitue un problème sérieux, notamment dans le trafic de passagers.
De plus, le distributeur d'air intérieur pour passagers est comme l'ancienne norme. N° 292, et l'état neuf. N° 242 (dont d'ailleurs il y en a de plus en plus dans le parc de voitures particulières), ces deux appareils sont les descendants directs de cette même triple vanne Westinghouse, et ils fonctionnent sur la différence entre deux pressions - dans la conduite de frein et le réservoir de réserve. Ils se distinguent d'une triple valve par la présence d'un mode de chevauchement, c'est-à-dire la possibilité d'un freinage progressif ; la présence d'une décharge supplémentaire de la conduite de frein lors du freinage ; la présence d'un accélérateur de freinage d'urgence dans la conception. Ces distributeurs d'air ne permettent pas une libération progressive - ils fournissent immédiatement une libération complète dès que la pression dans la conduite de frein dépasse la pression dans le réservoir de réserve qui y est établi après le freinage. Et le déverrouillage progressif est très utile lors du réglage du freinage pour un arrêt précis sur la plate-forme d'atterrissage.
Les deux problèmes - fonctionnement irrégulier des freins et manque de déblocage des marches, sur la voie de 1520 mm, sont résolus en installant sur les voitures un distributeur d'air à commande électrique - distributeur d'air électrique (EVR), arb. N° 305.
EPT domestique - frein électropneumatique - à action directe, non automatique. Sur les trains de voyageurs à traction locomotive, l'EPT fonctionne sur un circuit à deux fils.
Schéma fonctionnel d'un EPT à deux fils : 1 - contrôleur de commande sur la grue du conducteur ; 2 - batterie ; 3 - convertisseur de puissance statique ; 4 — panneau de lampes-témoins; 5 — unité de commande ; 6 — bornier ; 7 — têtes de connexion sur les manchons ; 8 — suspension isolée ; 9 - vanne semi-conductrice ; 10 - relâcher l'électrovanne ; 11 - électrovanne de frein.
Il y a deux fils tendus tout au long du train : le n°1 et le n°2 sur la figure. Sur le wagon arrière, ces fils sont connectés électriquement les uns aux autres et un courant alternatif d'une fréquence de 625 Hz passe à travers la boucle résultante. Ceci est fait pour surveiller l'intégrité de la ligne de contrôle EPT. En cas de rupture du fil, le circuit de courant alternatif est coupé, le conducteur reçoit un signal sous la forme de l'extinction du voyant « O » (vacances) dans la cabine.
Le contrôle s'effectue par courant continu de polarité différente. Dans ce cas, le fil à potentiel nul est celui des rails. Lorsqu'une tension positive (par rapport aux rails) est appliquée au fil EPT, les deux électrovannes installées dans le distributeur d'air électrique sont activées : la soupape de desserrage (OV) et la soupape de freinage (TV). Le premier d'entre eux isole de l'atmosphère la chambre de travail (WC) du distributeur d'air électrique, le second la remplit à partir d'un réservoir de réserve. Ensuite, le pressostat installé dans l'EVR entre en jeu, agissant sur la différence de pression dans la chambre de travail et dans le cylindre de frein. Lorsque la pression dans le RC dépasse la pression dans le TC, ce dernier est rempli d'air du réservoir de réserve, jusqu'à la pression accumulée dans la chambre de travail.
Lorsqu'un potentiel négatif est appliqué au fil, la valve de frein s'éteint, car le courant qui y parvient est coupé par la diode. Seule la soupape de décharge, qui maintient la pression dans la chambre de travail, reste active. C'est ainsi que la position du plafond est réalisée.
Lorsque la tension est coupée, la soupape de décharge perd de la puissance et ouvre la chambre de travail à l'atmosphère. Lorsque la pression dans la chambre de travail diminue, le pressostat libère l'air des cylindres de frein. Si, après de courtes vacances, la valve du conducteur est remise en position d'arrêt, la chute de pression dans la chambre de travail s'arrêtera et l'évacuation de l'air du cylindre de frein s'arrêtera également. De cette manière, la possibilité d'un desserrage progressif des freins est obtenue.
Que se passe-t-il si le fil se casse ? C'est vrai – l'EPT sortira. Ce frein (sur le matériel roulant national) n’est donc pas automatique. En cas de panne de l'EPT, le conducteur a la possibilité de passer à la commande de freinage pneumatique.
L'EPT se caractérise par le remplissage simultané des cylindres de frein et leur vidange dans tout le train. Le taux de remplissage et de vidange est assez élevé - 0,1 MPa par seconde. L'EPT est un frein inépuisable, puisque pendant son fonctionnement le distributeur d'air conventionnel est en mode de déverrouillage et alimente les réservoirs de rechange à partir de la conduite de frein, qui à son tour est alimentée par le robinet du conducteur sur la locomotive à partir des réservoirs principaux. Par conséquent, l'EPT peut être freiné à n'importe quelle fréquence requise pour le contrôle opérationnel des freins. La possibilité de déclenchement par étapes vous permet de contrôler la vitesse du train de manière très précise et fluide.
La commande pneumatique des freins d'un train de voyageurs n'est pas très différente de celle du frein de marchandises. Il existe une différence dans les méthodes de contrôle, par exemple, le frein pneumatique est desserré jusqu'à la pression de suralimentation, sans la surestimer. En général, une surestimation excessive de la pression dans la conduite de frein d'un train de voyageurs est semée d'embûches. Par conséquent, lorsque l'EPT est complètement relâché, la pression dans la conduite de frein est augmentée d'un maximum de 0,02 MPa au-dessus de la valeur de charge réglée. pression.
La profondeur minimale de décharge des métaux lourds lors du freinage sur le frein passager est de 0,04 à 0,05 MPa, tandis qu'une pression de 0,1 à 0,15 MPa est créée dans les cylindres de frein. La pression maximale dans le cylindre de frein d'une voiture particulière est limitée par le volume du réservoir de réserve et ne dépasse généralement pas 0,4 MPa.
Conclusion
Je vais maintenant me tourner vers certains commentateurs qui sont surpris (et à mon avis même indignés, mais je ne peux pas le dire) par la complexité du frein du train. Les commentaires suggèrent d'utiliser un circuit automobile avec des batteries de stockage d'énergie. Bien sûr, depuis un canapé ou une chaise d'ordinateur au bureau, à travers une fenêtre de navigateur, de nombreux problèmes sont plus visibles et leurs solutions plus évidentes, mais permettez-moi de noter que la plupart des décisions techniques prises dans le monde réel ont une justification claire.
Comme déjà mentionné, le principal problème d'un frein pneumatique sur un train est la vitesse finale de déplacement de la chute de pression le long d'une longue conduite de frein (jusqu'à 1,5 km dans un train de 100 voitures) - l'onde de frein. Pour accélérer cette onde de freinage, une décharge supplémentaire est nécessaire par le distributeur d'air. Il n’y aura pas de distributeur d’air et il n’y aura pas de rejet supplémentaire. Autrement dit, les freins sur les accumulateurs d'énergie seront évidemment nettement pires en termes d'uniformité de fonctionnement, nous ramenant à l'époque de Westinghouse. Un train de marchandises n'est pas un camion, il existe différentes échelles, et donc différents principes de commande des freins. Je suis sûr que ce n'est pas le cas, et ce n'est pas un hasard si la direction de la science mondiale du freinage a suivi le chemin qui nous a conduit à ce type de construction. Point.
Cet article est une sorte de revue des systèmes de freinage existant sur le matériel roulant moderne. De plus, dans d'autres articles de cette série, je m'attarderai plus en détail sur chacun d'eux. Nous apprendrons quels dispositifs sont utilisés pour contrôler les freins et comment sont conçus les distributeurs d'air. Examinons de plus près les enjeux du freinage régénératif et rhéostatique. Et bien sûr, pensons aux freins des véhicules à grande vitesse. A bientôt et merci pour votre attention !
PS : les amis ! Je tiens à remercier tout particulièrement pour la masse de messages personnels indiquant des erreurs et des fautes de frappe dans l'article. Oui, je suis un pécheur qui n'est pas ami avec la langue russe et qui s'embrouille avec les touches. J'ai essayé de corriger vos commentaires.
Source: habr.com