Сапсанның максималды жылдамдықтағы кинетикалық энергиясы 1500 мегаджоульден асады. Толық тоқтау үшін оның барлығы тежегіш құрылғылармен таратылуы керек.
Бір нәрсе болды дәл осы жерде, Хабреде. Мұнда теміржол тақырыптары бойынша көптеген шолу мақалалары жарияланады, бірақ бұл тақырып әлі егжей-тегжейлі қарастырылмаған. Менің ойымша, бұл туралы мақала жазу өте қызықты болар еді, мүмкін бір емес. Сондықтан теміржол көлігінің тежеу жүйелері қалай құрастырылған, қандай себептермен осылай жобаланған деген қызығушылық танытатындардың мысығын сұраймын.
1. Ауа тежегішінің пайда болу тарихы
Кез келген көлікті басқару міндеті оның жылдамдығын реттеуді қамтиды. Темір жол көлігі де ерекшелік емес, сонымен қатар оның дизайн ерекшеліктері бұл процеске маңызды нюанстарды енгізеді. Пойыз бір-бірімен байланысты көптеген вагондардан тұрады және алынған жүйе өте лайықты жылдамдықта айтарлықтай ұзындық пен салмаққа ие.
Анықтама бойынша тежегіштер – көлік құралының жылдамдығын бақылаулы түрде азайту үшін қолданылатын жасанды, реттелетін қарсылық күштерін жасауға арналған құрылғылар жиынтығы.
Сырттай қарағанда, тежеу күшін жасаудың ең айқын жолы - үйкеліс күші. Ең басынан бастап бүгінгі күнге дейін аяқ киімнің үйкеліс тежегіштері қолданылды. Арнайы құрылғылар - үйкеліс коэффициенті жоғары материалдан жасалған тежегіш жастықшалар доңғалақтың домалау бетіне (немесе дөңгелектер жұбының осіне орнатылған арнайы дискілерге қарсы) механикалық түрде басылады. Төсектер мен доңғалақ арасында тежеу моментін тудыратын үйкеліс күші пайда болады.
Тежеу күші доңғалақтарды дөңгелекке басу күшін өзгерту арқылы реттеледі - тежегіш қысымы. Жалғыз сұрақ - төсемдерді басу үшін қандай диск қолданылады, және ішінара тежегіштердің тарихы - бұл дискінің даму тарихы.
Алғашқы теміржол тежегіштері механикалық болды және қолмен, әр вагонда бөлек арнайы адамдар – тежегіштер немесе кондукторлар басқарды. Кондукторлар әрбір вагонмен жабдықталған тежегіш платформалар деп аталатын жерде орналасты және олар локомотив машинисінің сигналы бойынша тежеуді басты. Машинист пен кондукторлар арасындағы сигнал алмасу бүкіл пойыз бойымен созылған арнайы сигналдық арқан арқылы жүзеге асырылды, ол арнайы ысқырықты іске қосты.
Тежегіш төсеніші бар винтажды екі осьті жүк вагоны. Қол тежегішінің тұтқасы көрінеді
Механикалық жетек тежегішінің өзі аз қуатқа ие. Тежеу қысымының мөлшері өткізгіштің күші мен ептілігіне байланысты болды. Сонымен қатар, адам факторы мұндай тежеу жүйесінің жұмысына кедергі келтірді - өткізгіштер әрқашан өз міндеттерін дұрыс орындамады. Мұндай тежегіштердің жоғары тиімділігі, сондай-ақ олармен жабдықталған пойыздардың жылдамдығын арттыру туралы айтудың қажеті жоқ еді.
Тежегіштерді одан әрі дамыту, біріншіден, тежегіш қысымын арттыруды, екіншіден, жүргізушінің жұмыс орнынан барлық автомобильдерді қашықтан басқару мүмкіндігін талап етті.
Автокөлік тежегіштерінде қолданылатын гидравликалық жетек ықшам жетектермен жоғары қысымды қамтамасыз ететіндіктен кең таралған. Дегенмен, мұндай жүйені пойызда пайдаланған кезде оның негізгі кемшілігі пайда болады: арнайы жұмыс сұйықтығы - тежегіш сұйықтығының қажеттілігі, оның ағып кетуіне жол берілмейді. Пойыздағы тежегіш гидравликалық желілердің үлкен ұзындығы олардың герметикалығына қойылатын жоғары талаптармен бірге гидравликалық темір жол тежегішін жасауды мүмкін емес және қисынсыз етеді.
Тағы бір нәрсе - пневматикалық жетек. Жоғары қысымды ауаны пайдалану жетектердің – тежегіш цилиндрлердің рұқсат етілген өлшемдерімен жоғары тежеу қысымын алуға мүмкіндік береді. Жұмыс сұйықтығының тапшылығы жоқ - ауа біздің айналамызда, тіпті тежегіш жүйесінен жұмыс сұйықтығы ағып кетсе де (және бұл, әрине), оны салыстырмалы түрде оңай толтыруға болады.
Сығылған ауа энергиясын пайдаланатын ең қарапайым тежеу жүйесі тікелей әсер ететін автоматты емес тежегіш
Тікелей әсер ететін автоматты емес тежегіштің схемасы: 1 - компрессор; 2 - негізгі резервуар; 3 - қоректендіру желісі; 4 — машинисттік пойыз краны; 5 - тежеу желісі; 6 — тежегіш цилиндр; 7 — босату серіппесі; 8, 9 — механикалық тежегіш беріліс; 10 - тежегіш алаңы.
Мұндай тежегішті басқару үшін локомотивте арнайы резервуарда сақталатын сығылған ауа қажет. негізгі су қоймасы (2). Негізгі резервуарға ауаны айдау және ондағы тұрақты қысымды сақтау жүзеге асырылады компрессор (1), локомотив электр станциясымен қозғалады. Сығылған ауа тежегішті басқару құрылғыларына арнайы құбыр арқылы беріледі қоректік (NM) немесе қысым тас жолы (3).
Вагондардың тежегіштері басқарылады және оларға сығылған ауа бүкіл пойыз арқылы өтетін ұзын құбыр арқылы жеткізіледі және шақырылады. тежеу желісі (TM) (5). Сығылған ауаны ТМ арқылы бергенде ол толтырылады тежегіш цилиндрлер (ТС) (6) ТМ-ге тікелей қосылған. Сығылған ауа поршенді басады, тежегіш колодкаларды 10 доңғалақтарға тепловозда да, вагондарда да басады. Тежеу орын алады.
Тежеуді тоқтату үшін, яғни демалыс тежегіштер, ауаны тежеу сызығынан атмосфераға шығару қажет, бұл ТК-да орнатылған босату серіппелерінің күші әсерінен тежегіш механизмдердің бастапқы қалпына келуіне әкеледі.
Тежеу үшін тежеу желісін (ТМ) беру желісімен (PM) қосу қажет. Демалыс үшін тежегіш желісін атмосфераға қосыңыз. Бұл функцияларды арнайы құрылғы орындайды - машинисттік пойыз краны (4) - тежеу кезінде PM және PM қосады, босатылған кезде бұл құбырларды ажыратады, бір мезгілде ПМ-дан ауаны атмосфераға шығарады.
Мұндай жүйеде жүргізуші кранының үшінші, аралық орны бар - қайта жабу ПМ және ТМ бөлінгенде, бірақ ТМ-дан атмосфераға ауаның шығуы болмаған кезде, машинист кран оны толығымен оқшаулайды. ТМ және ТК жинақталған қысым сақталады және оны белгіленген деңгейде ұстау уақыты әртүрлі ағып кетулер арқылы ауаның ағу мөлшерімен, сондай-ақ үйкеліс кезінде қызып кететін тежегіш колодкалардың жылу кедергісі арқылы анықталады. доңғалақ шиналары. Оны тежеу кезінде де, босату кезінде де төбеге қою тежеу күшін қадамдармен реттеуге мүмкіндік береді. Тежеудің бұл түрі қадамдық тежеуді де, қадамдық босатуды да қамтамасыз етеді.
Мұндай тежеу жүйесінің қарапайымдылығына қарамастан, оның өлімге әкелетін кемшілігі бар - пойыз ажыратылған кезде тежегіш желісі үзіліп, одан ауа шығып, пойыз тежегішсіз қалады. Дәл осы себепті мұндай тежегішті теміржол көлігінде қолдануға болмайды, оның істен шығуының құны тым жоғары. Пойыз үзілмесе де, үлкен ауа ағып кетсе, тежегіштің тиімділігі төмендейді.
Жоғарыда айтылғандардың негізінде пойыздың тежелуі ТМ-дағы қысымның жоғарылауынан емес, төмендеуінен басталады деген талап туындайды. Бірақ тежегіш цилиндрлерді қалай толтыру керек? Бұл екінші талапты тудырады - пойыздағы әрбір қозғалатын қондырғыда сығылған ауа қорын сақтау керек, оны әрбір тежеуден кейін дереу толтыру керек.
1872 ғасырдың аяғындағы инженерлік ойлар осындай тұжырымдарға келді, нәтижесінде XNUMX жылы Джордж Вестингхаус алғашқы автоматты теміржол тежегішін жасады.
Westinghouse тежегіш құрылғысы: 1 - компрессор; 2 - негізгі резервуар; 3 - қоректендіру желісі; 4 — машинисттік пойыз краны; 5 - тежеу желісі; 6 — Westinghouse жүйесінің ауа таратқышы (үштік клапан); 7 — тежегіш цилиндр; 8 — қосалқы резервуар; 9 - тоқтату клапаны.
Суретте осы тежегіштің құрылымы көрсетілген (сурет а – босату кезінде тежегіштің жұмысы; б – тежеу кезіндегі тежегіштің жұмысы). Westigauze тежегішінің негізгі элементі болды тежегіш ауа таратқыш немесе, кейде осылай аталады, үштік клапан. Бұл ауа таратқыштың (6) сезімтал органы - тежеу желісінде (TM) және резервтік резервуарда (R) екі қысым арасындағы айырмашылықта жұмыс істейтін поршень бар. Егер ТМ-дағы қысым ТК-ға қарағанда аз болса, онда поршень солға жылжиды, СМ-ден ТК-ға ауаға жол ашады. Егер ТМ-дағы қысым СЗ-дағы қысымнан жоғары болса, поршень оңға қарай жылжиды, ТК-ны атмосферамен байланыстырады және сонымен бірге ТМ мен СЗ-ны байланыстырады, соңғысының қысылған ауамен толтырылуын қамтамасыз етеді. ТМ.
Осылайша, ТМ-дегі қысым қандай да бір себептермен төмендесе, мейлі ол машинистің әрекеті, ТМ-дан ауаның шамадан тыс шығуы немесе пойыздың үзілуі, тежегіштер жұмыс істейді. Яғни, мұндай тежегіштер бар автоматты әрекет. Тежегіштің бұл қасиеті бүгінгі күнге дейін жолаушылар пойыздарында қолданылатын пойыз тежегіштерін басқарудың тағы бір мүмкіндігін қосуға мүмкіндік берді - арнайы клапан арқылы тежеу желісін атмосферамен байланыстыру арқылы жолаушы пойызды шұғыл тоқтату - тежегіш (9).
Пойыздың тежеу жүйесінің бұл ерекшелігімен таныс адамдар үшін ковбой ұрылар пойыздан алтынмен вагонды ағытып алатын фильмдерді көру қызық. Бұл мүмкін болу үшін ковбойлар ағытпастан бұрын тежеу желісін автомобильдер арасындағы байланыстыратын шлангтардан бөлетін тежеу желісіндегі соңғы клапандарды жабуы керек. Бірақ олар ешқашан істемейді. Екінші жағынан, жабық клапандар тежегіштің істен шығуына байланысты осы жерде (1987 жылы Каменск, 2011 жылы Ерал-Симская) және шетелде бірнеше рет қорқынышты апаттар туғызды.
Тежегіш цилиндрлерді толтыру сығылған ауаның қайталама көзінен (қосалқы резервуар), оны үнемі толтыру мүмкіндігінсіз жүзеге асырылатындықтан, мұндай тежеу деп аталады. жанама түрде әрекет етеді. Тежегішті сығылған ауамен зарядтау тежегіш босатылған кезде ғана жүреді, бұл жиі тежеуден кейін босатумен, егер босатудан кейін уақыт жеткіліксіз болса, тежегіш қажетті қысымға дейін зарядтауға үлгермейді. Бұл тежегіштің толық таусылуына және пойыздың тежегіштерін басқарудың жоғалуына әкелуі мүмкін.
Пневматикалық тежегіштің тағы бір кемшілігі тежеу желісіндегі қысымның төмендеуі, кез келген бұзылулар сияқты, ауада жоғары, бірақ әлі де шектеулі, жылдамдықпен таралатындығымен байланысты - 340 м/с аспайды. Неге көп емес? Өйткені дыбыс жылдамдығы идеалды. Бірақ пойыздың пневматикалық жүйесінде ауа ағынына қарсылықпен байланысты қысымның төмендеуінің таралу жылдамдығын төмендететін бірқатар кедергілер бар. Сондықтан арнайы шаралар қабылданбаса, ТМ-дағы қысымның төмендеу жылдамдығы вагон локомотивтен неғұрлым алыс болса, төмен болады. Westinghouse тежегіші жағдайында жылдамдық деп аталатын тежеу толқыны 180 - 200 м/с аспайды.
Бірақ пневматикалық тежегіштің пайда болуы тежегіштердің қуатын да, оларды басқарудың тиімділігін де жүргізушінің жұмыс орнынан тікелей арттыруға мүмкіндік берді.Бұл теміржол көлігінің дамуына, жылдамдығы мен салмағын арттыруға қуатты серпін болды. пойыздар, соның салдарынан теміржолдағы жүк айналымының орасан артуы, бүкіл әлем бойынша теміржол желілерінің ұзындығының артуы.
Джордж Вестингхаус өнертапқыш қана емес, сонымен қатар іскер кәсіпкер болды. Ол 1869 жылы өзінің өнертабысын патенттеді, бұл оған тежегіш жабдықтардың жаппай өндірісін бастауға мүмкіндік берді. Тез арада Вестингхаус тежегіші АҚШ-та, Батыс Еуропада және Ресей империясында кең тарады.
Ресейде Вестингхаус тежегіші Қазан төңкерісіне дейін және одан кейін ұзақ уақыт бойы билік етті. Westinghouse компаниясы Санкт-Петербургте өзінің тежегіш зауытын салды, сонымен қатар ресейлік нарықтан бәсекелестерді шебер түрде қуып жіберді. Дегенмен, Westinghouse тежегішінің бірқатар негізгі кемшіліктері болды.
Біріншіден, бұл тежегіш тек екі жұмыс режимін қамтамасыз етті: тежеу тежегіш цилиндрлері толығымен толтырылғанша, және демалыс — тежегіш цилиндрлерді босату. Ұзақ мерзімді техникалық қызмет көрсету арқылы тежегіш қысымының аралық мөлшерін жасау мүмкін болмады, яғни Вестингхаус тежегішінің режимі болмады. қайта жабу. Бұл пойыз жылдамдығын дәл бақылауға мүмкіндік бермеді.
Екіншіден, Вестингхаус тежегіші ұзын пойыздарда жақсы жұмыс істемеді, және бұған жолаушылар ағынында қандай да бір жолмен шыдауға болатын болса да, жүк тасымалдауда проблемалар туындады. Тежеу толқыны есіңізде ме? Сонымен, Вестингхаус тежегішінің жылдамдығын арттыруға мүмкіндігі болмады, ал ұзын пойызда соңғы вагондағы тежегіш сұйықтығындағы қысымның төмендеуі тым кеш басталуы мүмкін және оның басына қарағанда айтарлықтай төмен жылдамдықпен басталуы мүмкін. пойызда тежегіш құрылғылардың жабайы біркелкі емес жұмысын тудырған пойыз.
Westinghouse компаниясының сол кездегі Ресейде де, бүкіл әлемде де барлық қызметі патенттік соғыстар мен жосықсыз бәсекелестіктің капиталистік иісіне әбден қанық екенін айту керек. Міне, осындай жетілмеген жүйенің ұзақ өмір сүруін қамтамасыз еткен, ең болмағанда сол тарихи кезеңде.
Осының бәрін ескере отырып, Вестингхаус тежегішінің тежеу ғылымының негізін қалағанын және оның жұмыс істеу принципі қазіргі жылжымалы құрамның тежегіштерінде өзгеріссіз қалғанын мойындау керек.
2. Вестингхаус тежегішінен Матросов тежегішіне дейін – отандық тежеу ғылымының қалыптасуы.
Westinghouse тежегіші пайда болғаннан кейін және оның кемшіліктерін түсінгеннен кейін бірден осы жүйені жақсарту немесе басқа, түбегейлі жаңасын құру әрекеттері пайда болды. Біздің еліміз де шет қалмады. 20 ғасырдың басында Ресейде дамыған темір жол желісі болды, бұл елдің экономикалық дамуы мен қорғаныс қабілетін қамтамасыз етуде маңызды рөл атқарды. Көліктің тиімділігін арттыру оның қозғалыс жылдамдығының және бір уақытта тасымалданатын жүк массасының ұлғаюымен байланысты, яғни тежеу жүйелерін жетілдіру мәселелері шұғыл көтерілді.
РСФСР-де, кейінірек КСРО-да тежеу ғылымының дамуына елеулі серпін 1917 жылғы қазаннан кейін ірі батыс капиталының, атап айтқанда Вестингхаус компаниясының отандық темір жол саласының дамуына ықпалының төмендеуі болды.
F.P. Казанцев (сол жақта) және И.К. Теңізшілер (оң жақта) - отандық темір жол тежегішін жасаушылар
Бірінші белгі, жас отандық тежеу ғылымының алғашқы елеулі жетістігі инженер Флорентий Пименович Казанцевтің дамуы болды. 1921 жылы Казанцев жүйені ұсынды тікелей әсер ететін автоматты тежегіш. Төмендегі диаграмма тек Казанцев енгізген барлық негізгі идеяларды сипаттайды және оның мақсаты жақсартылған автоматты тежегіштің жұмысының негізгі принциптерін түсіндіру болып табылады.
Тікелей әсер ететін автоматты тежегіш: 1 - компрессор; 2 - негізгі резервуар; 3 - қоректендіру желісі; 4 — машинисттік пойыз краны; 5 — тежеу желісінің ағуын қамтамасыз ету құрылғысы; 6 — тежеу желісі; 7 — қосу тежегіш шлангілері; 8 - соңғы клапан; 9 - тоқтату клапаны; 10 - тексеру клапаны; 11 — қосалқы резервуар; 12 — ауа таратушы; 13 — тежегіш цилиндр; 14 — тежегіш тұтқасының беріліс қорабы.
Сонымен, бірінші негізгі идея - ТМ-дағы қысым жанама түрде - арнайы резервуардағы қысымның төмендеуі/жоғарылауы арқылы басқарылады. кернеулі резервуар (UR). Ол жүргізуші шүмегінің оң жағындағы суретте (4) және ТМ-дан (5) ағып кету үшін қуат беру құрылғысының жоғарғы жағында көрсетілген. Бұл резервуардың тығыздығын техникалық тұрғыдан қамтамасыз ету тежегіш сызығының тығыздығына қарағанда әлдеқайда оңай - ұзындығы бірнеше километрге жететін және бүкіл пойыз арқылы өтетін құбыр. ЖЖҚ-дағы қысымның салыстырмалы тұрақтылығы ЖЖ қысымын эталон ретінде пайдалана отырып, ТМ-дағы қысымды ұстап тұруға мүмкіндік береді. Шынында да, құрылғыдағы поршень (5) ТМ-дағы қысым төмендеген кезде, жеткізу желісінен ТМ-ны толтыратын клапанды ашады, осылайша ТМ-де UR-дағы қысымға тең қысымды сақтайды. Бұл идеяның дамуында әлі де көп жол бар еді, бірақ қазір ТМ-дағы қысым одан сыртқы ағып кетудің болуына байланысты емес (белгілі бір шекке дейін). 5-ші құрылғы оператор кранына көшті және өзгертілген күйінде осы күнге дейін сол жерде қалады.
Тежегіштің осы түрінің конструкциясының негізінде жатқан тағы бір маңызды идея тежегіш сұйықтығынан кері клапан 10 арқылы қуат беру болып табылады. Тежегіш клапанындағы қысым тежегіш клапанындағы қысымнан асып кеткенде, бұл клапан ашылады, клапанды тежегіштен толтырады. сұйықтық. Осылайша, резервуардан ағып кетулер үздіксіз толтырылады және тежегіш бітпейді.
Казанцев ұсынған үшінші маңызды идея – екі қысымның емес, үштің – тежеу желісіндегі қысымның, тежеу цилиндріндегі қысымның және арнайы жұмыс камерасындағы (ВК) қысымның айырмашылығымен жұмыс істейтін ауа таратқыштың дизайны, ол босату кезінде тежеу желісінің қысымымен қоректенеді , қосалқы резервуармен бірге. Тежеу режимінде зарядтау қысымы бастапқы зарядтау қысымының мәнін сақтай отырып, резервтік резервуардан және тежеу желісінен ажыратылады. Бұл қасиет жылжымалы құрамның тежегіштерінде кеңінен қолданылады, сонымен қатар сатылы босатуды қамтамасыз ету үшін де, жүк пойыздарындағы ТК-ны пойыз бойымен толтыру біркелкілігін бақылау үшін де қолданылады, өйткені жұмыс камерасы бастапқы зарядтау қысымы үшін эталон қызметін атқарады. Оның құндылығына сүйене отырып, сатылы босатуды қамтамасыз етуге және сауда орталығын артқы вагондарға ертерек толтыруды ұйымдастыруға болады. Мен осы тақырыптағы басқа мақалалар үшін бұл нәрселердің егжей-тегжейлі сипаттамасын қалдырамын, бірақ әзірге мен Казанцевтің жұмысы еліміздегі ғылыми мектептің дамуына ынталандыру болды деп айтайын, бұл түпнұсқаның дамуына әкелді. жылжымалы құрамның тежегіш жүйелері.
Отандық жылжымалы құрамның тежегіштерінің дамуына түбегейлі әсер еткен тағы бір кеңес өнертапқышы Иван Константинович Матросов болды. Оның идеялары Казанцевтің идеяларынан түбегейлі ерекшеленбеді, дегенмен Казанцев пен Матросов тежегіш жүйелерінің кейінгі эксплуатациялық сынақтары (басқа тежегіш жүйелерімен бірге) бірінші кезекте жүк пойыздарында пайдаланылған кезде өнімділік сипаттамалары бойынша екінші жүйенің айтарлықтай артықшылығын көрсетті. Осылайша, ауа дистрибьюторы бар Матросов тежегіші шартты болып табылады. № 320 1520 мм калибрлі темір жолдар үшін тежегіш жабдықтарды одан әрі әзірлеу және жобалау үшін негіз болды. Ресейде және ТМД елдерінде қолданылатын қазіргі заманғы автоматты тежегіш Матросовтың тежегішінің атауына ие болуы мүмкін, өйткені ол өзінің дамуының бастапқы кезеңінде Иван Константиновичтің идеялары мен дизайн шешімдерін сіңірді.
Орнына жасасу
Қорытынды қандай? Осы мақаламен жұмыс істеу мені тақырыптың бірқатар мақалаларға лайық екеніне сендірді. Бұл пилоттық мақалада біз жылжымалы құрамның тежегіштерінің даму тарихына тоқталдық. Бұдан әрі біз тек отандық тежегішке ғана емес, сонымен қатар Батыс Еуропадағы әріптестердің әзірлемелеріне де тоқталып, жылжымалы құрамға қызмет көрсетудің әртүрлі түрлері мен түрлерінің тежегіштерінің дизайнын ерекше атап өтетін боламыз. Сонымен, тақырып қызықты болады деп сенемін және хабта тағы кездескенше!
Назарларыңызға рахмет!
Ақпарат көзі: www.habr.com