האנרגיה הקינטית של ה-Sapsan במהירות המרבית היא מעל 1500 מגה-ג'אול. לעצירה מוחלטת, כל זה חייב להתפזר על ידי מכשירי הבלימה.

זה היה עניין ביקש ממני להרחיב את הנושא הזה ממש כאן על האברה. מתפרסמים כאן לא מעט מאמרי סקירה בנושאי רכבת, אך נושא זה טרם נסוקר בפירוט. אני חושב שזה יהיה די מעניין לכתוב על זה מאמר, ואולי יותר מאחד. לכן, אני מבקש את החתול של המתעניינים כיצד מתוכננות מערכות הבלימה של התחבורה ברכבת, ומאילו סיבות הן מתוכננות כך.

1. ההיסטוריה של בלם האוויר

משימת השליטה בכל רכב כוללת ויסות מהירותו. תחבורה רכבת אינה יוצאת דופן; ​​יתר על כן, תכונות העיצוב שלה מכניסות ניואנסים משמעותיים לתהליך זה. הרכבת מורכבת ממספר רב של קרונות מחוברים, ולמערכת המתקבלת יש אורך ומשקל משמעותיים במהירות הגונה מאוד.

לפי הגדרה, בלמים הם קבוצה של התקנים שנועדו ליצור כוחות התנגדות מלאכותיים ניתנים להתאמה המשמשים להפחתת מהירות של כלי רכב.

הדרך הברורה ביותר, על פני השטח, ליצור כוח בלימה היא להשתמש בחיכוך. מההתחלה ועד היום נעשה שימוש בבלמי חיכוך נעליים. התקנים מיוחדים - רפידות בלמים, העשויות מחומר בעל מקדם חיכוך גבוה, נלחצות מכנית אל משטח הגלגל המתגלגל (או כנגד דיסקים מיוחדים שמותקנים על הציר של ערכת הגלגלים). נוצר כוח חיכוך בין הרפידות לגלגל, ויוצר מומנט בלימה.

כוח הבלימה מותאם על ידי שינוי כוח הלחיצה של הרפידות על הגלגל - לחץ בלמים. השאלה היחידה היא באיזה כונן משתמשים כדי ללחוץ על הרפידות, ובחלקו ההיסטוריה של הבלמים היא ההיסטוריה של התפתחות הכונן הזה.

בלמי הרכבת הראשונים היו מכניים והופעלו באופן ידני, בנפרד על כל קרון על ידי אנשים מיוחדים - בלמים או מוליכים. המוליכים מוקמו על פלטפורמות הבלמים כביכול בהן צוידה כל מכונית, והם הפעילו את הבלמים בסימן נהג הקטר. חילופי האותות בין הנהג למנצחים בוצעו באמצעות חבל איתות מיוחד שנמתח לאורך הרכבת כולה, שהפעיל שריקה מיוחדת.

עגלת משא וינטג' דו סרנית עם רפידת בלם. ידית בלם יד גלויה


לבלם המונע מכני עצמו יש כוח מועט. כמות לחץ הבלמים הייתה תלויה בחוזק ובמיומנות המוליך. בנוסף, הגורם האנושי הפריע לפעולה של מערכת בלימה כזו - מוליכים לא תמיד ביצעו את תפקידם בצורה נכונה. לא היה צורך לדבר על היעילות הגבוהה של בלמים כאלה, כמו גם על העלייה במהירות של רכבות המצוידות בהם.

פיתוח נוסף של בלמים דרש, ראשית, הגדלת לחץ הבלמים, ושנית, אפשרות של שליטה מרחוק על כל המכוניות ממקום העבודה של הנהג.

ההנעה ההידראולית המשמשת בבלמים לרכב הפכה לנפוצה בשל העובדה שהיא מספקת לחץ גבוה עם מפעילים קומפקטיים. עם זאת, בעת שימוש במערכת כזו ברכבת, החיסרון העיקרי שלה יופיע: הצורך בנוזל עבודה מיוחד - נוזל בלמים, שדליפתו אינה מקובלת. האורך הגדול של קווי בלמים הידראוליים ברכבת, יחד עם דרישות גבוהות לאטימות שלהם, הופכים את זה לבלתי אפשרי ולא הגיוני ליצור בלם רכבת הידראולי.

דבר נוסף הוא ההנעה הפנאומטית. השימוש באוויר בלחץ גבוה מאפשר להשיג לחצי בלמים גבוהים במידות מקובלות של המפעילים - גלילי בלמים. לא חסר נוזל עבודה – האוויר נמצא מסביבנו, וגם אם יש נזילה של נוזל עבודה ממערכת הבלמים (ובוודאי שכן), ניתן לחדש אותו בקלות יחסית.

מערכת הבלמים הפשוטה ביותר המשתמשת באנרגיית אוויר דחוס היא בלם לא אוטומטי הפועל ישירות

תרשים של בלם לא אוטומטי הפועל ישירות: 1 - מדחס; 2 - טנק ראשי; 3 - קו אספקה; 4 - מנוף רכבת הנהג; 5 - קו בלמים; 6 - צילינדר בלם; 7 - קפיץ שחרור; 8, 9 - תמסורת בלם מכני; 10 - רפידת בלם.


כדי להפעיל בלם כזה יש צורך באספקת אוויר דחוס, המאוחסן על הקטר במיכל מיוחד הנקרא מאגר ראשי (2). הזרקת אוויר למיכל הראשי ושמירה על לחץ קבוע בו מתבצעת מַדחֵס (1), מונע על ידי תחנת הכוח הקטר. אוויר דחוס מסופק למכשירי בקרת הבלמים דרך צינור מיוחד הנקרא תזונתי (NM) או לַחַץ כביש מהיר (3).

הבלמים של הקרונות מבוקרים ואוויר דחוס מסופק להם דרך צינור ארוך העובר בכל הרכבת ונקרא קו בלם (TM) (5). כאשר אוויר דחוס מסופק דרך ה-TM, הוא מתמלא צילינדרים בלמים (TC) (6) מחובר ישירות ל-TM. אוויר דחוס לוחץ על הבוכנה, לוחץ את רפידות הבלמים 10 אל הגלגלים, הן על הקטר והן על הקרונות. מתרחשת בלימה.

להפסיק לבלום, כלומר חופשה בלמים, יש צורך לשחרר אוויר מקו הבלמים לאטמוספירה, מה שיוביל להחזרת מנגנוני הבלמים למיקומם המקורי בשל כוחם של קפיצי השחרור המותקנים ב-TC.

כדי לבלום, יש צורך לחבר את קו הבלמים (TM) עם קו ההזנה (PM). לחופשה, חבר את קו הבלמים לאווירה. פונקציות אלה מבוצעות על ידי מכשיר מיוחד - מנוף רכבת הנהג (4) - בבלימה היא מחברת את ה-PM ו-PM, בשחרור היא מנתקת צינורות אלו, ובמקביל משחררת אוויר מה-PM לאטמוספירה.

במערכת כזו, קיים מצב ביניים שלישי של מנוף הנהג - גג מחדש כאשר ה-PM וה-TM מופרדים, אך שחרור האוויר מה-TM לאטמוספירה אינו מתרחש, מנוף הנהג מבודד אותו לחלוטין. הלחץ שנצבר ב-TM ו-TC נשמר והזמן שהוא נשמר ברמה שנקבעה נקבע על פי כמות דליפת האוויר דרך דליפות שונות, וכן על ידי ההתנגדות התרמית של רפידות הבלמים, המתחממות במהלך החיכוך כנגד את צמיגי הגלגל. הנחתו בתקרה הן במהלך הבלימה והן במהלך השחרור מאפשרת לכוון את כוח הבלימה בשלבים. סוג זה של בלם מספק גם בלימת צעד וגם שחרור צעד.

למרות הפשטות של מערכת בלמים כזו, יש בה פגם קטלני - כאשר הרכבת מנותקת, קו הבלמים נקרע, אוויר בורח ממנה והרכבת נותרת ללא בלמים. מסיבה זו לא ניתן להשתמש בבלם כזה בהובלת רכבת, עלות הכישלון שלו גבוהה מדי. גם ללא קרע ברכבת, אם יש דליפת אוויר גדולה, יעילות הבלמים תפחת.

בהתבסס על האמור לעיל, עולה הדרישה כי בלימת רכבת יזומה לא על ידי עלייה, אלא על ידי ירידה בלחץ ב-TM. אבל איך אז למלא את צילינדרי הבלמים? זה מוליד את הדרישה השנייה - כל יחידה נעה ברכבת חייבת לאחסן אספקה ​​של אוויר דחוס, אותו יש לחדש מיד לאחר כל בלימה.

המחשבה ההנדסית בסוף המאה ה-1872 הגיעה למסקנות דומות, שבאה לידי ביטוי ביצירתו של ג'ורג' וסטינגהאוס ב-XNUMX של בלם הרכבת האוטומטי הראשון.

התקן בלם Westinghouse: 1 - מדחס; 2 - טנק ראשי; 3 - קו אספקה; 4 - מנוף רכבת הנהג; 5 - קו בלמים; 6 - מפיץ אוויר (שסתום משולש) של מערכת Westinghouse; 7 - צילינדר בלם; 8 - מיכל חילוף; 9 - שסתום עצירה.

האיור מציג את המבנה של בלם זה (איור א - פעולת הבלם בזמן שחרור; ב - פעולת הבלם בזמן בלימה). המרכיב העיקרי של בלם Westigauze היה מפיץ אוויר בלמים או, כפי שזה נקרא לפעמים, שסתום משולש. למפיץ אוויר זה (6) יש איבר רגיש - בוכנה הפועלת בהפרש בין שני לחצים - בקו הבלמים (TM) ובמאגר העתודה (R). אם הלחץ ב-TM הופך פחות מאשר ב-TC, אז הבוכנה זזה שמאלה, ופותחת את הדרך לאוויר מה-CM ל-TC. אם הלחץ ב-TM הופך להיות גדול יותר מהלחץ ב-SZ, הבוכנה זזה ימינה, מתקשרת את ה-TC עם האטמוספרה, ובמקביל מתקשרת בין ה-TM לבין ה-SZ, ומבטיחה שהאחרון יתמלא באוויר דחוס מ. ה-TM.

לפיכך, אם הלחץ ב-TM יורד מסיבה כלשהי, בין אם מדובר בפעולות הנהג, נזילת אוויר מוגזמת מה-TM, או קרע ברכבת, הבלמים יפעלו. כלומר, בלמים כאלה יש פעולה אוטומטית. תכונה זו של הבלם אפשרה להוסיף אפשרות נוספת לשליטה על בלמי הרכבת, הנהוגה ברכבות נוסעים עד היום - עצירת חירום של הרכבת על ידי נוסע על ידי חיבור קו הבלמים עם האטמוספירה באמצעות שסתום מיוחד - מעצור חרום (9).

למי שמכיר את התכונה הזו של מערכת הבלימה של הרכבת, מצחיק לצפות בסרטים שבהם גנבים-קאובויים מפורסמים מפרקים קרונית עם זהב מרכבת. על מנת שזה יתאפשר, על הבוקרים לפני הניתוק לסגור את שסתומי הקצה בקו הבלמים המפרידים בין קו הבלמים לצינורות החיבור בין המכוניות. אבל הם אף פעם לא עושים זאת. מצד שני, שסתומי קצה סגורים גרמו לא פעם לאסונות איומים הקשורים לכשל בבלמים, גם כאן (קמנסק ב-1987, אראל-סימסקאיה ב-2011) וגם מחוצה לה.

בשל העובדה שמילוי גלילי הבלמים מתרחש ממקור משני של אוויר דחוס (טנק רזרבי), ללא אפשרות לחידוש מתמיד שלו, בלם כזה נקרא פועל בעקיפין. טעינת הבלם באוויר דחוס מתרחשת רק עם שחרור הבלם, מה שמוביל לכך שבבלימה תכופה ואחריה שחרור, אם אין מספיק זמן לאחר השחרור, הבלם לא יספיק להיטען ללחץ הנדרש. הדבר עלול לגרום לאפיסת כוחות מוחלטת של הבלם ולאובדן שליטה על הבלמים של הרכבת.

לבלם הפנאומטי יש גם חיסרון נוסף שקשור לעובדה שיפילת הלחץ בקו הבלמים, כמו כל הפרעה, מתפשטת באוויר במהירות גבוהה, אך עדיין סופית - לא יותר מ-340 מ"ש. למה לא יותר? כי מהירות הקול היא אידיאלית. אבל במערכת הפנאומטית של הרכבת ישנם מספר מכשולים המפחיתים את מהירות ההתפשטות של ירידת הלחץ הקשורה להתנגדות לזרימת אוויר. לכן, אם לא יינקטו אמצעים מיוחדים, קצב הפחתת הלחץ ב-TM יהיה נמוך יותר, ככל שהמכונית תהיה רחוקה מהקטר. במקרה של בלם Westinghouse, המהירות של מה שנקרא גל בלימה אינו עולה על 180 - 200 מ"ש.

עם זאת, הופעת הבלם הפנאומטי אפשרה להגביר הן את עוצמת הבלמים והן את יעילות השליטה בהם ישירות ממקום העבודה של הנהג. הדבר שימש דחף רב עוצמה לפיתוח התחבורה ברכבת, הגדלת המהירות והמשקל של רכבות, וכתוצאה מכך, עלייה עצומה במחזור המטענים ברכבת, העלייה באורך קווי הרכבת ברחבי העולם.

ג'ורג' וסטינגהאוס היה לא רק ממציא, אלא גם איש עסקים יוזם. הוא רשם פטנט על ההמצאה שלו עוד בשנת 1869, מה שאפשר לו להשיק ייצור המוני של ציוד בלמים. די מהר, בלם וסטינגהאוס הפך לנפוץ בארה"ב, מערב אירופה והאימפריה הרוסית.

ברוסיה שלט בלם ווסטינגהאוס עד מהפכת אוקטובר, ובמשך זמן רב לאחריה. חברת Westinghouse בנתה מפעל בלמים משלה בסנט פטרסבורג, וגם הדיחה במיומנות מתחרים מהשוק הרוסי. עם זאת, לבלם וסטינגהאוס היו מספר חסרונות מהותיים.

ראשית, בלם זה סיפק רק שני מצבי פעולה: בלימה עד שצילינדרי הבלמים יתמלאו לחלוטין, ו חופשה - ריקון צילינדרי הבלמים. אי אפשר היה ליצור כמות ביניים של לחץ בלמים עם תחזוקה ארוכת טווח שלו, כלומר לבלם וסטינגהאוס לא היה מצב גג מחדש. זה לא איפשר שליטה מדויקת על מהירות הרכבת.

שנית, בלם וסטינגהאוס לא פעל היטב ברכבות ארוכות, ולמרות שאפשר היה לסבול זאת איכשהו בתנועת נוסעים, התעוררו בעיות בתנועת המטענים. זוכרים את גל הבלימה? אז, לבלם וסטינגהאוס לא היו האמצעים להגביר את מהירותו, וברכבת ארוכה, הירידה בלחץ בנוזל הבלמים במכונית האחרונה עלולה להתחיל מאוחר מדי, ובקצב נמוך משמעותית מאשר בראש הרכבת. רכבת, מה שיצר פעולה לא אחידה פראית של מכשירי הבלמים על פני הרכבת.

יש לומר כי כל הפעילויות של חברת וסטינגהאוס, הן ברוסיה באותה תקופה והן בכל העולם, רוויות ביסודיות בניחוח הקפיטליסטי של מלחמות פטנטים ותחרות בלתי הוגנת. זה מה שהבטיח למערכת כל כך לא מושלמת חיים ארוכים כל כך, לפחות באותה תקופה היסטורית.

עם כל זה, יש להכיר בכך שהבלם של וסטינגהאוס הניח את היסודות של מדע הבלימה ועקרון פעולתו נותר ללא שינוי בבלמים מודרניים של ציוד מתגלגל.

2. מהבלם Westinghouse לבלם Matrosov - היווצרות מדע הבלימה המקומי.

כמעט מיד לאחר הופעתו של בלם וסטינגהאוס והתממשות חסרונותיו, עלו ניסיונות לשפר את המערכת הזו, או ליצור מערכת אחרת, חדשה ביסודה. המדינה שלנו לא הייתה יוצאת דופן. בתחילת המאה ה-XNUMX הייתה לרוסיה רשת מפותחת של מסילות ברזל, אשר מילאה תפקיד משמעותי בהבטחת הפיתוח הכלכלי ויכולת ההגנה של המדינה. הגברת יעילות ההובלה קשורה לעלייה במהירות תנועתה ובמסת המטען המועבר בו זמנית, מה שאומר שהועלו בדחיפות סוגיות של שיפור מערכות בלימה.

דחף משמעותי לפיתוח מדע הבלימה ב-RSFSR ומאוחר יותר בברית המועצות היה הירידה בהשפעת ההון המערבי הגדול, בפרט חברת Westinghouse, על התפתחות תעשיית הרכבות המקומית לאחר אוקטובר 1917.

פ.פ. קזנצב (משמאל) ואי.ק. מלחים (מימין) - יוצרי בלם הרכבת המקומית


הסימן הראשון, ההישג הרציני הראשון של מדע הבלימה המקומי הצעיר, היה הפיתוח של המהנדס פלורנטי פימנוביץ' קזנצב. ב-1921 הציע קזנצב שיטה בלם אוטומטי הפועל ישירות. התרשים שלהלן מתאר את כל הרעיונות העיקריים שהוצגו לא רק על ידי קזנצב, ומטרתו להסביר את העקרונות הבסיסיים של הפעולה של הבלם האוטומטי המשופר.

בלם אוטומטי הפועל ישירות: 1 - מדחס; 2 - טנק ראשי; 3 - קו אספקה; 4 - מנוף רכבת הנהג; 5 - התקן אספקת דליפת קו בלמים; 6 - קו בלמים; 7 - חיבור צינורות בלמים; 8 - שסתום קצה; 9 - שסתום עצור; 10 - שסתום סימון; 11 - מיכל רזרבי; 12 - מפיץ אוויר; 13 - צילינדר בלם; 14 - תיבת ידית בלם.


לכן, הרעיון המרכזי הראשון הוא שהלחץ ב-TM נשלט באופן עקיף - באמצעות ירידה/עלייה בלחץ במאגר מיוחד הנקרא מיכל נחשול (UR). זה מוצג באיור מימין לברז הנהג (4) ומעל התקן אספקת החשמל לדליפות מה-TM (5). טכנית קלה הרבה יותר להבטיח את הצפיפות של מאגר זה מאשר הצפיפות של קו הבלמים - צינור שאורכו מגיע למספר קילומטרים ועובר בכל הרכבת. היציבות היחסית של הלחץ ב-UR מאפשרת לשמור על הלחץ ב-TM, תוך שימוש בלחץ ב-UR כאסמכתא. ואכן, הבוכנה במכשיר (5) כאשר הלחץ ב-TM יורד, פותחת את השסתום הממלא את ה-TM מקו האספקה, ובכך שומרת על לחץ ב-TM השווה ללחץ ב-UR. לרעיון הזה היה עוד דרך ארוכה לעבור בפיתוח, אבל כעת הלחץ ב-TM לא היה תלוי בנוכחות של דליפות חיצוניות ממנו (עד לגבולות מסוימים). מכשיר 5 היגר לעגורן המפעיל ונשאר שם, בצורה שונה, עד היום.

רעיון חשוב נוסף העומד בבסיס העיצוב של סוג זה של בלמים הוא אספקת החשמל מנוזל הבלמים דרך שסתום הסימון 10. כאשר הלחץ בשסתום הבלם עולה על הלחץ בשסתום הבלם, שסתום זה נפתח וממלא את השסתום מהבלם נוֹזֵל. בדרך זו מתחדשות נזילות באופן רציף ממאגר הרזרב והבלם לא נגמר.

הרעיון החשוב השלישי שהציע קזנצב הוא התכנון של מפיץ אוויר הפועל בהפרש של לא שני לחצים, אלא שלושה - לחץ בקו הבלמים, לחץ בצילינדר הבלמים ולחץ בתא עבודה מיוחד (WC), אשר, במהלך השחרור, מוזן על ידי לחץ מקו הבלמים , יחד עם מיכל רזרבי. במצב בלימה, לחץ הטעינה מנותק ממאגר המילואים ומקו הבלמים, תוך שמירה על ערך לחץ הטעינה הראשוני. מאפיין זה נמצא בשימוש נרחב בבלמים מתגלגלים הן כדי לספק שחרור צעד והן כדי לשלוט באחידות המילוי של ה-TC לאורך הרכבת ברכבות משא, שכן תא העבודה משמש כסטנדרט ללחץ הטעינה הראשוני. בהתבסס על ערכו, ניתן לספק שחרור צעד ולארגן מילוי מוקדם יותר של מרכז הקניות במכוניות הזנב. אשאיר תיאור מפורט של הדברים הללו למאמרים אחרים בנושא זה, אך לעת עתה רק אגיד שעבודתו של קזנצב שימשה תמריץ לפיתוח בית ספר מדעי בארצנו, שהוביל לפיתוח של מקוריות. מערכות בלמים מתגלגלות.

ממציא סובייטי נוסף שהשפיע באופן קיצוני על התפתחותם של בלמים ביתיים של ציוד מתגלגל היה איבן קונסטנטינוביץ' מאטרוסוב. הרעיונות שלו לא היו שונים מהותית מהרעיונות של קזנצב, עם זאת, בדיקות מבצעיות שלאחר מכן של מערכות הבלמים Kazantsev ו-Matrosov (יחד עם מערכות בלמים אחרות) הראו את העליונות המשמעותית של המערכת השנייה במונחים של מאפייני ביצועים בשימוש בעיקר ברכבות משא. לפיכך, בלם Matrosov עם מפיץ אוויר מותנה. מס' 320 הפך לבסיס להמשך הפיתוח והתכנון של ציוד בלימה עבור מסילות ברזל בקוטר 1520 מ"מ. בלם אוטומטי מודרני המשמש ברוסיה ובמדינות חבר העמים יכול לשאת בצדק את שמו של הבלם של Matrosov, שכן הוא ספג, בשלב הראשוני של פיתוחו, את הרעיונות ופתרונות העיצוב של איוון קונסטנטינוביץ'.

במקום מסקנה

מה המסקנה? העבודה על מאמר זה שכנעה אותי שהנושא ראוי לסדרת מאמרים. במאמר פיילוט זה נגענו בהיסטוריה של הפיתוח של בלמים מתגלגלים. בהמשך ניכנס לפרטים עסיסיים, נגוע לא רק בבלם המקומי, אלא גם בפיתוחים של עמיתים ממערב אירופה, תוך שימת דגש על עיצוב הבלמים מסוגים וסוגים שונים של שירות מלאי מתגלגל. אז, אני מקווה שהנושא יהיה מעניין, ולהתראות שוב במרכז!

תודה לך על תשומת הלב!

מקור: www.habr.com