Látom, hogy az első, a történetem történelmi része a közönségnek tetszett, ezért nem szégyen folytatni.

A nagy sebességű vonatok, mint a TGV már nem használják a pneumatikus fékezést.

Ma a jelenről fogunk beszélni, nevezetesen arról, hogy milyen megközelítéseket alkalmaznak a vontatott járművek fékrendszereinek létrehozásában a XXI. században, amely szépen a harmadik évtizedébe lép egy hónapon belül.

1. A vontatott járművek fékjének klasszifikálása

A fékezési erő létrehozásának fizikai elve alapján minden vasúti féket két fő típusra lehet osztani: a súrlódásos, amelyek a súrlódás erejét használják, és a dinamikus, amelyek a fékezési nyomaték létrehozásához vontatási meghajtót használnak.

A súrlódásos fékek közé tartoznak a minden konstrukciójú fékbetétes fékek, beleértve a tárcsaféket is, és a mágnesvasúti fék, amelyet nagy sebességű közlekedésben használnak, főleg Nyugat-Európában. Az 1520 mm-es nyomtávon ezt a féktípust kizárólag az ER200 villamos vonaton alkalmazták. Ami a "Sapsan"-t illeti, a RŽD lemondott a mágnesvasúti fék használatáról benne, míg a prototípusa, a német ICE3 ilyen fékkel van felszerelve.

Az ICE3 vonat mágnesvasúti fékkel rendelkező tengelye

A "Sapsan" vonat tengelye

A dinamikus, pontosabban elektrodinamikus fékekhez minden olyan fék tartozik, amelynek működése a vontatási villanymotorok generátor üzemmódba való áttérésén alapul (regeneratív és rezisztor fék), és a fékezés visszacsatolással

A rekuperatív és reosztásos fékezés viszonylag érthető: a motorok valamilyen módon generátori üzemmódba kerülnek, és a rekuperáció esetén energiát adnak vissza a kontakt hálózatba, míg a reosztás esetén a termelt energia speciális ellenállásokon elhasználódik. Mindkét fékezést alkalmazzák mozdonyerővel rendelkező vonatokon és motorvonati járműveken is, ahol az elektrodinamikai fék az alapértelmezett munkafék, figyelembe véve a sok hajtó elektromos motor eloszlását az egész vonaton. Az elektrodinamikai fékezés (EDT) egyetlen hátránya a teljes megállás lehetetlensége. Ha az EDT hatékonysága csökken, automatikusan pneumatikus súrlódásos fékre vált.

A fékezés ellenirányban lehetővé teszi a teljes megállást, mivel arról van szó, hogy a hajtómotor menet közben hátrafelé vált. Ez a működési mód azonban a legtöbb esetben vészhelyzeti intézkedés — rendszeres alkalmazása a hajtás károsodásához vezethet. Például egy kollektormotor esetén, ha megváltozik a rá kapcsolt feszültség polaritása, a forgó motorban fellépő vissza-EMF nem kerül levonásra a tápláló feszültségből, hanem hozzáadódik — a kerekek ugyanabban az irányban forognak, mint a hajtási üzemmódban! Ez áramlódó áramlását idézi elő, és a legjobb, ami történhet, hogy a védelmi elektromos berendezések aktiválódnak.

Ezért a mozdonyokon és elektromos vonatokon minden óvintézkedést megtesznek a motorok menet közbeni visszafordulásának megakadályozására. A visszafordító kar mechanikusan blokkolva van, ha a vezető vezérlője az előrehaladó állásokban van. A "Sapsan" és a "Lastochka" vonatok esetében a visszaforgató kapcsoló elforgatása 5 km/h felett azonnali sürgősségi fékezést okoz.

Ellenben egyes hazai mozdonyok, például a VL65 villanymozdony, a visszafordító fékezést alapértelmezett üzemmódként használja alacsony sebességeknél.

A visszafordító fékezés az alapértelmezett, a VL65 villanymozdony vezérlőrendszere által biztosított fékezési mód.

Meg kell mondanom, hogy bár az elektrodinamikus fékezés nagyon hatékony, minden vonat, hangsúlyozom — mindig, pneumatikus fékkel van felszerelve, amely automatikusan működik, vagyis a fékcsőből kiáramló levegő miatt aktiválódik. Oroszországban és világszerte a régi, jól bevált féktárcsás fékek őrzik a közlekedés biztonságát.

A funkcionális cél szerint a fékek a következő típusokra oszthatók

1. Parkoló, kézi vagy automatikus
2. Vonati — pneumatikus (PT) vagy elektropneumatikus (EPT) fékek, amelyeket minden egyes kocsira felszerelnek és központilag vezérelnek a mozdony vezetőfülkéjéből
3. Mozdony fékek — pneumatikus, közvetlen működésű fékek, amelyek a mozdony fékezésére szolgálnak anélkül, hogy a vonat összes kocsiját fékezni kellene. Ezeket külön vezérlik a vonati fékektől.

2. Parkoló fék

A mechanikus meghajtású kézi fék nem tűnt el a járművekből, mind a mozdonyokon, mind a kocsikon felszerelik — egyszerűen szakmát váltott, és parkoló fékké alakult, amely megakadályozza a jármű önálló mozgását a légnyomás elhagyása esetén. A piros kerék, amely a hajókerékhez hasonlít — a kézi fék meghajtója, a megvalósítás egy változata.

A VL60pk elektromos mozdony kézi parkoló fékjének kormánykereke

Kézi fék a vonat utas kocsijának előterében

Kézi fék a modern tehervagonon

A mechanikus meghajtással rendelkező kézi fék ugyanazokat a féktárcsákat nyomja a kerekekhez, amelyeket a normál fékezés során használnak.

A modern mozdonyoknál, különösen az EWS1/EWS2 'Sapsan', az ES1 'Lastochka', valamint az EP20 elektromos mozdonynál a parkoló fék automatikus, és a fékbetétek nyomása a féktárcsán rugós energiaakkumulátorokkal történik. rugós energiaakkumulátorokkal. A fékbetéteket a féktárcsákhoz rögzítő forgó mechanizmusok egy erős rugókkal vannak ellátva, méghozzá olyan erősekkel, hogy a kioldás pneumatikus meghajtással történik 0,5 MPa nyomással. A pneumatikus meghajtó ebben az esetben ellenáll a fékbetéteket megszorító rugóknak. A parkolófék vezérlése a mozdonyvezető paneljén található gombokon keresztül történik.

A parkoló rugós fék (PRF) vezérlőgombjai az ES1 «Lestic» villamosvonaton

Szerkezetét tekintve ez a fék hasonló ahhoz, amelyet erős teherautók alkalmaznak. De a vonatok fő fékeként ez a rendszer teljesen alkalmatlan, és ennek okát részletesen elmagyarázom a vonati pneumatikus fékek működéséről szóló beszámolóm után.

3. Teherabroncsos pneumatikus fékek

Minden teherkocsi a következő fékberendezésekkel van felszerelve

A teherkocsi fékberendezése: 1 — fékcsatlakozó tömlő; 2 — végszelep; 3 — megállító szelep; 5 — porleválasztó; 6, 7, 9 — levegőelosztó modulok ügyszám 483; 8 — elzáró szelep; VÁ — levegőelosztó; TM — fékvezeték; ZR — tartalék tartály; TC — fék hengert; AR — teherautó automatikus üzemmód


A fékvezeték (TM) — 1,25»-es átmérőjű cső, amely a kocsi teljes hosszában végigfut, és a végein végszelepekkel van ellátva, amelyek elzárják a fékvezetékeket, amikor a kocsikat szétválasztják a rugalmas csatlakozó tömlők lekapcsolása előtt. A fékvezeték normál üzemmódban fenntartja a úgynevezett töltőnyomás 0,50 — 0,54 MPa nagyságú, így a tömlők elválasztása a végszelepek zárása nélkül kétséges feladat, ami szó szerint fejet is veszíthet.

A fék hengerekbe közvetlenül betáplált levegő tartalékát a tartalék tartályban tárolják. (ZR), amelynek térfogata legtöbb esetben 78 liter. A tartalék tartályban lévő nyomás pontosan megegyezik a fékrendszer nyomásával. De nem, ez nem 0,50 - 0,54 MPa. A helyzet az, hogy ilyen nyomás a lokomotív fékrendszerében van. Minél távolabb vagyunk a lokomotívtól, annál kisebb a nyomás a fékrendszerben, mert benne elkerülhetetlenül vannak tömítetlenségek, amelyek levegőszivárgást okoznak. Tehát a vonat utolsó kocsijának fékrendszerében a nyomás valamivel alacsonyabb lesz, mint a töltési.

Fékrendszeri henger, és a legtöbb kocsin egy darab van, amely a tartalék tartályból töltve nyomja a kerekekhez az összes létező fékpofát az autón. A fékrendszeri henger térfogata körülbelül 8 liter, ezért teljes fékezéskor a benne lévő nyomás nem haladja meg a 0,4 MPa-t. Ugyanakkor ez a nyomás csökken a tartalék tartályban is.

A rendszer fő "szereplője" légteljesítmény-elosztó. Ez az eszköz reagál a fékrendszer nyomásának változására, különböző műveleteket végezve a nyomás irányától és sebességétől függően.

A fékrendszeri nyomás csökkentésével fékezés történik. De nem bármilyen nyomáscsökkenés esetén - a nyomás csökkentésének meghatározott sebességgel kell történnie, ezt nevezzük szolgálati fékezési sebességnek. Ezt a sebességet a mozdonyvezető szelepe a lokomotíva fülkéjében és 0,01 - 0,04 MPa másodpercenkénti tartományban határozza meg. Ha a nyomás csökkentésének sebessége lassabb, akkor fékezés nem következik be. Ezt azért alakították ki, hogy a fékek ne működjenek a normál szivárgások esetén a fékrendszerből, és ne működjenek a túltöltött nyomás megszüntetésekor, amiről később beszélünk.

Amikor a légteljesítmény-elosztó aktiválódik a fékezéshez, további lemerítést végez a fékrendszerben szolgálati sebességgel, 0,05 MPa mértékben. Ezt azért végzik, hogy biztosítsák a nyomás stabil csökkentését a vonat teljes hosszán. Ha nem történik további lemerülés, akkor a hosszú vonat utolsó kocsijai elvileg nem tudnak fékezni. A fékrendszer további lemerítését mindent modern légteljesítmény-elosztók végzik, beleértve az utasokat is.

Fékezéskor a légelosztó leválasztja a tartalék tartályt a fékvezetékről, és csatlakoztatja azt a fékcilinderhez. A fékcilinder feltöltése zajlik. Ez annyi ideig tart, ameddig a nyomás csökkenése a fékvezetéken folytatódik. A fékvezetéken kialakuló nyomás csökkenésének megszűnésével a fékcilinder feltöltése is abbamarad. Ekkor lép életbe a túláramlás. A fékcilinderben kialakuló nyomás két tényezőtől függ:

1. a fékvezeték leeresztésének mélységétől, vagyis a benne lévő nyomás csökkenésének mértékétől a feltöltési állapotra vonatkozóan.
2. a légelosztó üzemmódjától.

A teherlégelosztónak három üzemmódja van: terhelt (G), közepes (K) és üres (Ü). Ezek az üzemmódok a fékcilinderekben kialakuló maximális nyomás alapján különböznek. Az üzemmódok közötti váltás kézi módon, egy speciális üzemmód kapcsoló forgatásával történik.

Összefoglalva, a fékcilinder nyomása a fékvezeték leeresztésének mélységétől a 483-as légelosztónál eltérő üzemmódokban így alakult.

Az üzemmódkapcsoló használatának hátránya, hogy a vasúti dolgozónak végig kell mennie az egész szerelvény mentén, alá kell másznia minden kocsihoz, és át kell állítania az üzemmódkapcsolót a megfelelő pozícióba. A működtető tapasztalatai szerint ez nem mindig történik meg. A túlzott fékcilinderszivattyúzás üres kocsik esetén csúszást, a fékezés hatékonyságának csökkenését és a kerékpárok károsodását okozhatja. Ilyen helyzetek elkerülése érdekében a teherkocsikon a légelosztó és a fékcilinder közé egy úgynevezett automatikus üzemmódot (AU), amely mechanikusan érzékeli a kocsi tömegét és fokozatosan szabályozza a fékcilinder maximális nyomását. Ha a kocsi automatikus üzemmóddal van felszerelve, akkor az üzemmódkapcsolót a BR-en „terhelt” állásba állítják.

A fékezés általában fokozatosan történik. A fékcső minimális leeresztési fokozata a VR483 esetében 0,06 — 0,08 MPa. Ekkor a fék hengerekben 0,1 MPa nyomás áll be. A mozdonyvezető ilyenkor a szelepet elzárási helyzetbe állítja, amely lehetővé teszi, hogy a fékcsőben a fékezés után beállított nyomás fennmaradjon. Ha egy fokozat fékezési hatékonysága nem elegendő, akkor a következő fokozatot hajtják végre. Ekkor a levegő elosztónak már mindegy, hogy milyen tempóban történik a leeresztés — a nyomás csökkentésével bármilyen tempóban a fék hengerek kitöltése arányosan történik a nyomás csökkenésével.

A fékek teljes kioldása (a fék hengerek teljes kiürítése az egész vonaton) azzal történik, hogy a fékcső nyomását a töltőnyomás fölé emelik. A tehervonatok esetében jelentős nyomásnövelést hajtanak végre a fékcsőben a töltőnyomáshoz képest, hogy a nyomásnövelés hulláma elérje az utolsó kocsikat is. A tehervonat esetében a fékek teljes kioldása hosszú folyamat, amely akár egy percig is eltarthat.

A VR483 két kioldási módot kínál: sík és hegyvidéki. A sík módban a fékcső nyomásának emelésével a teljes, fokozat nélküli kioldás történik. A hegyvidéki módban fokozatos fékkioldás lehetséges, ami nem jelenti a fék hengerek teljes kiürítését. Ezt a módot bonyolult domborzatú pályán, nagy lejtésű szakaszokon használják.

A 483-as levegő elosztó egy rendkívül érdekes eszköz. A szerkezetének és működésének részletes elemzése külön nagy cikk témája. Itt csupán a tehervonati fék működésének általános elveit vizsgáltuk.

3. Pneumatikus fékek utasító típusú

A személyvonat fékberendezése: 1 — csatlakozó tömlő; 2 — végkrajcár; 3, 5 — csatlakozók a légpneumatikus fékvezetékhez; 4 — megállító szelepe; 6 — cső az elektromos-pneumatikus fékvezetékhez; 7 — szigetelt felfüggesztés a csatlakozó tömlőhöz; 8 — porgyűjtő; 9 — elágazás a légelosztóhoz; 10 — záró szelep; 11 — munkakamra az elektromos légelosztóhoz; TM — fékvezeték; VR — légelosztó; EVR — elektromos légelosztó; TC — fékhenger; ZR — tartaléktartály

Azonnal szembetűnik a többféle berendezés, kezdve azzal, hogy itt három megállító szelep van (egy-egy az egyes előtérben, és egy a kalauz fülkéjében), és azzal, hogy a hazai személyvonatok mind pneumatikus, mind elektromos-pneumatikus fékkel (EPF).

A figyelmes olvasó azonnal észreveszi a pneumatikus fékek irányításának legfőbb hátrányát — a fék impulzusának terjedési sebessége, amely a hang sebessége által korlátozott. A gyakorlatban ez a sebesség alacsonyabb, és 280 m/s működési, valamint 300 m/s vészfékezéskor. Ezen kívül ez a sebesség erősen függ a levegő hőmérsékletétől, és télen például alacsonyabb. Ezért a pneumatikus fékek állandó társa a működésük egyenetlensége.

A működés egyenetlensége két dolgot eredményez — jelentős hosszirányú reakciókat okoz a vonatban, valamint megnöveli a fékút hosszát. Az első nem annyira jellemző a személyszállító vonatokra, bár a kalauz fülkéjében táncoló teás- és italos üvegek senkit sem örvendeztetnek meg. A fékút növekedése viszont komoly probléma, különösen a személyszállító közlekedésben.

Ezenkívül a hazai utas levegő-elosztó, legyen az a régi 292-es vagy az új 242-es típus (amelyek, hogy is mondjam, egyre gyakoribbá válnak az utas kocsik között), mindkét készülék a híres Westinghouse hármas szelepek közvetlen utódai, és a fékcső és a tartalék tartály közötti nyomáskülönbségen működnek. A hármas szeleptől eltérően van egy átalakító üzemmódja, tehát a fokozatos fékezés lehetősége; a fékcső további leeresztésének lehetősége a fékezés során; és a vészfék gyorsító felépítményének megléte. Ezek a levegő-elosztók nem biztosítanak fokozatos elengedést – azonnal teljes elengedést adnak, amint a fékcső nyomása meghaladja a tartalék tartályban a fékezés után beállt nyomást. A fokozatos elengedés nagyon hasznos a beállító fékezések során a pontos megálláshoz a beszállóplatform mellett.

Mindkét probléma – a fékek egyenlőtlen működése és a fokozatos elengedés hiánya, a 1520 mm-es nyomtávú kocsik esetében elektromos működtetésű levegő-elosztó beépítésével oldható meg – elektromos levegő-elosztó (ÉVR), 305-ös típus.

A hazai EPT – elektromos-pneumatikus fék – közvetlen szivattyúzással, nem automatikus működéssel bír. A vontatott utasvonatoknál az EPT kétvezetékes sémával működik.

A kétvezetékes EPT struktúrális sémája: 1 – vezérlőegység a mozdonyvezető csapján; 2 – akkumulátor; 3 – statikus tápegység; 4 – ellenőrző lámpák panelje; 5 – vezérlőegység; 6 – csatlakozó terminál; 7 – csatlakozófejek a tömlőkön; 8 – szigetelt felfüggesztés; 9 – félvezető szelepek; 10 – elengedő elektromágneses szelep; 11 – fékező elektromágneses szelep.

Az egész vonaton két vezetéket húznak végig: 1. és 2. számú a rajzon. A hátulsó kocsin ezek a vezetékek elektromosan össze vannak kötve, és a létrejött hurkon 625 Hz frekvenciájú váltakozó áramot indítanak. Ezt az EPT vezérlővonal sértetlenségének ellenőrzésére végzik. Ha a vezeték megszakad, a váltakozó áramkör megszakad, a mozdonyvezető jelet kap a vezérlő lámpa „O” (elengedés) kialvásával a fülkében.

A vezetés folyamatos egyenárammal történik, különböző polaritásokkal. Ilyenkor a nullpotenciállal rendelkező vezetékek a sínek. Amikor pozitív (a sínhez képest) feszültséget alkalmaznak az EPT vezetékére, mindkét elektromágneses szelep működésbe lép, amely az elektromos légelosztóban található: a kioldó (OV) és a fékező (TV). Az első elszigeteli az elektromos légelosztó munkakamráját a légkörtől, a második a tartalék tartályból tölti fel. Ezt követően bekapcsolódik az EWR-ben elhelyezett nyomásrelé, amely a munkakamra és a fékezési henger közötti nyomáskülönbségen működik. Ha a munkakamrában a nyomás meghaladja a fékezési henger nyomását, a tartalék tartályból levegőt juttat a fékezési hengerbe, amíg elérjük a munkakamrában már elért nyomást.

Ha negatív potenciált alkalmazunk a vezetékhez, a fékező szelep kikapcsol, mivel a dióda elvágja az áramot. Csak a kioldó szelep marad aktív, amely fenntartja a nyomást a munkakamrában. Így valósul meg a záróhelyzet.

Ha a feszültség eltávolodik, a kioldó szelep elveszíti az áramellátást, és megnyitja a munkakamrát a légkör felé. Ha a nyomás csökken a munkakamrában, a nyomásrelé levegőt enged ki a fékező hengerekből is. Ha a gépkocsivezető a rövid szünet után ismét záróhelyzetbe állítja a csapot, a munkakamrában a nyomáscsökkenés megáll, és a fékezési hengerből történő levegőelvezetés is leáll. Így lehetővé válik a fék lépcsőzetes kioldása.

Mi történik, ha megszakad a vezeték? Helyes — az EPT kiold. Ezért ez a fék (a hazai járműveken) nem automatikus. Ha az EPT meghibásodik, a gépkocsivezető lehetőséget kap arra, hogy átálljon a fékek pneumatikus vezérlésére.

Az EPT a fékszelepek egyidejű feltöltésével és kiürítésével működik az egész vonat mentén. A feltöltés és kiürítés tempója meglehetősen magas - 0,1 MPa másodpercenként. Az EPT kimeríthetetlen féknek számít, mivel működése közben a szokásos levegőelosztó lazító üzemmódban van, és a fékrendszer tartályait táplálja a fékrendszeri csőből, amely viszont a mozdonyszerelvényt a fő tartályokból látja el. Így az EPT-vel bármilyen gyakorisággal lehet fékezni, amely szükséges a fékek gyors irányításához. A fokozatos lazítás lehetővé teszi a vonat sebességének nagyon pontos és sima irányítását.

A személyszállító vonat fékeinek pneumatikus vezérlése alig különbözik a tehervonatok fékrendszerétől. Vannak különbségek a vezérlési módszerekben, például a pneumatikus fék lazítása a töltőnyomásig történik, túlnyomás nélkül. Általánosságban elmondható, hogy a személyszállító vonat fékrendszerében a túlnyomás komoly problémákhoz vezethet, ezért az EPT teljes lazításakor a fékrendszeri nyomás maximálisan 0,02 MPa-val haladhatja meg a beállított töltőnyomást.

A fékezés során a személyszállító fék TM minimális kisülési mélysége 0,04 - 0,05 MPa, miközben a fékzőhengerekben 0,1 - 0,15 MPa nyomás keletkezik. A személyszállító kocsik fékzőhengerében a maximális nyomás a tartalék tartály térfogatától függ, és általában nem haladja meg a 0,4 MPa-t.

Zárás

Most szeretnék szólni néhány kommentelőhöz, akiket meglep (és véleményem szerint még fel is háborít, de ezt nem merném állítani) a vonat fékének összetettsége. A kommentekben javasolják az autós sémát energiatárolókkal. Természetesen a kanapéról vagy az irodai számítógépes székről, a böngésző ablakán keresztül sok probléma nyilvánvalóbbnak és nyilvánvalóbb megoldásnak tűnik, de hadd jegyezzem meg, hogy a valós világban hozott legtöbb műszaki megoldás világos indoklással bír.

Ahogy már említettem, a légfékrendszer legfőbb problémája a vonatban a fékerő csökkenése a fékcső hosszú (akár 1,5 km egy 100 kocsiból álló vonatnál) szakaszán – a fékhullám miatt. A fékhullám gyorsításához szükséges egy kiegészítő levezetés, amit a levegőelosztó végez el. Ha nem lesz levegőelosztó, akkor kiegészítő levezetés sem lesz. Tehát az energiatárolókkal rendelkező fékek nyilvánvalóan gyengébben fognak működni a megbízhatóság szempontjából, visszavezetve minket a Westinghouse korába. A tehervonat nem teherautó, itt más méretek és más fékrendszer-irányítási elvek vannak. Biztos vagyok benne, hogy ez nem véletlen, és a világ féktudományának irányvonalát nem alaptalanul alakították így, ami ehhez a fajta konstrukcióhoz vezetett. Pont.

Ez a cikk egyfajta áttekintés a modern járművek fékrendszereiről. A ciklus következő cikkeiben részletesebben foglalkozom mindegyikkel. Megtudjuk, milyen eszközöket használnak a fékek irányítására, hogyan működnek a levegőelosztók. Részletesebben megvizsgáljuk a regeneratív és reosztát fékezés kérdéseit. És természetesen áttekintjük a nagysebességű szállítás fékeit is. Köszönöm a figyelmet, hamarosan találkozunk!

P.S.: Barátok! Külön köszönetet szeretnék mondani a sok személyes üzenetért, amikben jeleztétek a cikkben található hibákat és elgépeléseket. Igen, bűnös vagyok, aki nem barátkozik az orosz nyelvvel, és zavaromban összekeverem a billentyűket. Próbáltam javítani a megjegyzéseiteket.

Forrás: habr.com