サプサンの最高速度での運動エネルギーは 1500 メガジュールを超えます。完全に停止するには、ブレーキ装置によってすべてのエネルギーが消失する必要があります。

事があったんだ この話題について詳しく教えてほしいと頼まれた ここハブレにあります。鉄道トピックに関するレビュー記事はここに数多く掲載されていますが、このトピックについてはまだ詳しく取り上げられていません。これについて記事を 1 つ、おそらく複数の記事を書くのは非常に興味深いと思います。したがって、鉄道輸送のブレーキシステムがどのように設計されているのか、またどのような理由でそのように設計されているのかに興味がある人の猫をお願いします。

1. エアブレーキの歴史

車両を制御するタスクには、速度の調整が含まれます。鉄道輸送も例外ではなく、その設計上の特徴により、このプロセスに重要なニュアンスがもたらされます。列車は相互接続された多数の車両で構成されており、その結果得られるシステムは、非常にまともな速度でかなりの長さと重量を実現します。

A-priory、 ブレーキは、車両の速度を制御可能に減速するために使用される、調整可能な人工的な抵抗力を生み出すように設計された一連の装置です。

表面上、制動力を生み出す最も明白な方法は、摩擦を利用することです。当初から今日に至るまで、シュー摩擦ブレーキが使用されています。特別な装置 - 摩擦係数の高い材料で作られたブレーキパッドは、ホイールの回転面（またはホイールセットの車軸に取り付けられた特別なディスク）に機械的に押し付けられます。パッドとホイールの間に摩擦力が発生し、制動トルクが発生します。

パッドをホイールに押し付ける力を変えることで制動力を調整します。 ブレーキ圧。唯一の問題は、パッドを押すためにどのような駆動装置が使用されるかということです。ブレーキの歴史は、ある意味、この駆動装置の開発の歴史でもあります。

最初の鉄道ブレーキは機械式で、ブレーキマンや車掌などの特別な人が車両ごとに個別に手動で操作していました。車掌は各車両に装備されたいわゆるブレーキ台の上に配置され、機関車の運転士の合図でブレーキをかけた。運転士と車掌の間の信号のやり取りは、列車全体に張られた特別な信号ロープを使用して行われ、特別な汽笛が鳴らされました。

ブレーキパッド付きのビンテージ 2 軸貨車。ハンドブレーキノブが見える


機械駆動のブレーキ自体の力はほとんどありません。ブレーキ圧力の量は、指揮者の強さと器用さによって決まりました。さらに、人的要因がそのようなブレーキシステムの動作を妨げました - 車掌は常にその職務を正しく実行するとは限りませんでした。このようなブレーキの効率の高さ、およびブレーキを備えた列車の速度の向上について話す必要はありません。

ブレーキのさらなる開発には、第一にブレーキ圧力の増加、第二にドライバーの作業場からすべての車両を遠隔制御できることが必要でした。

自動車のブレーキに使用される油圧駆動装置は、コンパクトなアクチュエーターで高い圧力を供給できるため、広く普及しています。しかし、このようなシステムを列車で使用する場合、その主な欠点が現れます。それは、特別な作動流体、つまりブレーキ液が必要であり、その漏れは許容されません。列車内のブレーキ油圧ラインの長さが長く、その気密性に対する高い要件により、鉄道油圧ブレーキを作成することは不可能かつ非合理的です。

もう一つは空気圧駆動です。高圧空気を使用することにより、アクチュエータ、つまりブレーキシリンダの許容可能な寸法で高いブレーキ圧力を得ることが可能になります。作動液が不足することはありません。空気は私たちの周りに溢れており、ブレーキシステムから作動液が漏れた場合でも（実際に漏れています）、比較的簡単に補充できます。

圧縮空気エネルギーを利用した最も単純なブレーキ システムは次のとおりです。 直動非自動ブレーキ

直動式非自動ブレーキの図: 1 - コンプレッサー。 2 - メインタンク; 3 - 供給ライン。 4 — 運転士用列車クレーン。 5 - ブレーキライン。 6 - ブレーキシリンダー。 7 - リリーススプリング。 8、9 - 機械式ブレーキトランスミッション。 10 - ブレーキパッド。


このようなブレーキを作動させるには、圧縮空気の供給が必要であり、圧縮空気は機関車の特別なタンクに蓄えられています。 メインリザーバー (2)。メインタンク内に空気を注入し、一定の圧力を維持します。 コンプレッサー (1)、機関車発電所によって駆動されます。圧縮空気は、と呼ばれる特別なパイプラインを通じてブレーキ制御装置に供給されます。 栄養（NM） または プレッシャー 高速道路(3)。

車両のブレーキは制御され、列車全体を貫く長いパイプラインを通じて圧縮空気が供給されます。 ブレーキライン(TM) (5)。 TM に圧縮空気を供給すると、圧縮空気が充填されます。 ブレーキシリンダー（TC） (6) TM に直接接続されています。圧縮空気がピストンを押し、ブレーキパッド 10 を機関車と車両の両方の車輪に押し付けます。ブレーキがかかる。

ブレーキを止めるということは、 休暇 ブレーキを作動させるにはブレーキライン内のエアを大気中に逃がす必要があり、これによりTCに内蔵されたリリーススプリングの力によりブレーキ機構が元の位置に戻ります。

ブレーキをかけるには、ブレーキライン(TM)とフィードライン(PM)を接続する必要があります。休暇中はブレーキラインを大気圏に接続してください。これらの機能は特別なデバイスによって実行されます - 運転士用列車クレーン (4) - ブレーキをかけると、PM と PM が接続され、解放されると、これらのパイプラインが切断され、同時に PM から大気中に空気が放出されます。

このようなシステムでは、運転手のクレーンには 3 番目の中間位置があります。 屋根を葺き替える PM と TM が分離されているが、TM から大気中への空気の放出が起こらない場合、運転手のクレーンはそれを完全に隔離します。 TM と TC に蓄えられた圧力が維持され、その圧力が設定レベルに維持される時間は、さまざまなリークによるエア漏れの量と、摩擦時に発熱するブレーキパッドの熱抵抗によって決まります。ホイールのタイヤ。ブレーキ時とリリース時に天井に設置することで、段階的に制動力を調整できます。このタイプのブレーキは、ステップブレーキとステップリリースの両方を提供します。

このようなブレーキシステムは単純であるにもかかわらず、致命的な欠陥があります。列車が切り離されると、ブレーキラインが破断し、そこから空気が漏れ、列車はブレーキなしのままになります。このような理由から、このようなブレーキは鉄道輸送では使用できず、故障した場合のコストが高すぎるのです。列車破断がなくても、空気漏れが大きいとブレーキの効きが低下します。

上記に基づいて、列車のブレーキは TM 内の圧力の増加ではなく減少によって開始されるという要件が生じます。しかし、ではどうやってブレーキシリンダーに空気を充填するのでしょうか?これにより、2 番目の要件が生じます。つまり、列車上の各移動ユニットは圧縮空気の供給源を蓄えなければならず、ブレーキがかかるたびに直ちに補充する必要があります。

1872 世紀末の工学思想も同様の結論に達し、XNUMX 年にジョージ ウェスティングハウスによる最初の自動鉄道ブレーキの開発につながりました。

ウェスチングハウスブレーキ装置: 1 - コンプレッサー; 2 - メインタンク; 3 - 供給ライン。 4 — 運転士用列車クレーン。 5 - ブレーキライン。 6 — ウェスチングハウス システムの空気分配器 (トリプル バルブ)。 7 - ブレーキシリンダー。 8 - 予備タンク。 9 - ストップバルブ。

このブレーキの構造を図に示します（図a - リリース時のブレーキの動作、b - ブレーキ時のブレーキの動作）。 Westigauze ブレーキの主な要素は次のとおりです。 ブレーキエアディストリビュータ または、時々呼ばれるように、 トリプルバルブ。このエアディストリビュータ (6) には、ブレーキライン (TM) とリザーブリザーバー (R) 内に敏感な器官 (XNUMX つの圧力の差で動作するピストン) があります。 TM 内の圧力が TC 内の圧力よりも低くなると、ピストンが左に移動し、CM から TC への空気の通り道が開きます。 TM 内の圧力が SZ 内の圧力よりも高くなると、ピストンが右に移動して TC と大気を連通し、同時に TM と SZ を連通し、後者が SZ からの圧縮空気で満たされるようにします。 TM。

したがって、運転手の操作、TM からの過度の空気漏れ、列車の破断など、何らかの理由で TM 内の圧力が低下すると、ブレーキが作動します。つまり、そのようなブレーキには、 自動アクション。このブレーキの特性により、今日まで旅客列車で使用されている列車ブレーキ制御のもう一つの可能​​性、つまり特殊なバルブを介してブレーキラインと大気を連通させることで乗客が列車を緊急停止することが可能になりました。 非常ブレーキ とします。

列車のブレーキ システムのこの機能に精通している人にとっては、有名な泥棒カウボーイが金貨を積んだ車両を列車から外す映画を見るのは面白いでしょう。これを可能にするために、カウボーイは連結を外す前に、車両間の接続ホースからブレーキ ラインを分離するブレーキ ラインのエンド バルブを閉じなければなりません。しかし、彼らは決してそうではありません。一方で、クローズドエンドバルブは、国内（1987年のカメンスク、2011年のエラル・シムスカヤ）および海外の両方で、ブレーキの故障に関連したひどい災害を一度ならず引き起こしています。

ブレーキシリンダーの充填は圧縮空気の二次供給源（予備タンク）から行われ、定期的な補充の可能性がないため、このようなブレーキは次のように呼ばれます。 間接的に作用する。圧縮空気によるブレーキの充電は、ブレーキが解除されたときにのみ行われます。そのため、頻繁にブレーキをかけて解除すると、解除後に十分な時間がないと、ブレーキに必要な圧力まで充電する時間がなくなります。これにより、ブレーキが完全に消耗し、列車のブレーキの制御が失われる可能性があります。

空気圧ブレーキには、ブレーキライン内の圧力降下が、他の外乱と同様に、高速ではあるが依然として有限の速度 (340 m/s 以下) で空中に伝播するという事実に関連した別の欠点もあります。なぜそれ以上ではないのでしょうか？音速が理想的だからです。しかし、列車の空気圧システムには、空気の流れに対する抵抗に伴う圧力降下の伝播速度を低下させる障害物が数多くあります。したがって、特別な措置を講じない限り、車両が機関車から離れるほど、TM 内の圧力低下率は低くなります。ウェスチングハウス ブレーキの場合、いわゆるブレーキの速度 制動波 180～200m/sを超えないこと。

しかし、空気圧ブレーキの登場により、運転士の作業場から直接ブレーキの強力化と制御の効率化が可能となり、鉄道輸送の発展の大きな推進力となり、車両の高速化と重量化が実現しました。その結果、鉄道の貨物回転率が大幅に増加し、世界中の鉄道路線が延長されました。

ジョージ・ウェスティングハウスは発明家であるだけでなく、進取的な実業家でもありました。彼は 1869 年に発明の特許を取得し、これによりブレーキ装置の大量生産を開始できるようになりました。ウェスチングハウス ブレーキは、すぐに米国、西ヨーロッパ、ロシア帝国に普及しました。

ロシアでは、十月革命まで、そしてその後かなり長い間、ウェスチングハウスのブレーキが最高位に君臨した。ウェスチングハウス社はサンクトペテルブルクに独自のブレーキ工場を建設し、またロシア市場から競合他社を巧みに追い出した。しかし、ウェスチングハウス ブレーキには多くの根本的な欠点がありました。

まず、このブレーキには 2 つの動作モードしかありませんでした。 ブレーキング ブレーキシリンダーが完全に充填されるまで、 休暇 — ブレーキシリンダーを空にする。長期メンテナンスで中間のブレーキ圧を作り出すことは不可能でした。つまり、ウェスチングハウスブレーキにはモードがありませんでした。 屋根を葺き替える。これでは列車の速度を正確に制御することができませんでした。

第二に、ウェスチングハウスのブレーキは長い列車ではうまく機能せず、旅客輸送ではなんとか許容できましたが、貨物輸送では問題が発生しました。制動波を覚えていますか?そのため、ウェスチングハウスのブレーキには速度を上げる手段がなかったため、長い列車では最後尾車両のブレーキ液の圧力低下が開始するのが遅すぎる可能性があり、その速度は先頭車両よりも大幅に低くなる可能性がありました。これにより、列車全体でブレーキ装置の動作が大きく不均一になりました。

ウェスチングハウス社のあらゆる活動は、当時のロシアでも世界中でも、特許戦争と不正競争という資本主義の香りに完全に染まっていたと言わざるを得ません。これが、少なくともその歴史的期間において、このような不完全なシステムがこれほど長寿命を保証した理由です。

これらすべてを踏まえると、ウェスチングハウス ブレーキがブレーキ科学の基礎を築き、その動作原理は現代の車両ブレーキでも変わっていないことを認識する必要があります。

2. ウェスチングハウスブレーキからマトロソフブレーキへ - 国内ブレーキ科学の形成。

ウェスチングハウス ブレーキの登場とその欠点の認識のほぼ直後に、このシステムを改良するか、根本的に新しい別のシステムを作成する試みが起こりました。我が国も例外ではありませんでした。 20 世紀初頭、ロシアには発達した鉄道網があり、国の経済発展と防衛力の確保に重要な役割を果たしました。輸送効率の向上には、移動速度の増加や同時に輸送する荷物の質量の増加が伴い、ブレーキシステムの改善が急務となっています。

RSFSR とその後のソ連におけるブレーキ科学の発展の重要な推進力は、1917 年 XNUMX 月以降の国内鉄道産業の発展に対する西側の大資本、特にウェスチングハウス社の影響力の減少でした。

FPカザンツェフ（左）とI.K.船員 (右) - 国内鉄道ブレーキの開発者


最初の兆候、つまり国内の若いブレーキ科学の最初の重大な成果は、エンジニアのフロレンティ・ピメノビッチ・カザンツェフの開発でした。 1921 年、カザンツェフはシステムを提案しました。 直動式自動ブレーキ。下の図は、カザンツェフだけでなく導入されたすべての主なアイデアを説明しており、その目的は、改良された自動ブレーキの動作の基本原理を説明することです。

直動式自動ブレーキ: 1 - コンプレッサー; 2 - メインタンク; 3 - 供給ライン。 4 — 運転士用列車クレーン。 5 — ブレーキラインのリーク供給装置。 6 - ブレーキライン。 7 - ブレーキホースの接続。 8 - エンドバルブ。 9 - ストップバルブ。 10 - 逆止弁。 11 — 予備タンク。 12 — 空気分配器。 13 - ブレーキシリンダー。 14 — ブレーキレバートランスミッション。


したがって、最初の主なアイデアは、TM 内の圧力が、と呼ばれる特別なリザーバー内の圧力の増減を通じて間接的に制御されるということです。 サージタンク （あなたは）。図の運転手タップ（4）の右側とTMからの漏電用電源装置（5）の上部に表示されています。このタンクの密度は、長さが数キロメートルに達し列車全体を通るパイプであるブレーキラインの密度よりも技術的にはるかに簡単に確保できます。 UR 内の圧力が比較的安定しているため、UR 内の圧力を基準として使用して TM 内の圧力を維持することができます。実際、装置 (5) のピストンは、TM 内の圧力が低下するとバルブを開き、供給ラインから TM を充填し、それによって TM 内の圧力を UR 内の圧力と等しく維持します。このアイデアの開発にはまだ長い道のりがありましたが、TM 内の圧力は、TM からの外部漏れの存在に依存しなくなりました (一定の制限まで)。デバイス 5 はオペレーターのクレーンに移行し、修正された形で今日までそこに残っています。

このタイプのブレーキの設計の基礎となるもう 10 つの重要なアイデアは、逆止弁 XNUMX を介したブレーキ液からの電力供給です。ブレーキ バルブ内の圧力がブレーキ バルブ内の圧力を超えると、このバルブが開き、ブレーキからのバルブが満たされます。流体。このようにして、漏れはリザーブリザーバーから継続的に補充され、ブレーキが切れることはありません。

カザンツェフが提案した 3 番目の重要なアイデアは、2 つの圧力の差ではなく、ブレーキ ライン内の圧力、ブレーキ シリンダー内の圧力、および特別な作動室 (WC) 内の圧力という 3 つの圧力の差で動作するエア ディストリビューターの設計です。解放中に、予備タンクとともにブレーキラインからの圧力によって供給されます。ブレーキモードでは、充填圧力はリザーブリザーバーとブレーキラインから切り離され、初期充填圧力の値が維持されます。この特性は、作業室が初期充填圧力の基準として機能するため、段階的な解放を提供するためと、貨物列車の列車に沿った TC の充填の均一性を制御するために鉄道車両のブレーキに広く使用されています。その値に基づいて、段階的にリリースを提供し、ショッピング センターの最後尾車両の早期充填を組織することが可能です。これらの詳細な説明は、このトピックに関する他の記事に譲るとして、今のところは、カザンツェフの研究が我が国の科学学校の発展の動機となり、それがオリジナルの科学の発展につながったということだけを述べておきます。鉄道車両のブレーキシステム。

国産鉄道車両用ブレーキの開発に根本的な影響を与えたもう一人のソ連の発明家は、イワン・コンスタンティノヴィチ・マトロソフでした。彼のアイデアはカザンツェフのアイデアと基本的には変わりませんでしたが、その後のカザンツェフとマトロソフのブレーキ システム (他のブレーキ システムと併せた) の動作テストでは、主に貨物列車で使用した場合の性能特性の点で 320 番目のシステムが大幅に優れていることが示されました。したがって、空気分配器を備えたマトロソフブレーキは条件付きです。 No. 1520 は、XNUMX mm ゲージ鉄道用のブレーキ装置のさらなる開発と設計の基礎となりました。ロシアと CIS 諸国で使用されている最新の自動ブレーキは、開発の初期段階でイワン・コンスタンティノヴィッチのアイデアと設計ソリューションを吸収したため、マトロソフのブレーキの名前を冠するのが当然です。

代わりに、結論の

結論は何ですか?この記事に取り組んだことで、このテーマは一連の記事を書く価値があると確信しました。今回のパイロット記事では、鉄道車両用ブレーキの開発の歴史について触れました。以下では、国内のブレーキだけでなく、西ヨーロッパの同僚の開発にも触れ、さまざまなタイプや鉄道車両サービスの種類のブレーキの設計に焦点を当てて、興味深い詳細を説明します。それでは、このトピックが興味深いものになることを願っています。またハブでお会いしましょう!

ご清聴ありがとうございました！

出所： habr.com