capisco , al pubblico è piaciuta la parte storica della mia storia, e quindi non è un peccato continuare.
I treni ad alta velocità come il TGV non fanno più affidamento sulla frenatura ad aria compressa
Oggi parleremo della modernità, ovvero di quali approcci alla creazione di sistemi frenanti per il materiale rotabile vengono utilizzati nel XNUMX ° secolo, che in appena un mese sta letteralmente entrando nel suo terzo decennio.
1. Classificazione dei freni del materiale rotabile
Basandosi sul principio fisico della creazione della forza frenante, tutti i freni ferroviari possono essere suddivisi in due tipologie principali: attrito, utilizzando la forza di attrito, e dinamico, utilizzando un azionamento di trazione per creare una coppia frenante.
I freni ad attrito includono freni a ganasce di tutti i modelli, compresi i freni a disco freno ferroviario magnetico, che viene utilizzato nel trasporto ad alta velocità a lungo raggio, principalmente nell'Europa occidentale. Sul binario 1520 questo tipo di freno veniva utilizzato esclusivamente sull'elettrotreno ER200. Per quanto riguarda lo stesso Sapsan, le Ferrovie russe si sono rifiutate di utilizzare un freno ferroviario magnetico, sebbene il prototipo di questo treno elettrico, il tedesco ICE3, sia dotato di tale freno.
Carrello ferroviario ICE3 con freno magnetico
Carrello del treno Sapsan
Dinamico, o meglio freni elettrodinamici includere tutti i freni, la cui azione si basa sul trasferimento dei motori di trazione alla modalità generatore (rigenerativo и freno a reostato), oltre alla frenata opposizione
Con i freni rigenerativi e reostatici, tutto è relativamente chiaro: i motori in un modo o nell'altro vengono commutati in modalità generatore e, in caso di recupero, rilasciano energia nella rete di contatti e, nel caso di un reostato, l'energia generata viene bruciato su resistori speciali. Entrambi i freni vengono utilizzati sia sui treni con trazione locomotiva che sui rotabili a unità multiple, dove il freno elettrodinamico è il freno di servizio principale, a causa del gran numero di motori di trazione distribuiti sul treno. L'unico svantaggio della frenatura elettrodinamica (EDB) è l'impossibilità di frenare fino all'arresto completo. Quando l'efficienza dell'EDT diminuisce, viene automaticamente sostituita da un freno pneumatico a frizione.
Per quanto riguarda la controfrenata, prevede la frenatura fino all'arresto completo, poiché consiste nell'inversione del motore di trazione durante il movimento. Tuttavia, questa modalità, nella maggior parte dei casi, è una modalità di emergenza: il suo utilizzo normale è irto di danni alla trazione. Se prendiamo, ad esempio, un motore a commutatore, quando la polarità della tensione fornita cambia, la forza controelettromotrice che si forma nel motore rotante non viene sottratta dalla tensione di alimentazione ma aggiunta ad essa: le ruote ruotano e ruotare nella stessa direzione della modalità di trazione! Ciò porta ad un aumento di corrente simile a una valanga e il massimo che può succedere è che i dispositivi di protezione elettrica funzionino.
Per questo motivo, sulle locomotive e sui treni elettrici, vengono adottate tutte le misure per evitare che i motori facciano retromarcia durante la marcia. La maniglia di retromarcia è bloccata meccanicamente quando il controller del conducente è nelle posizioni di marcia. E sugli stessi veicoli Sapsan e Lastochka, la rotazione dell'interruttore della retromarcia a una velocità superiore a 5 km/h provocherà un'immediata frenata di emergenza.
Tuttavia, alcune locomotive domestiche, ad esempio la locomotiva elettrica VL65, utilizzano la frenata in retromarcia come modalità standard a basse velocità.
La frenata in retromarcia è una modalità di frenata standard fornita dal sistema di controllo della locomotiva elettrica VL65
Va detto che nonostante l'elevata efficienza della frenatura elettrodinamica, qualsiasi treno, sottolineo, è sempre dotato di freno pneumatico automatico, cioè attivato rilasciando aria dalla linea del freno. Sia in Russia che in tutto il mondo, i buoni vecchi freni a ganasce ad attrito vigilano sulla sicurezza del traffico.
In base al loro scopo funzionale, i freni del tipo ad attrito sono suddivisi in
- Parcheggio, manuale o automatico
- Treno: freni pneumatici (PT) o elettropneumatici (EPT), installati su ciascuna unità di materiale rotabile del treno e controllati centralmente dalla cabina di guida
- Locomotiva: freni pneumatici ad azione diretta progettati per rallentare una locomotiva senza rallentare il treno. Sono gestiti separatamente dai treni.
2. Freno di stazionamento
Il freno manuale con azionamento meccanico non è scomparso dal materiale rotabile; è installato sia sulle locomotive che sulle auto - ha semplicemente cambiato la sua specialità, ovvero si è trasformato in un freno di stazionamento, che consente di impedire il movimento spontaneo del materiale rotabile magazzino in caso di fuoriuscita di aria dal sistema pneumatico. La ruota rossa, simile al timone di una nave, è dotata di freno a mano, una delle sue varianti.
Volante con freno a mano nella cabina della locomotiva elettrica VL60pk
Freno a mano nel vestibolo di un'autovettura
Freno a mano su un moderno vagone merci
Il freno a mano, utilizzando una trasmissione meccanica, preme contro le ruote le stesse pastiglie utilizzate durante la normale frenata.
Sul moderno materiale rotabile, in particolare sui treni elettrici EVS1/EVS2 “Sapsan”, ES1 “Lastochka”, nonché sulla locomotiva elettrica EP20, il freno di stazionamento è automatico e le pastiglie vengono premute contro il disco del freno. accumulatori di energia a molla. Alcuni dei meccanismi a pinza che premono le pastiglie sui dischi dei freni sono dotati di potenti molle, così potenti che il rilascio viene effettuato da un azionamento pneumatico con una pressione di 0,5 MPa. L'azionamento pneumatico, in questo caso, contrasta le molle che premono i tamponi. Questo freno di stazionamento è controllato dai pulsanti sulla console del conducente.
Pulsanti per il controllo del freno a molla di stazionamento (SPT) sul treno elettrico ES1 “Lastochka”
Il design di questo freno è simile a quello utilizzato sui camion potenti. Ma come freno principale sui treni, un tale sistema completamente inadattoe perché, lo spiegherò in dettaglio dopo la storia sul funzionamento dei freni ad aria compressa dei treni.
3. Freni pneumatici del tipo camion
Ogni vagone merci è equipaggiato con il seguente set di apparecchiature di frenatura
Attrezzatura di frenatura di un vagone merci: 1 - tubo di collegamento del freno; 2 - valvola finale; 3 - valvola di arresto; 5 - aspiratore di polveri; 6, 7, 9 — condizione dei moduli distributori d'aria. N. 483; 8 - valvola di scollegamento; VR - distributore d'aria; TM - linea del freno; ZR - serbatoio di riserva; TC - cilindro del freno; AR: modalità automatica carico
Linea del freno (TM) - un tubo del diametro di 1,25" corre lungo tutta la vettura, alle estremità è dotato di valvole terminali, per scollegare la tubazione del freno quando si sgancia la vettura prima di scollegare i tubi flessibili di collegamento. Nella linea del freno, in modalità normale, il cosiddetto зарядное la pressione è 0,50 - 0,54 MPa, quindi scollegare i tubi senza chiudere le valvole finali è un compito dubbio, che può letteralmente privarti della testa.
L'aria fornita direttamente ai cilindri dei freni viene immagazzinata serbatoio di riserva (ZR), il cui volume nella maggior parte dei casi è di 78 litri. La pressione nel serbatoio della riserva è esattamente uguale alla pressione nella linea del freno. Ma no, non è 0,50 - 0,54 MPa. Il fatto è che tale pressione sarà nella linea dei freni della locomotiva. E quanto più ci si allontana dalla locomotiva, tanto minore è la pressione nella tubazione dei freni, perché inevitabilmente presenta delle perdite che portano a perdite d'aria. Quindi la pressione nella linea dei freni dell'ultima carrozza del treno sarà leggermente inferiore a quella di ricarica.
Cilindro del freno, e sulla maggior parte delle auto ce n'è solo una; quando viene riempita da un serbatoio di riserva, attraverso una trasmissione a leva del freno preme tutte le pastiglie dell'auto sulle ruote. Il volume del cilindro del freno è di circa 8 litri, quindi durante la frenata completa al suo interno viene stabilita una pressione non superiore a 0,4 MPa. Anche la pressione nel serbatoio di riserva scende allo stesso valore.
Il principale “attore” in questo sistema è distributore d'aria. Questo dispositivo reagisce alle variazioni di pressione nella linea del freno, eseguendo l'una o l'altra operazione a seconda della direzione e della velocità di variazione di questa pressione.
Quando la pressione nella linea del freno diminuisce, avviene la frenata. Ma non con alcuna diminuzione della pressione: la diminuzione della pressione deve avvenire a una certa velocità, chiamata tasso di frenatura di servizio. Questo ritmo è assicurato gru del conducente nella cabina della locomotiva e varia da 0,01 a 0,04 MPa al secondo. Quando la pressione diminuisce più lentamente, la frenata non avviene. Questo viene fatto in modo che i freni non funzionino in caso di perdite standard dalla linea del freno e non funzionino anche quando viene eliminata la pressione di sovraccarico, di cui parleremo più avanti.
Quando il distributore d'aria viene attivato per la frenatura, esegue uno scarico aggiuntivo della linea del freno con una velocità di servizio di 0,05 MPa. Ciò viene fatto per garantire una diminuzione costante della pressione lungo l'intera lunghezza del treno. Se non viene effettuata un'ulteriore distensione, gli ultimi vagoni di un lungo treno potrebbero non essere affatto rallentati. Viene eseguito uno scarico aggiuntivo della linea del freno tutti moderni distributori d'aria, compresi quelli passeggeri.
Quando la frenata è attivata, il distributore d'aria scollega il serbatoio della riserva dalla linea del freno e lo collega al cilindro del freno. Il cilindro del freno si sta riempiendo. Ciò si verifica esattamente finché continua la caduta di pressione nella linea del freno. Quando la riduzione della pressione nel liquido dei freni si interrompe, il riempimento del cilindro del freno si interrompe. Il regime sta arrivando rifacimento del tetto. La pressione incorporata nel cilindro del freno dipende da due fattori:
- la profondità di scarico della linea del freno, ovvero l'entità della caduta di pressione al suo interno rispetto alla carica
- modalità operativa del distributore d'aria
Il distributore d'aria del carico ha tre modalità operative: carico (L), medio (C) e vuoto (E). Queste modalità differiscono nella pressione massima acquisita nei cilindri dei freni. Il passaggio da una modalità all'altra viene effettuato manualmente ruotando una maniglia della modalità speciale.
Per riassumere, la dipendenza della pressione nel cilindro del freno dalla profondità di scarico della linea del freno con un distributore d'aria 483 in varie modalità si presenta così
Lo svantaggio dell'utilizzo di un cambio di modalità è che l'operatore del vagone deve camminare lungo l'intero treno, salire sotto ogni vagone e portare il cambio di modalità nella posizione desiderata. Secondo le indiscrezioni provenienti dall'operazione, ciò non avviene sempre. Un riempimento eccessivo dei cilindri dei freni su un'auto vuota è irto di slittamenti, ridotta efficienza di frenata e danni alle ruote. Per superare questa situazione sui vagoni merci, un cosiddetto modalità automatica (AR), che, determinando meccanicamente la massa dell'auto, regola dolcemente la pressione massima nel cilindro del freno. Se l'auto è dotata di modalità automatica, l'interruttore della modalità sul VR è impostato sulla posizione "caricato".
La frenatura viene solitamente eseguita per fasi. Il livello minimo di scarico della linea del freno per BP483 sarà 0,06 - 0,08 MPa. In questo caso nei cilindri dei freni viene creata una pressione di 0,1 MPa. In questo caso, il conducente posiziona la valvola nella posizione di sovrapposizione, in cui la pressione impostata dopo la frenata viene mantenuta nella linea del freno. Se l'efficienza frenante di uno stadio è insufficiente, viene eseguita la fase successiva. In questo caso al distributore d'aria non interessa la velocità con cui avviene lo scarico: in ogni caso quando la pressione diminuisce, i cilindri dei freni vengono riempiti in proporzione alla quantità di diminuzione della pressione.
Il rilascio completo dei freni (svuotamento completo dei cilindri dei freni sull'intero treno) viene effettuato aumentando la pressione nella linea dei freni al di sopra della pressione di carica. Inoltre, sui treni merci, la pressione nel TM è notevolmente aumentata rispetto a quella di carica, in modo che l'ondata di maggiore pressione raggiunga gli ultimi vagoni. Il rilascio completo dei freni su un treno merci è un processo lungo e può richiedere fino a un minuto.
BP483 dispone di due modalità vacanza: pianura e montagna. In modalità flat, quando la pressione nella linea del freno aumenta, si verifica un rilascio completo e continuo. Nella modalità montagna è possibile rilasciare i freni gradualmente, il che significa che i cilindri dei freni non vengono completamente svuotati. Questa modalità viene utilizzata quando si guida lungo un profilo complesso con ampie pendenze.
Il distributore d'aria 483 è in generale un dispositivo molto interessante. Un'analisi dettagliata della sua struttura e del suo funzionamento è un argomento per un ampio articolo separato. Qui abbiamo esaminato i principi generali di funzionamento del freno del carico.
3. Freni ad aria compressa di tipo passeggero
Attrezzatura di frenatura di un'autovettura: 1 - tubo di collegamento; 2 - valvola finale; 3, 5 — scatole di collegamento per la linea del freno elettropneumatico; 4 - valvola di arresto; 6 — tubo con cablaggio freno elettropneumatico; 7 — sospensione isolata del manicotto di collegamento; 8 - aspiratore di polveri; 9 — uscita al distributore d'aria; 10 - valvola di scollegamento; 11 — camera di lavoro del distributore d'aria elettrico; TM - linea del freno; VR - distributore d'aria; EVR - distributore d'aria elettrico; TC - cilindro del freno; ZR - serbatoio di riserva
Una grande quantità di attrezzature attira immediatamente la tua attenzione, a cominciare dal fatto che ci sono già tre valvole di arresto (una in ciascun vestibolo e una nel compartimento del conducente), per finire con il fatto che le autovetture nazionali sono dotate sia di pneumatici che di freno elettropneumatico (EPT).
Un lettore attento noterà immediatamente il principale inconveniente del controllo del freno pneumatico: la velocità finale di propagazione dell'onda frenante, limitata soprattutto dalla velocità del suono. In pratica, questa velocità è inferiore e ammonta a 280 m/s durante la frenata di servizio e a 300 m/s durante la frenata di emergenza. Inoltre, questa velocità dipende fortemente dalla temperatura dell'aria e in inverno, ad esempio, è inferiore. Pertanto, l'eterno compagno dei freni pneumatici è l'irregolarità del loro funzionamento nella composizione.
Il funzionamento irregolare porta a due cose: il verificarsi di reazioni longitudinali significative nel treno e un aumento dello spazio di frenata. Il primo non è così tipico per i treni passeggeri, anche se i contenitori con tè e altre bevande che rimbalzano sul tavolo nello scompartimento non piaceranno a nessuno. L'aumento dello spazio di frenata è un problema serio, soprattutto nel traffico passeggeri.
Inoltre, il distributore dell'aria passeggeri nazionale è come il vecchio standard. N. 292 e la nuova condizione. N. 242 (di cui, tra l'altro, ce ne sono sempre di più nella flotta di autovetture), entrambi questi dispositivi sono diretti discendenti della stessa tripla valvola Westinghouse e funzionano sulla differenza tra due pressioni - nella linea del freno e nel serbatoio della riserva. Si distinguono dalla tripla valvola per la presenza di una modalità di sovrapposizione, ovvero la possibilità di frenatura a gradini; la presenza di uno scarico aggiuntivo della linea del freno durante la frenata; la presenza di un acceleratore di frenata di emergenza nel progetto. Questi distributori d'aria non forniscono un rilascio graduale, ma forniscono immediatamente un rilascio completo non appena la pressione nella tubazione del freno supera la pressione nel serbatoio di riserva ivi stabilito dopo la frenata. Inoltre, il rilascio graduale è molto utile quando si regola la frenata per un arresto preciso sulla piattaforma di atterraggio.
Entrambi i problemi - funzionamento irregolare dei freni e mancanza di rilascio del gradino, sulla pista da 1520 mm vengono risolti installando sulle vetture un distributore d'aria a comando elettrico - distributore d'aria elettrico (EVR), arb. N. 305.
EPT domestico - freno elettropneumatico - ad azione diretta, non automatico. Sui treni passeggeri con trazione locomotiva, l'EPT funziona su un circuito a due fili.
Schema a blocchi di un EPT a due fili: 1 - controller di controllo sulla gru del conducente; 2 - batteria; 3 - convertitore di potenza statico; 4 — pannello di controllo lampade; 5: unità di controllo; 6 — morsettiera; 7 — teste di collegamento sui manicotti; 8 — sospensione isolata; 9 - valvola a semiconduttore; 10 - valvola elettromagnetica di rilascio; 11 - elettrovalvola freno.
Lungo tutto il treno sono tesi due fili: il n°1 e il n°2 nella figura. Sulla coda, questi fili sono collegati elettricamente tra loro e attraverso il circuito risultante viene fatta passare una corrente alternata con una frequenza di 625 Hz. Questo viene fatto per monitorare l'integrità della linea di controllo EPT. Se il filo si rompe, il circuito della corrente alternata viene interrotto, il conducente riceve un segnale sotto forma di spia "O" (vacanze) che si spegne nella cabina.
Il controllo viene effettuato tramite corrente continua di diversa polarità. In questo caso, il filo con potenziale zero sono le rotaie. Quando viene applicata una tensione positiva (rispetto alle rotaie) al filo EPT, vengono attivate entrambe le valvole elettromagnetiche installate nel distributore elettrico dell'aria: la valvola di rilascio (OV) e la valvola del freno (TV). Il primo isola la camera di lavoro (WC) del distributore d'aria elettrico dall'atmosfera, il secondo la riempie da un serbatoio di riserva. Successivamente entra in gioco il pressostato installato nell'EVR, che agisce sulla differenza di pressione nella camera di lavoro e nel cilindro del freno. Quando la pressione nell'RC supera la pressione nel TC, quest'ultimo viene riempito con aria dal serbatoio di riserva, fino alla pressione che si accumulava nella camera di lavoro.
Quando viene applicato un potenziale negativo al filo, la valvola del freno si spegne, poiché la corrente viene interrotta dal diodo. Rimane attiva solo la valvola di rilascio che mantiene la pressione nella camera di lavoro. Ecco come viene realizzata la posizione del soffitto.
Quando viene tolta la tensione, la valvola di rilascio perde potenza e apre la camera di lavoro all'atmosfera. Quando la pressione nella camera di lavoro diminuisce, il pressostato rilascia aria dai cilindri dei freni. Se, dopo una breve vacanza, la valvola del conducente viene rimessa in posizione di chiusura, la caduta di pressione nella camera di lavoro si interromperà e anche il rilascio di aria dal cilindro del freno si interromperà. In questo modo si ottiene la possibilità di un rilascio graduale del freno.
Cosa succede se il filo si rompe? Esatto: l'EPT verrà rilasciato. Pertanto questo freno (sul materiale rotabile nazionale) non è automatico. Se l'EPT fallisce, il conducente ha la possibilità di passare al controllo del freno pneumatico.
L'EPT è caratterizzato dal riempimento simultaneo dei cilindri dei freni e dal loro svuotamento in tutto il treno. La velocità di riempimento e svuotamento è piuttosto elevata: 0,1 MPa al secondo. L'EPT è un freno inesauribile, poiché durante il suo funzionamento il distributore d'aria convenzionale è in modalità di rilascio e alimenta i serbatoi di riserva dalla linea del freno, che a sua volta viene alimentata dal rubinetto del conducente sulla locomotiva dai serbatoi principali. Pertanto, l'EPT può essere frenato a qualsiasi frequenza richiesta per il controllo operativo dei freni. La possibilità di rilascio del gradino consente di controllare la velocità del treno in modo molto accurato e fluido.
Il comando pneumatico dei freni di un treno passeggeri non è molto diverso dal freno merci. C'è una differenza nei metodi di controllo, ad esempio il freno pneumatico viene rilasciato alla pressione di carica, senza sopravvalutarla. In generale, una sovrastima eccessiva della pressione nella linea dei freni di un treno passeggeri è piena di problemi, pertanto, quando l'EPT è completamente rilasciato, la pressione nella linea dei freni aumenta di un massimo di 0,02 MPa al di sopra del valore di carica impostato pressione.
La profondità minima di scarico dei metalli pesanti durante la frenata sul freno del passeggero è di 0,04 - 0,05 MPa, mentre nei cilindri dei freni viene creata una pressione di 0,1 - 0,15 MPa. La pressione massima nel cilindro del freno di un'autovettura è limitata dal volume del serbatoio di riserva e solitamente non supera 0,4 MPa.
conclusione
Adesso mi rivolgo ad alcuni commentatori che sono sorpresi (e secondo me anche indignati, ma non posso dirlo) dalla complessità del freno del treno. I commenti suggeriscono di utilizzare un circuito automobilistico con batterie di accumulo di energia. Naturalmente, da un divano o dalla sedia di un computer in ufficio, attraverso una finestra del browser, molti problemi sono più visibili e le loro soluzioni sono più evidenti, ma lasciatemi notare che la maggior parte delle decisioni tecniche prese nel mondo reale hanno una chiara giustificazione.
Come già accennato, il problema principale di un freno pneumatico su un treno è la velocità finale del movimento della caduta di pressione lungo un lungo tubo della linea del freno (fino a 1,5 km in un treno di 100 vagoni) - l'onda del freno. Per accelerare quest'onda frenante è necessaria una mandata aggiuntiva da parte del distributore d'aria. Non ci sarà alcun distributore d'aria e non ci saranno scarichi aggiuntivi. Cioè, i freni sugli accumulatori di energia saranno ovviamente notevolmente peggiori in termini di uniformità di funzionamento, riportandoci ai tempi di Westinghouse. Un treno merci non è un camion; esistono scale diverse e quindi principi diversi per il controllo dei freni. Sono sicuro che non sia proprio così, e non è un caso che la direzione della scienza della frenata mondiale abbia seguito il percorso che ci ha portato a questo tipo di costruzione. Punto.
Questo articolo è una sorta di rassegna dei sistemi frenanti esistenti sui moderni rotabili. Inoltre, in altri articoli di questa serie, mi soffermerò su ciascuno di essi in modo più dettagliato. Impareremo quali dispositivi vengono utilizzati per controllare i freni e come sono progettati i distributori d'aria. Diamo uno sguardo più da vicino ai problemi della frenata rigenerativa e reostatica. E, naturalmente, consideriamo i freni dei veicoli ad alta velocità. Ci rivediamo e grazie per la vostra attenzione!
PS: Amici! Vorrei ringraziare in modo speciale per la massa di messaggi personali che indicano errori ed errori di battitura nell'articolo. Sì, sono un peccatore che non è amichevole con la lingua russa e si confonde sui tasti. Ho provato a correggere i tuoi commenti.
Fonte: habr.com