A Sapsan kinetikus energiája maximális sebességnél meghaladja az 1500 megajoule-t. A teljes leálláshoz a fékberendezéseknek mindezt el kell oszlatniuk.
Ez ügy volt itt a Habrén. Meglehetősen sok áttekintő cikk jelenik meg itt vasúti témában, de ezt a témát még nem részleteztük. Szerintem nagyon érdekes lenne egy cikket írni erről, és talán többet is. Ezért azoknak a macskáját kérem, akiket érdekel, hogy a vasúti közlekedés fékrendszereit hogyan alakítják ki, milyen okokból alakítják ki így.
1. A légfék története
Bármely jármű irányításának feladata magában foglalja a sebesség szabályozását. Ez alól a vasúti közlekedés sem kivétel, ráadásul tervezési sajátosságai is jelentős árnyalatokat hoznak ebbe a folyamatba. A vonat nagyszámú összekapcsolt kocsiból áll, és az így létrejövő rendszer jelentős hosszúságú és tömegű, nagyon tisztességes sebesség mellett.
A-priory, A fékek olyan eszközök összessége, amelyek mesterséges, állítható ellenállási erők létrehozására szolgálnak, amelyek segítségével szabályozhatóan csökkenthető a jármű sebessége.
A felszínen a fékerő létrehozásának legkézenfekvőbb módja a súrlódás. A kezdetektől a mai napig súrlódó fékeket használnak. Speciális eszközök - a nagy súrlódási tényezőjű anyagból készült fékbetétek mechanikusan a kerék gördülő felületéhez (vagy a kerékpár tengelyére szerelt speciális tárcsákhoz) vannak nyomva. A betétek és a kerék között súrlódási erő keletkezik, amely fékezőnyomatékot hoz létre.
A fékezőerőt a fékezőbetétek kerékhez nyomó erejének változtatásával lehet beállítani - féknyomás. A kérdés csak az, hogy milyen meghajtással nyomják a betéteket, és részben a fékek története ennek a hajtásnak a fejlődésének története.
Az első vasúti fékek mechanikusak voltak, és kézzel, minden kocsin külön-külön, speciális emberek - fékezők vagy vezetők - működtették. A vezetők az úgynevezett fékplatformokon helyezkedtek el, amelyekkel minden kocsi fel volt szerelve, és a mozdonyvezető jelzésére fékeztek. A mozdonyvezető és a konduktorok közötti jelzéscserét egy speciális, az egész vonaton kifeszített jelzőkötél segítségével végezték, amely speciális sípot aktivált.
Régi kéttengelyes teherkocsi fékbetéttel. Kézifék gomb látható
Maga a mechanikus hajtású fék kevés erővel bír. A féknyomás mértéke a vezető erősségétől és ügyességétől függött. Ezenkívül az emberi tényező befolyásolta egy ilyen fékrendszer működését - a vezetők nem mindig végezték megfelelően feladataikat. Nem kellett beszélni az ilyen fékek nagy hatékonyságáról, valamint az ezekkel felszerelt vonatok sebességének növekedéséről.
A fékek további fejlesztése egyrészt a féknyomás növelését, másrészt a vezető munkahelyéről az összes autó távvezérlésének lehetőségét kívánta meg.
Az autófékekben használt hidraulikus hajtás elterjedtté vált, mivel kompakt hajtóművekkel nagy nyomást biztosít. Ha azonban egy ilyen rendszert vonaton használnak, megjelenik a fő hátránya: speciális munkafolyadék - fékfolyadék - szükségessége, amelynek szivárgása elfogadhatatlan. A vonatokban található fékhidraulika vezetékek nagy hossza és a szorosságukra vonatkozó magas követelmények lehetetlenné teszik és irracionálissá teszik a hidraulikus vasúti fék létrehozását.
A másik dolog a pneumatikus hajtás. A nagynyomású levegő használata lehetővé teszi nagy féknyomás elérését a működtetők - fékhengerek - elfogadható méreteivel. Munkafolyadékban nincs hiány - a levegő körülöttünk van, és még ha szivárog is a fékrendszerből a munkafolyadék (és minden bizonnyal van is), viszonylag könnyen pótolható.
A sűrített levegő energiáját használó legegyszerűbb fékrendszer az közvetlen működésű nem automatikus fék
Közvetlen működésű nem automatikus fék diagramja: 1 - kompresszor; 2 - fő tartály; 3 - tápvezeték; 4 — vezetői vonatdaru; 5 - fékvezeték; 6 — fékhenger; 7 — kioldó rugó; 8, 9 — mechanikus fékerőmű; 10 - fékbetét.
Egy ilyen fék működtetéséhez sűrített levegő utánpótlásra van szükség, amelyet a mozdonyon egy speciális tartályban, ún. fő tározó (2). Levegőt fecskendeznek be a fő tartályba, és állandó nyomást tartanak fenn benne kompresszor (1), amelyet a mozdonyerőmű hajt. A sűrített levegőt egy speciális csővezetéken keresztül juttatják a fékvezérlő berendezésekhez táplálkozási (NM) vagy nyomás autópálya (3).
A kocsik fékjeit vezérlik, és sűrített levegőt juttatnak beléjük egy hosszú, az egész vonatot átszelő csővezetéken és ún. fékvezeték (TM) (5). Ha a TM-en keresztül sűrített levegőt szállítanak, az megtelik fékhengerek (TC) (6) közvetlenül a TM-hez csatlakozik. A sűrített levegő rányomja a dugattyút, a 10 fékbetéteket a kerekekhez nyomja, mind a mozdonyon, mind a kocsikon. Fékezés történik.
A fékezés leállítására, vagyis hagy fékek esetén levegőt kell kiengedni a fékvezetékből a légkörbe, ami a TC-be szerelt kioldórugók ereje miatt a fékmechanizmusok visszatéréséhez vezet az eredeti helyzetükbe.
A fékezéshez össze kell kötni a fékvezetéket (TM) a tápvezetékkel (PM). Nyaraláshoz csatlakoztassa a fékvezetéket a légkörhöz. Ezeket a funkciókat egy speciális eszköz hajtja végre - vezetői vonatdaru (4) - fékezéskor összeköti a PM-et és a PM-et, elengedéskor ezeket a csővezetékeket leválasztja, ezzel egyidejűleg levegőt enged a PM-ből a légkörbe.
Egy ilyen rendszerben van a vezető daru harmadik, közbenső helyzete - visszatető amikor a PM és a TM szét van választva, de a levegő a TM-ből nem kerül ki a légkörbe, a vezető daru teljesen elszigeteli azt. A TM-ben és TC-ben felgyülemlett nyomást fenntartja és a beállított szinten tartásának idejét a különböző szivárgásokon keresztül kiszivárgó levegő mennyisége, valamint a fékbetétek hőellenállása határozza meg, amelyek a súrlódás során felmelegszenek. a kerékabroncsok. Fékezéskor és kioldáskor is a mennyezetbe helyezve lehetővé teszi a fékezőerő fokozatos beállítását. Ez a féktípus lépésfékezést és kioldást is biztosít.
Az ilyen fékrendszer egyszerűsége ellenére van egy végzetes hibája - amikor a vonatot lekapcsolják, a fékvezeték megreped, levegő távozik belőle, és a vonat fék nélkül marad. Emiatt egy ilyen féket nem lehet vasúti közlekedésben használni, túl magas a meghibásodási költsége. Még vonatszakadás nélkül is, ha nagy légszivárgás van, a fékhatásfoka csökken.
A fentiek alapján felmerül az a követelmény, hogy a vonatfékezést ne a TM nyomásának növelése, hanem csökkentése indítsa el. De akkor hogyan kell feltölteni a fékhengereket? Ebből adódik a második követelmény: a vonaton lévő minden mozgó egységnek sűrített levegőt kell tárolnia, amelyet minden fékezés után azonnal fel kell tölteni.
A 1872. század végén a mérnöki gondolkodás hasonló következtetésekre jutott, ami tükröződött abban is, hogy George Westinghouse XNUMX-ben megalkotta az első automatikus vasúti féket.
Westinghouse fékberendezés: 1 - kompresszor; 2 - fő tartály; 3 - tápvezeték; 4 — vezetői vonatdaru; 5 - fékvezeték; 6 — a Westinghouse rendszer levegőelosztója (hármas szelep); 7 — fékhenger; 8 — tartalék tartály; 9 - elzárószelep.
Az ábra ennek a féknek a felépítését mutatja (a ábra - a fék működése kioldás közben; b - a fék működése fékezés közben). A Westigauze fék fő eleme az volt féklevegő elosztó vagy ahogy néha nevezik, hármas szelep. Ennek a légelosztónak (6) van egy érzékeny szerve - egy dugattyú, amely két nyomás különbségére működik - a fékvezetékben (TM) és a tartalék tartályban (R). Ha a nyomás a TM-ben kisebb lesz, mint a TC-ben, akkor a dugattyú balra mozdul, megnyitva a levegőt a CM-től a TC-hez. Ha a TM-ben lévő nyomás nagyobb lesz, mint az SZ-ben lévő nyomás, a dugattyú jobbra mozdul, kommunikálva a TC-t a légkörrel, ugyanakkor kommunikálva a TM-et és az SZ-t, biztosítva, hogy az utóbbi megteljen sűrített levegővel a TM.
Így ha a nyomás a TM-ben bármilyen okból csökken, legyen az a vezető tevékenysége, túlzott légszivárgás a TM-ből vagy vonatszakadás, a fékek működni fognak. Vagyis ilyen fékeknek van automatikus cselekvés. A fék ezen tulajdonsága lehetővé tette a vonatfékek vezérlésének további lehetőségét, amelyet a személyvonatokon a mai napig használnak - a vonat vészleállítását egy utas által a fékvezetéknek a légkörrel való kommunikációjával egy speciális szelepen keresztül - vészfék (9).
Azok számára, akik ismerik a vonat fékrendszerének ezt a funkcióját, vicces filmeket nézni, ahol a tolvajok-cowboyok híresen arannyal akasztanak le egy kocsit a vonatról. Ennek érdekében a cowboyoknak a lekapcsolás előtt el kell zárniuk a fékvezeték végszelepeit, amelyek elválasztják a fékvezetéket az autók közötti összekötő tömlőktől. De soha nem teszik. Másrészt a zárt végű szelepek nem egyszer okoztak szörnyű katasztrófákat, amelyek fékhibával járnak, itthon (1987-ben Kamensk, 2011-ben Eral-Simskaya) és külföldön egyaránt.
Tekintettel arra, hogy a fékhengerek feltöltése másodlagos sűrített levegőforrásból (tartaléktartályból) történik, annak folyamatos utánpótlásának lehetősége nélkül, az ilyen féket ún. közvetetten ható. A fék sűrített levegővel történő feltöltése csak a fék felengedésekor történik, ami ahhoz vezet, hogy gyakori fékezéssel, majd kiengedéssel, ha nincs elegendő idő a kioldás után, a féknek nem lesz ideje a kívánt nyomásra feltölteni. Ez a fék teljes kimerüléséhez és a vonat fékrendszere feletti uralmának elvesztéséhez vezethet.
A pneumatikus féknek van egy másik hátránya is, amely azzal kapcsolatos, hogy a fékvezetékben a nyomásesés, mint minden zavar, nagy, de még mindig véges sebességgel terjed a levegőben - legfeljebb 340 m/s. Miért nem több? Mert a hangsebesség ideális. De a vonat pneumatikus rendszerében számos akadály van, amelyek csökkentik a légáramlással szembeni ellenállással összefüggő nyomásesés terjedési sebességét. Ezért, ha nem tesznek különleges intézkedéseket, minél távolabb van a kocsi a mozdonytól, annál kisebb lesz a nyomáscsökkentés mértéke a TM-ben. A Westinghouse féknél a sebesség az ún fékhullám nem haladja meg a 180-200 m/s sebességet.
A pneumatikus fék megjelenése azonban lehetővé tette a fékek teljesítményének és vezérlésének hatékonyságának növelését közvetlenül a vezető munkahelyéről, ami erőteljes lendületet adott a vasúti közlekedés fejlődésének, növelve a fékek sebességét és tömegét. vonatok, és ennek következtében a vasúti áruforgalom kolosszális növekedése, a vasútvonalak hosszának növekedése világszerte.
George Westinghouse nemcsak feltaláló volt, hanem vállalkozó szellemű üzletember is. Találmányát még 1869-ben szabadalmaztatta, ami lehetővé tette számára a fékberendezések tömeggyártásának elindítását. A Westinghouse-fék meglehetősen gyorsan elterjedt az USA-ban, Nyugat-Európában és az Orosz Birodalomban.
Oroszországban a Westinghouse-fék uralkodott egészen az októberi forradalomig, és azt követően még sokáig. A Westinghouse cég saját fékgyárat épített Szentpéterváron, és ügyesen kiszorította a versenytársakat az orosz piacról. A Westinghouse-féknek azonban számos alapvető hátránya volt.
Először is, ez a fék csak két üzemmódot biztosított: fékezés amíg a fékhengerek teljesen fel nem töltődnek, és vakáció — a fékhengerek ürítése. A hosszan tartó karbantartással nem lehetett köztes féknyomást létrehozni, vagyis a Westinghouse féken nem volt mód visszatető. Ez nem tette lehetővé a vonat sebességének pontos szabályozását.
Másodszor, a Westinghouse-fék nem működött jól a hosszú vonatokon, és bár ez a személyforgalomban valahogy elviselhető volt, a teherforgalomban problémák adódtak. Emlékszel a fékhullámra? Így a Westinghouse féknek nem volt módja a sebesség növelésére, és egy hosszú vonatnál a fékfolyadék nyomásának csökkenése az utolsó kocsiban túl későn kezdődhetett, és lényegesen kisebb ütemben, mint a kocsi elején. vonat, ami a fékberendezések vad egyenetlen működését eredményezte a vonaton keresztül.
Azt kell mondanunk, hogy a Westinghouse vállalat minden tevékenysége, mind Oroszországban, mind az egész világon, alaposan át van telítve a szabadalmi háborúk és a tisztességtelen verseny kapitalista illatával. Ez az, ami egy ilyen tökéletlen rendszernek ilyen hosszú élettartamot biztosított, legalábbis abban a történelmi időszakban.
Mindezek mellett el kell ismerni, hogy a Westinghouse fék lerakta a féktudomány alapjait, és működési elve változatlan maradt a modern járműfékekben.
2. A Westinghouse-féktől a Matrosov-fékig - a hazai féktudomány kialakulása.
A Westinghouse-fék megjelenése és hiányosságainak felismerése után szinte azonnal kísérletek merültek fel ennek a rendszernek a fejlesztésére, vagy egy másik, alapvetően új létrehozására. Hazánk sem volt kivétel. A XNUMX. század elején Oroszország fejlett vasúthálózattal rendelkezett, amely jelentős szerepet játszott az ország gazdasági fejlődésének és védelmi képességének biztosításában. A szállítás hatékonyságának növelése a mozgás sebességének és az egyidejűleg szállított rakomány tömegének növekedésével jár, ami azt jelenti, hogy sürgősen felmerültek a fékrendszerek fejlesztésének kérdései.
Az RSFSR-ben, majd a Szovjetunióban a féktudomány fejlődésének jelentős lendülete volt, hogy 1917 októbere után csökkent a nagy nyugati tőke, különösen a Westinghouse cég befolyása a hazai vasúti ipar fejlődésére.
F.P. Kazantsev (balra) és I.K. Matrózok (jobbra) - a hazai vasúti fék alkotói
Az első jel, a fiatal hazai féktudomány első komoly eredménye Florenty Pimenovich Kazantsev mérnök fejlesztése volt. 1921-ben Kazantsev javasolt egy rendszert közvetlen működésű automatikus fék. Az alábbi diagram leírja az összes főbb ötletet, amelyet nemcsak Kazantsev mutatott be, és célja, hogy elmagyarázza a továbbfejlesztett automatikus fék működésének alapelveit.
Közvetlen működésű automatikus fék: 1 - kompresszor; 2 - fő tartály; 3 - tápvezeték; 4 — vezetői vonatdaru; 5 — fékvezeték szivárgást ellátó berendezés; 6 — fékvezeték; 7 — féktömlők csatlakoztatása; 8 - végszelep; 9 - elzárószelep; 10 - visszacsapó szelep; 11 — tartalék tartály; 12 — levegőelosztó; 13 — fékhenger; 14 — fékkaros sebességváltó.
Tehát az első fő gondolat az, hogy a TM-ben lévő nyomást közvetetten szabályozzák - egy speciális tartályban, az ún. kiegyenlítő tartály (UR). Az ábrán a vezető csapjától (4) jobbra és a tápegység tetején látható a TM szivárgása esetén (5). Ennek a tározónak a sűrűsége műszakilag sokkal könnyebben biztosítható, mint a fékvezeték sűrűsége – egy több kilométer hosszúságú cső, amely az egész vonaton áthalad. A nyomás viszonylagos stabilitása az UR-ban lehetővé teszi a nyomás fenntartását a TM-ben, az UR-ban lévő nyomást referenciaként használva. Valójában az (5) eszközben lévő dugattyú, amikor a nyomás csökken a TM-ben, kinyitja a szelepet, amely a TM-et a tápvezetékből tölti meg, ezáltal a TM-ben a nyomást az UR-ban lévő nyomással egyenlő mértékben tartja fenn. Ennek az ötletnek még hosszú utat kellett megtennie a fejlesztésben, de most a TM-ben uralkodó nyomás nem függött a külső szivárgások jelenlététől (bizonyos határokig). Az 5-ös eszköz átkerült a kezelő darujába, és módosított formában a mai napig ott van.
Egy másik fontos ötlet, amely az ilyen típusú fékek kialakítását alátámasztja, a fékfolyadékból a 10 visszacsapó szelepen keresztül történő áramellátás. Amikor a fékszelepben lévő nyomás meghaladja a fékszelepben lévő nyomást, ez a szelep kinyílik, és a szelepet a fékből tölti fel. folyadék. Ily módon a szivárgást folyamatosan pótolják a tartalék tartályból, és a fék nem fogy ki.
A Kazantsev által javasolt harmadik fontos ötlet egy olyan légelosztó kialakítása, amely nem két nyomás, hanem három nyomás különbségén működik - nyomás a fékvezetékben, nyomás a fékhengerben és nyomás egy speciális munkakamrában (WC), amelyet kioldáskor a fékvezeték nyomása táplál, valamint egy tartalék tartállyal. Fékezési üzemmódban a töltőnyomás le van választva a tartalék tartályról és a fékvezetékről, megtartva a kezdeti töltőnyomás értékét. Ezt a tulajdonságot széles körben alkalmazzák a gördülőállomány fékeiben mind a fokozatos kioldás biztosítására, mind pedig a TC töltésének egyenletességének szabályozására a tehervonatokban, mivel a munkakamra a kezdeti töltőnyomás szabványaként szolgál. Értéke alapján lehetőség van a farokkocsikban lévő bevásárlóközpontok lépcsőzetes felszabadítására és korábbi feltöltésének megszervezésére. Ezekről a dolgokról részletes leírást hagyok a témával foglalkozó többi cikkben, de egyelőre csak annyit mondok el, hogy Kazantsev munkája ösztönzőleg hatott egy olyan tudományos iskola kifejlődésére hazánkban, amely az eredeti tudományos iskola kifejlesztéséhez vezetett. gördülőállomány fékrendszerei.
Egy másik szovjet feltaláló, aki radikálisan befolyásolta a hazai gördülőállomány fékeinek fejlesztését, Ivan Konstantinovics Matrosov volt. Elképzelései alapvetően nem különböztek Kazantsev elképzeléseitől, azonban a Kazantsev és Matrosov fékrendszerek későbbi működési tesztjei (más fékrendszerekkel együtt) kimutatták a második rendszer jelentős fölényét a teljesítményjellemzők tekintetében, ha elsősorban tehervonatokon használták. Így a Matrosov fék légelosztóval feltételes. A 320. sz. lett az alapja az 1520 mm nyomtávú vasutak fékberendezéseinek továbbfejlesztésének és tervezésének. Az Oroszországban és a FÁK-országokban használt modern automata fék joggal viselheti a Matrosov-fék nevét, mivel fejlesztésének kezdeti szakaszában felszívta Ivan Konstantinovics ötleteit és tervezési megoldásait.
Ahelyett, hogy egy következtetés
Mi a következtetés? A cikken való munka meggyőzött arról, hogy a téma érdemes egy cikksorozatra. Ebben a kísérleti cikkben érintettük a járműfékek fejlődésének történetét. A következőkben szaftos részletekre térünk ki, érintve nemcsak a hazai féket, hanem a nyugat-európai kollégák fejlesztéseit is, kiemelve a különböző típusú és típusú gördülőállomány-szolgáltatások fékeinek kialakítását. Szóval, remélem érdekes lesz a téma, és találkozunk a hub-on!
Köszönöm a figyelmet!
Forrás: will.com