Hreyfiorka Sapsan á hámarkshraða er yfir 1500 megjóúl. Til að stöðva algjörlega þarf allt þetta að vera dreift með hemlabúnaði.

Það var eitthvað bað mig að útskýra þetta efni nánar hérna á Habré. Hér eru birtar töluvert margar yfirlitsgreinar um járnbrautarefni, en ekki hefur enn verið fjallað ítarlega um þetta efni. Ég held að það væri nokkuð áhugavert að skrifa grein um þetta og kannski fleiri en eina. Því bið ég um kött þeirra sem hafa áhuga á því hvernig hemlakerfi járnbrautasamgangna eru hönnuð og af hvaða ástæðum þau eru hönnuð með þessum hætti.

1. Saga um útlit loftbremsu

Verkefnið við að stjórna hvaða ökutæki sem er felur í sér að stjórna hraða þess. Járnbrautarsamgöngur eru engin undantekning; þar að auki kynna hönnunareiginleikar þess veruleg blæbrigði í þessu ferli. Lestin samanstendur af miklum fjölda samtengdra vagna og kerfið sem myndast hefur umtalsverða lengd og þyngd á mjög viðeigandi hraða.

A-priory, bremsur eru sett af tækjum sem eru hönnuð til að búa til gervi, stillanlega mótstöðukrafta sem notaðir eru til að draga úr hraða ökutækis með stjórntækum hætti.

Augljósasta leiðin á yfirborðinu til að búa til hemlunarkraft er að nota núning. Frá upphafi til dagsins í dag hafa núningshemlar verið notaðir. Sérstök tæki - bremsuklossar, úr efni með háan núningsstuðul, eru vélrænt þrýst á rúlluflöt hjólsins (eða á móti sérstökum diskum sem festir eru á ás hjólabúnaðarins). Núningskraftur myndast á milli klossanna og hjólsins sem skapar hemlunarátak.

Hemlunarkrafturinn er stilltur með því að breyta kraftinum við að þrýsta klossunum á hjólið - bremsuþrýstingur. Eina spurningin er hvaða drif er notað til að þrýsta á klossana og að hluta til er saga bremsunnar þróunarsaga þessa drifs.

Fyrstu járnbrautarhemlar voru vélrænir og voru handvirkir, sérstaklega á hverjum vagni af sérstökum mönnum - bremsum eða leiðurum. Leiðararnir voru staðsettir á svokölluðum bremsupöllum sem hver bíll var búinn og bremsuðu þeir við merki eimreiðarstjórans. Merkjaskipti milli ökumanns og leiðara fóru fram með sérstöku merkjareipi sem strekkt var meðfram allri lestinni sem kveikti á sérstakri flautu.

Vintage tveggja ása vöruvagn með bremsuklossa. Handbremsuhnappur sýnilegur


Vélknúin bremsa sjálf hefur lítið afl. Magn bremsuþrýstings var háð styrkleika og handlagni leiðarans. Að auki truflaði mannlegi þátturinn virkni slíks hemlakerfis - leiðarar sinntu ekki alltaf skyldum sínum rétt. Ekki þurfti að fjölyrða um mikla afköst slíkra hemla, sem og aukningu á hraða lesta sem eru búnar þeim.

Frekari þróun bremsunnar krafðist í fyrsta lagi aukningar á hemlaþrýstingi og í öðru lagi möguleika á fjarstýringu á öllum bílum frá vinnustað ökumanns.

Vökvadrifið sem notað er í bifreiðahemlum hefur orðið útbreitt vegna þess að það veitir háþrýsting með þéttum stýrisbúnaði. Hins vegar, þegar slíkt kerfi er notað í lest, mun aðal galli þess birtast: þörfin fyrir sérstakan vinnuvökva - bremsuvökva, leki sem er óviðunandi. Hin mikla lengd bremsuvökvalína í lest, ásamt miklum kröfum um þéttleika þeirra, gerir það ómögulegt og óskynsamlegt að búa til vökvakerfi járnbrautarhemla.

Annað er pneumatic drifið. Notkun háþrýstilofts gerir það mögulegt að fá háan bremsuþrýsting með ásættanlegum stærðum á stýrisbúnaði - bremsuhólka. Það er enginn skortur á vinnuvökva - loftið er allt í kringum okkur og jafnvel þó að það leki vinnuvökva úr bremsukerfinu (og það gerir það svo sannarlega), þá er hægt að fylla á hann tiltölulega auðveldlega.

Einfaldasta bremsukerfið sem notar þjappað loftorku er beinvirk ósjálfvirk bremsa

Skýringarmynd af beinvirkri ósjálfvirkri bremsu: 1 - þjöppu; 2 - aðaltankur; 3 - framboðslína; 4 - lestarkrani ökumanns; 5 - bremsulína; 6 — bremsuhólkur; 7 — losa vor; 8, 9 — vélræn bremsusending; 10 - bremsuklossi.


Til þess að stjórna slíkri bremsu þarf framboð af þrýstilofti, geymt á eimreiðin í sérstökum tanki sem kallast aðallón (2). Inndæling lofts í aðaltankinn og viðhaldið stöðugum þrýstingi í honum fer fram þjöppu (1), knúin áfram af eimreiðarafstöðinni. Þjappað lofti er veitt til bremsustýringa í gegnum sérstaka leiðslu sem kallast næringargildi (NM) eða þrýstingi þjóðvegur (3).

Bremsum bílanna er stýrt og þrýstilofti er veitt til þeirra í gegnum langa leiðslu sem liggur í gegnum alla lestina og kallast bremsulína (TM) (5). Þegar þjappað loft er veitt í gegnum TM fyllist það bremsuhólkar (TC) (6) tengdur beint við TM. Þjappað loft þrýstir á stimpilinn og þrýstir bremsuklossunum 10 á móti hjólunum, bæði á eimreiðinni og á bílunum. Hemlun á sér stað.

Að hætta að bremsa, þ.e frí bremsur, það er nauðsynlegt að losa loft frá bremsulínunni út í andrúmsloftið, sem mun leiða til þess að bremsubúnaðurinn snúi aftur í upprunalega stöðu vegna krafts losunarfjaðranna sem eru settir upp í TC.

Til að hemla er nauðsynlegt að tengja bremsulínuna (TM) við straumlínuna (PM). Fyrir frí skaltu tengja bremsulínuna við andrúmsloftið. Þessar aðgerðir eru framkvæmdar af sérstöku tæki - lestarkrani bílstjóra (4) - þegar hemlað er, tengir það PM og PM, þegar það er sleppt, aftengir það þessar leiðslur og losar samtímis loft frá PM út í andrúmsloftið.

Í slíku kerfi er þriðja millistaða krana ökumanns - afturþak þegar PM og TM eru aðskilin, en losun lofts frá TM út í andrúmsloftið á sér ekki stað, einangrar krani ökumanns það algjörlega. Þrýstingurinn sem safnast upp í TM og TC er viðhaldið og tíminn sem honum er haldið á settu stigi ræðst af magni loftleka í gegnum ýmsa leka, sem og hitaviðnám bremsuklossanna, sem hitna við núning gegn dekkin á hjólinu. Með því að setja það í loftið bæði meðan á hemlun stendur og meðan á losun stendur er hægt að stilla hemlunarkraftinn í skrefum. Þessi gerð bremsa veitir bæði þrepahemlun og þrepalosun.

Þrátt fyrir einfaldleika slíks bremsukerfis er banvænn galli á því - þegar lestin er aftengd brotnar bremsulínan, loft sleppur úr henni og lestin stendur eftir bremsulaus. Það er af þessari ástæðu að slík bremsa er ekki hægt að nota í járnbrautarflutningum, kostnaðurinn við bilun hennar er of hár. Jafnvel án lestarrofs, ef það er mikill loftleki, mun bremsuvirknin minnka.

Byggt á ofangreindu kemur fram sú krafa að lestarhemlun komi ekki af stað með aukningu, heldur af lækkun á þrýstingi í TM. En hvernig á þá að fylla bremsuhólkana? Þetta gefur tilefni til seinni kröfunnar - hver eining á hreyfingu í lestinni verður að geyma framboð af þrýstilofti, sem þarf að fylla á strax eftir hverja hemlun.

Verkfræðihugsun í lok 1872. aldar komst að svipuðum niðurstöðum, sem leiddi til þess að George Westinghouse bjó til fyrstu sjálfvirku járnbrautarhemlana árið XNUMX.

Westinghouse bremsubúnaður: 1 - þjöppu; 2 - aðaltankur; 3 - framboðslína; 4 - lestarkrani ökumanns; 5 - bremsulína; 6 - loftdreifir (þrífaldur loki) Westinghouse kerfisins; 7 — bremsuhólkur; 8 — varatankur; 9 - stöðvunarventill.

Myndin sýnir uppbyggingu þessarar bremsu (Mynd a - notkun bremsunnar við losun; b - notkun bremsunnar við hemlun). Aðalþáttur Westigauze bremsunnar var bremsudreifir eða eins og það er stundum kallað, þrefaldur loki. Þessi loftdreifari (6) er með viðkvæmt líffæri - stimpil sem starfar á mismuninum á milli tveggja þrýstings - í bremsulínunni (TM) og varageyminum (R). Ef þrýstingurinn í TM verður minni en í TC, þá færist stimpillinn til vinstri og opnar leið fyrir loft frá CM til TC. Ef þrýstingurinn í TM verður meiri en þrýstingurinn í SZ færist stimpillinn til hægri, tengir TC við andrúmsloftið og tengir um leið TM og SZ og tryggir að það síðarnefnda sé fyllt með þjappað lofti frá kl. TM.

Þannig að ef þrýstingurinn í TM minnkar af einhverjum ástæðum, hvort sem það er aðgerðir ökumanns, óhóflegur loftleki frá TM eða lestarrof, munu bremsurnar virka. Það er, svona bremsur hafa sjálfvirk aðgerð. Þessi eiginleiki bremsunnar gerði það að verkum að hægt var að bæta við öðrum möguleika til að stjórna lestarhemlum, sem er notaður í farþegalestum enn þann dag í dag - neyðarstöðvun lestar af farþega með því að miðla bremsulínunni við andrúmsloftið í gegnum sérstakan loka - neyðarbremsa (9).

Fyrir þá sem kannast við þennan eiginleika bremsukerfis lestarinnar er fyndið að horfa á kvikmyndir þar sem fræga þjófar-kúrekar taka vagn með gulli úr lest. Til þess að það sé hægt verða kúrekarnir áður en þeir eru teknir úr sambandi að loka fyrir endalokum á bremsulínunni sem skilja bremsulínuna frá tengislöngunum á milli bíla. En þeir gera það aldrei. Aftur á móti hafa lokar lokar oftar en einu sinni valdið hræðilegum hamförum í tengslum við bremsubilun, bæði hér (Kamensk 1987, Eral-Simskaya 2011) og erlendis.

Vegna þess að fylling bremsuhólkanna á sér stað frá auka uppsprettu þjappaðs lofts (varatankur), án möguleika á stöðugri áfyllingu, er slík bremsa kölluð óbeint verkandi. Hleðsla á bremsunni með þjappað lofti á sér stað aðeins þegar bremsan er sleppt, sem leiðir til þess að með tíðri hemlun fylgt eftir með losun, ef það er ekki nægur tími eftir losun, mun bremsan ekki hafa tíma til að hlaða upp að nauðsynlegum þrýstingi. Þetta getur leitt til þess að bremsan verður algjörlega tæmandi og stjórn á bremsum lestarinnar tapast.

Pneumatic bremsa hefur einnig annan galla sem tengist því að þrýstingsfallið í bremsulínunni, eins og hvers kyns truflun, breiðist út í loftinu á háum, en samt endanlegum, hraða - ekki meira en 340 m/s. Af hverju ekki meira? Vegna þess að hljóðhraði er tilvalinn. En í pneumatic lestarkerfinu eru ýmsar hindranir sem draga úr útbreiðsluhraða þrýstingsfallsins sem tengist andstöðu við loftflæði. Þess vegna, nema sérstakar ráðstafanir séu gerðar, verður hraði þrýstingslækkunar í TM minni, því lengra sem bíllinn er frá eimreiminni. Í tilviki Westinghouse bremsunnar, hraði svokallaðs hemlunarbylgja fer ekki yfir 180 - 200 m/s.

Hins vegar gerði tilkoma pneumatic bremsa mögulegt að auka bæði kraft bremsanna og skilvirkni stjórnunar þeirra beint frá vinnustað ökumanns.Þetta var öflugur hvati fyrir þróun járnbrautasamgangna og jók hraða og þyngd á lestum, og þar af leiðandi stóraukin vöruvelta á járnbrautinni, lengd járnbrauta um allan heim.

George Westinghouse var ekki aðeins uppfinningamaður, heldur einnig framtakssamur kaupsýslumaður. Hann fékk einkaleyfi á uppfinningu sinni árið 1869, sem gerði honum kleift að hefja fjöldaframleiðslu á bremsubúnaði. Nokkuð fljótt varð Westinghouse bremsan útbreidd í Bandaríkjunum, Vestur-Evrópu og rússneska heimsveldinu.

Í Rússlandi var Westinghouse-bremsan við lýði fram að októberbyltingunni og í nokkuð langan tíma eftir hana. Westinghouse-fyrirtækið byggði sína eigin bremsuverksmiðju í Sankti Pétursborg og hrakti einnig keppinauta af rússneska markaðnum. Hins vegar hafði Westinghouse bremsan ýmsa grundvallarókosti.

Í fyrsta lagi veitti þessi bremsa aðeins tvær aðgerðastillingar: hemlun þar til bremsuhólkarnir eru alveg fylltir, og frí — tæma bremsuhólka. Það var ómögulegt að búa til millistig af bremsuþrýstingi með langtímaviðhaldi þess, það er að Westinghouse bremsa var ekki með stillingu afturþak. Þetta leyfði ekki nákvæma stjórn á lestarhraðanum.

Í öðru lagi virkaði bremsa Westinghouse ekki vel í löngum lestum og þó að það mætti ​​einhvern veginn þola það í farþegaumferð, komu upp vandamál í vöruflutningum. Manstu eftir bremsubylgjunni? Þannig að Westinghouse bremsan hafði ekki burði til að auka hraðann og í langri lest gæti þrýstingslækkunin í bremsuvökvanum á síðasta bílnum byrjað of seint og á hraða sem er umtalsvert lægri en í höfuðið á bílnum. lest, sem skapaði villtan ójafnan gang hemlabúnaðar þvert á lestina.

Það verður að segjast eins og er að öll starfsemi Westinghouse-fyrirtækisins, bæði í Rússlandi á þeim tíma og um allan heim, er rækilega mettuð af kapítalískum ilm einkaleyfastríðs og ósanngjarnrar samkeppni. Þetta er það sem tryggði svo ófullkomnu kerfi svo langt líf, að minnsta kosti á því sögulega tímabili.

Með öllu þessu ber að viðurkenna að Westinghouse bremsan lagði grunninn að bremsuvísindum og meginreglan um rekstur hennar hefur haldist óbreytt í bremsum nútíma hjólabúnaðar.

2. Frá Westinghouse bremsunni til Matrosov bremsunnar - myndun innlendra bremsuvísinda.

Næstum strax eftir að Westinghouse-bremsan kom fram og göllum hennar varð ljóst, komu upp tilraunir til að bæta þetta kerfi eða búa til annað, í grundvallaratriðum nýtt. Landið okkar var engin undantekning. Í upphafi 20. aldar hafði Rússland þróað net járnbrauta sem gegndi mikilvægu hlutverki við að tryggja efnahagslega þróun og varnargetu landsins. Aukin skilvirkni flutninga tengist auknum hraða hreyfingar þeirra og massa farms sem fluttur er samtímis, sem þýðir að mál um að bæta hemlakerfi hafa verið brýn uppi.

Mikilvægur hvati fyrir þróun bremsuvísinda í RSFSR og síðar Sovétríkjunum var minnkandi áhrif vestræns fjármagns, einkum Westinghouse-fyrirtækisins, á þróun innlends járnbrautaiðnaðar eftir október 1917.

F.P. Kazantsev (til vinstri) og I.K. Sjómenn (til hægri) - höfundar innlendrar járnbrautarbremsu


Fyrsta merkið, fyrsta alvarlega afrek ungra innlendra bremsuvísinda, var þróun verkfræðingsins Florenty Pimenovich Kazantsev. Árið 1921 lagði Kazantsev til kerfi beinvirk sjálfvirk bremsa. Skýringarmyndin hér að neðan lýsir öllum helstu hugmyndum sem Kazantsev kynnti, og tilgangur hennar er að útskýra grundvallarreglur um notkun endurbættrar sjálfvirku bremsunnar

Beinvirk sjálfvirk bremsa: 1 - þjöppu; 2 - aðaltankur; 3 - framboðslína; 4 - lestarkrani ökumanns; 5 — lekabúnaður fyrir bremsulínur; 6 — bremsulína; 7 - tengja bremsuslöngur; 8 - endaloki; 9 - stöðvunarventill; 10 - eftirlitsventill; 11 — varatankur; 12 - loftdreifingaraðili; 13 — bremsuhólkur; 14 — bremsudreifing.


Þannig að fyrsta meginhugmyndin er sú að þrýstingnum í TM sé stjórnað óbeint - með lækkun/hækkun á þrýstingi í sérstöku lóni sem kallast bylgjutankur (UR). Það er sýnt á myndinni hægra megin við krana ökumanns (4) og ofan á aflgjafabúnaðinum fyrir leka frá TM (5). Tæknilega er miklu auðveldara að tryggja þéttleika þessa lóns en þéttleika bremsulínunnar - pípa sem nær nokkurra kílómetra að lengd og liggur í gegnum alla lestina. Hlutfallslegur stöðugleiki þrýstings í UR gerir það mögulegt að viðhalda þrýstingi í TM, með því að nota þrýstinginn í UR sem viðmiðunar. Reyndar opnar stimpillinn í tækinu (5) þegar þrýstingurinn í TM minnkar, lokann sem fyllir TM frá aðveitulínunni og heldur þannig þrýstingi í TM sem er jafn þrýstingnum í UR. Þessi hugmynd átti enn langt í land í þróun, en nú var þrýstingurinn í TM ekki háður tilvist ytri leka frá því (upp að vissum mörkum). Tæki 5 flutti yfir í krana rekstraraðila og er þar, í breyttri mynd, enn þann dag í dag.

Önnur mikilvæg hugmynd sem liggur að baki hönnun þessarar tegundar bremsa er aflgjafinn frá bremsuvökvanum í gegnum afturlokann 10. Þegar þrýstingurinn í bremsulokanum fer yfir þrýstinginn í bremsulokanum opnast þessi loki og fyllir lokann úr bremsunni. vökvi. Þannig er sífellt fyllt á leka úr forðageyminum og bremsan klárast ekki.

Þriðja mikilvæga hugmyndin sem Kazantsev lagði til er hönnun loftdreifingaraðila sem starfar á mismuninum á ekki tveimur þrýstingi, heldur þremur - þrýstingi í bremsulínunni, þrýstingi í bremsuhólknum og þrýstingi í sérstöku vinnuhólfinu (WC), sem, við losun, er veitt með þrýstingi frá bremsulínunni, ásamt varatanki. Í hemlunarstillingu er hleðsluþrýstingurinn aftengdur frá varageyminum og bremsulínunni og viðheldur gildi upphafshleðsluþrýstings. Þessi eiginleiki er mikið notaður í bremsum á hjólabúnaði, bæði til að losa í skrefum og til að stjórna einsleitni fyllingar TC meðfram lestinni í vöruflutningalestum, þar sem vinnuhólfið þjónar sem staðall fyrir upphaflega hleðsluþrýstinginn. Miðað við verðmæti þess er hægt að veita skrefsviss losun og skipuleggja fyrri fyllingu verslunarmiðstöðvarinnar í skottinu. Ég mun skilja eftir ítarlega lýsingu á þessum hlutum fyrir aðrar greinar um þetta efni, en í bili segi ég bara að verk Kazantsevs þjónaði sem hvatning fyrir þróun vísindaskóla í okkar landi, sem leiddi til þróunar frumlegs efnis. bremsukerfi hjólabúnaðar.

Annar sovéskur uppfinningamaður sem hafði róttæk áhrif á þróun innlendra bremsubúnaðar var Ivan Konstantinovich Matrosov. Hugmyndir hans voru ekki í grundvallaratriðum frábrugðnar hugmyndum Kazantsevs, hins vegar sýndu síðari rekstrarprófanir á Kazantsev og Matrosov bremsukerfum (ásamt öðrum bremsukerfum) verulega yfirburði annars kerfisins hvað varðar frammistöðueiginleika þegar það var notað fyrst og fremst á vöruflutningalestum. Þannig er Matrosov bremsa með loftdreifara skilyrt. 320 varð grundvöllur frekari þróunar og hönnunar hemlabúnaðar fyrir 1520 mm járnbrautir. Nútíma sjálfvirk bremsa sem notuð er í Rússlandi og CIS löndunum getur réttilega borið nafn Matrosov bremsunnar, þar sem hún gleypti, á upphafsstigi þróunar þess, hugmyndir og hönnunarlausnir Ivan Konstantinovich.

Í stað þess að niðurstöðu

Hver er niðurstaðan? Vinna við þessa grein sannfærði mig um að efnið sé verðugt röð greina. Í þessari tilraunagrein snertum við sögu þróunar bremsubúnaðar. Hér á eftir munum við fara í safaríkar upplýsingar, ekki aðeins snerta innlenda bremsuna, heldur einnig þróun samstarfsmanna frá Vestur-Evrópu, með áherslu á hönnun bremsa af ýmsum gerðum og gerðum akstursþjónustu. Svo ég vona að efnið verði áhugavert og sjáumst aftur á miðstöðinni!

Takk fyrir athyglina!

Heimild: www.habr.com