최고 속도에서 Sapsan의 운동 에너지는 1500메가줄이 넘습니다. 완전한 정지를 위해서는 제동 장치가 이를 모두 분산시켜야 합니다.

그것은 문제였다 나에게 이 주제에 대해 자세히 설명해달라고 요청했습니다 바로 여기 Habré에 있어요. 여기에는 철도 주제에 대한 많은 리뷰 기사가 게시되어 있지만 이 주제는 아직 자세히 다루지 않았습니다. 나는 이것에 관한 기사를 하나 이상 쓰는 것이 매우 흥미로울 것이라고 생각합니다. 그러므로 철도 운송의 제동 시스템이 어떻게 설계되었는지, 그리고 어떤 이유로 이렇게 설계되었는지에 관심이 있는 분들의 의견을 묻습니다.

1. 에어브레이크의 역사

모든 차량을 제어하는 ​​작업에는 속도 조절이 포함됩니다. 철도 운송도 예외는 아니며, 더욱이 철도의 설계 특징은 이 과정에 상당한 차이를 가져옵니다. 열차는 상호 연결된 다수의 객차로 구성되어 있으며 결과 시스템은 매우 적절한 속도와 함께 상당한 길이와 무게를 갖습니다.

우선 순위, 브레이크는 차량의 속도를 제어 가능하게 줄이는 데 사용되는 인위적이고 조정 가능한 저항력을 생성하도록 설계된 일련의 장치입니다.

표면적으로 제동력을 생성하는 가장 확실한 방법은 마찰을 사용하는 것입니다. 처음부터 오늘날까지 신발 마찰 브레이크가 사용되었습니다. 특수 장치 - 마찰 계수가 높은 재료로 만들어진 브레이크 패드는 휠의 롤링 표면(또는 휠셋 축에 장착된 특수 디스크)에 기계적으로 눌러집니다. 패드와 휠 사이에 마찰력이 발생하여 제동 토크가 발생합니다.

제동력은 패드를 휠에 누르는 힘을 변경하여 조정됩니다. 브레이크 압력. 유일한 질문은 패드를 누르는 데 어떤 드라이브가 사용되는지이며 부분적으로 브레이크의 역사는 이 드라이브 개발의 역사입니다.

최초의 철도 브레이크는 기계식이었고 특수 인력(제동수 또는 차장)이 각 객차에서 별도로 수동으로 작동했습니다. 지휘자는 각 차량에 장착된 소위 브레이크 플랫폼에 위치했으며 기관차 운전자의 신호에 따라 브레이크를 적용했습니다. 운전자와 차장 간의 신호 교환은 열차 전체를 따라 뻗어 있는 특수 신호 로프를 사용하여 수행되었으며, 이는 특수 휘파람을 활성화했습니다.

브레이크 패드가 장착된 빈티지 2축 화물 왜건. 핸드브레이크 손잡이가 보입니다.


기계적으로 구동되는 브레이크 자체는 힘이 거의 없습니다. 브레이크 압력의 양은 도체의 강도와 민첩성에 따라 달라집니다. 또한 인적 요소가 이러한 제동 시스템의 작동을 방해했습니다. 도체가 항상 임무를 올바르게 수행하지는 않았습니다. 이러한 브레이크의 높은 효율성과 이를 장착한 열차의 속도 증가에 대해 말할 필요가 없었습니다.

브레이크의 추가 개발에는 첫째, 브레이크 압력의 증가, 둘째, 운전자 작업장에서 모든 차량에 대한 원격 제어 가능성이 필요했습니다.

자동차 브레이크에 사용되는 유압 드라이브는 소형 액추에이터로 높은 압력을 제공한다는 점에서 널리 보급되었습니다. 그러나 열차에서 이러한 시스템을 사용할 때 주요 단점이 나타납니다. 특수 작동 유체-브레이크 유체가 필요하며 누출이 허용되지 않습니다. 열차의 브레이크 유압 라인의 길이가 길고 견고성에 대한 높은 요구 사항으로 인해 유압식 철도 브레이크를 만드는 것이 불가능하고 비합리적입니다.

또 다른 것은 공압 드라이브입니다. 고압 공기를 사용하면 액츄에이터(브레이크 실린더)의 허용 가능한 치수로 높은 브레이크 압력을 얻을 수 있습니다. 작동유는 부족하지 않습니다. 공기는 우리 주변에 있으며, 브레이크 시스템에서 작동유가 누출되는 경우에도(확실히 그렇습니다) 상대적으로 쉽게 보충할 수 있습니다.

압축공기 에너지를 이용한 가장 간단한 브레이크 시스템은 직접 작동 비자동 브레이크

직동식 비자동 브레이크의 다이어그램: 1 - 압축기; 2 - 메인 탱크; 3 - 공급 라인; 4 - 운전석 크레인; 5 - 브레이크 라인; 6 - 브레이크 실린더; 7 — 스프링 해제; 8, 9 - 기계식 브레이크 변속기; 10 - 브레이크 패드.


이러한 브레이크를 작동하려면 기관차의 특수 탱크에 저장된 압축 공기 공급이 필요합니다. 주요 저수지 (2). 메인 탱크에 공기를 주입하고 일정한 압력을 유지하는 작업을 수행합니다. 압축기 (1) 기관차 발전소에 의해 구동됩니다. 압축공기는 특수 파이프라인을 통해 브레이크 제어 장치에 공급됩니다. 영양 (NM) 또는 압력 고속도로 (3).

차량의 브레이크는 제어되며 열차 전체를 관통하는 긴 파이프라인을 통해 압축 공기가 공급됩니다. 브레이크 라인(TM) (5). TM을 통해 압축공기가 공급되면 브레이크 실린더(TC) (6) TM에 직접 연결됩니다. 압축 공기가 피스톤을 누르고 기관차와 자동차의 바퀴에 브레이크 패드 10을 밀어 넣습니다. 제동이 발생합니다.

브레이크를 멈추는 것, 즉 휴가 브레이크를 사용하려면 브레이크 라인에서 대기로 공기를 방출해야 합니다. 그러면 TC에 설치된 릴리스 스프링의 힘으로 인해 브레이크 메커니즘이 원래 위치로 돌아갑니다.

제동을 하기 위해서는 브레이크 라인(TM)과 공급 라인(PM)을 연결해야 합니다. 휴가의 경우 브레이크 라인을 대기에 연결하십시오. 이러한 기능은 특수 장치에 의해 수행됩니다. 운전석 크레인 (4) - 제동 시 PM과 PM을 연결하고, 해제 시 이러한 파이프라인을 분리하는 동시에 PM에서 대기로 공기를 방출합니다.

이러한 시스템에는 운전자 크레인의 세 번째 중간 위치가 있습니다. 지붕을 다시 덮다 PM과 TM이 분리되었지만 TM에서 대기로의 공기 방출이 발생하지 않으면 운전자 크레인이 이를 완전히 격리합니다. TM과 TC에 축적된 압력이 유지되며, 설정된 수준으로 유지되는 시간은 다양한 누출로 인한 공기 누출량과 브레이크 패드의 마찰로 인해 가열되는 열 저항에 따라 결정됩니다. 휠 타이어. 제동 중과 해제 중에 천장에 배치하면 제동력을 단계적으로 조정할 수 있습니다. 이 유형의 브레이크는 스텝 제동과 스텝 해제를 모두 제공합니다.

이러한 브레이크 시스템의 단순성에도 불구하고 열차가 분리되면 브레이크 라인이 파열되고 공기가 빠져나와 열차에 브레이크가 없다는 치명적인 결함이 있습니다. 이러한 이유로 이러한 브레이크는 철도 운송에 사용할 수 없으며 고장 비용이 너무 높습니다. 열차 파열이 없더라도 공기 누출이 크면 브레이크 효율이 떨어집니다.

위의 내용을 바탕으로 열차 제동은 증가가 아니라 TM의 압력 감소에 의해 시작되어야 한다는 요구 사항이 발생합니다. 그러면 브레이크 실린더를 어떻게 채울 수 있습니까? 이로 인해 두 번째 요구 사항이 발생합니다. 열차의 각 이동 장치는 압축 공기 공급을 저장해야 하며, 각 제동 후 즉시 보충되어야 합니다.

1872세기 말의 공학적 사고는 비슷한 결론에 이르렀고, 이는 XNUMX년 조지 웨스팅하우스(George Westinghouse)가 최초의 자동 철도 브레이크를 만든 데 반영되었습니다.

웨스팅하우스 브레이크 장치: 1 - 압축기; 2 - 메인 탱크; 3 - 공급 라인; 4 - 운전석 크레인; 5 - 브레이크 라인; 6 - Westinghouse 시스템의 공기 분배기(삼중 밸브) 7 - 브레이크 실린더; 8 - 예비 탱크; 9 - 스톱 밸브.

그림은 이 브레이크의 구조를 보여줍니다(그림 a - 해제 중 브레이크 작동, b - 제동 중 브레이크 작동). Westigauze 브레이크의 주요 요소는 다음과 같습니다. 브레이크 공기 분배기 또는 때로는 이렇게 불립니다. 트리플 밸브. 이 공기 분배기(6)에는 브레이크 라인(TM)과 예비 저장소(R)에 민감한 기관(두 압력 사이의 차이로 작동하는 피스톤)이 있습니다. TM의 압력이 TC의 압력보다 낮아지면 피스톤이 왼쪽으로 이동하여 CM에서 TC로 공기가 통하는 길을 엽니다. TM의 압력이 SZ의 압력보다 커지면 피스톤이 오른쪽으로 이동하여 TC를 대기와 연결하는 동시에 TM과 SZ를 연결하여 후자가 압축 공기로 채워지도록 합니다. TM.

따라서 운전자의 행동, TM의 과도한 공기 누출, 열차 파열 등 어떤 이유로든 TM의 압력이 감소하면 브레이크가 작동합니다. 즉, 이러한 브레이크에는 자동 동작. 브레이크의 이러한 특성은 오늘날까지 여객 열차에 사용되는 열차 브레이크 제어를 위한 또 다른 가능성을 추가할 수 있게 해주었습니다. 즉, 특수 밸브를 통해 브레이크 라인을 대기와 통신하여 승객이 열차를 비상 정지하는 것입니다. 비상 브레이크 (9).

기차 제동 시스템의 이러한 기능에 익숙한 사람들에게는 도둑 카우보이가 기차에서 금으로 마차를 풀어내는 것으로 유명한 영화를 보는 것이 재미있습니다. 이를 가능하게 하려면 카우보이는 연결을 해제하기 전에 차량 사이의 연결 호스에서 브레이크 라인을 분리하는 브레이크 라인의 최종 밸브를 닫아야 합니다. 그러나 그들은 결코 그렇지 않습니다. 반면, 폐쇄형 밸브는 국내(1987년 Kamensk, 2011년 Eral-Simskaya)와 해외에서 브레이크 고장과 관련된 끔찍한 재난을 여러 번 발생시켰습니다.

브레이크 실린더의 충전은 지속적인 보충 가능성 없이 압축 공기의 2차 공급원(예비 탱크)에서 발생하기 때문에 이러한 브레이크를 호출합니다. 간접적으로 행동하는. 압축 공기로 브레이크를 충전하는 것은 브레이크가 해제될 때만 발생합니다. 이는 빈번한 제동 후 해제로 인해 해제 후 시간이 충분하지 않으면 브레이크가 필요한 압력까지 충전할 시간이 없다는 사실로 이어집니다. 이로 인해 브레이크가 완전히 소진되고 열차 브레이크의 제어력이 상실될 수 있습니다.

공압식 브레이크에는 다른 장애와 마찬가지로 브레이크 라인의 압력 강하가 340m/s 이하의 높지만 여전히 유한한 속도로 공기 중에 전파된다는 사실과 관련된 또 다른 단점이 있습니다. 왜 더 이상 안되나요? 소리의 속도가 이상적이기 때문입니다. 그러나 열차 공압 시스템에는 공기 흐름에 대한 저항과 관련된 압력 강하의 전파 속도를 줄이는 많은 장애물이 있습니다. 따라서 특별한 조치를 취하지 않는 한, 차량이 기관차에서 멀어질수록 TM의 압력 감소율은 낮아집니다. 웨스팅하우스 브레이크의 경우 소위 말하는 속도 제동파 180~200m/s를 초과하지 않습니다.

그러나 공압 브레이크의 출현으로 운전자의 작업장에서 직접 브레이크의 출력과 제어 효율성을 높일 수 있게 되었고, 이는 철도 운송의 발전에 강력한 원동력이 되어 차량의 속도와 중량을 증가시켰습니다. 기차, 결과적으로 철도의화물 회전율이 엄청나게 증가하고 전 세계 철도 노선 길이가 늘어납니다.

조지 웨스팅하우스는 발명가일 뿐만 아니라 진취적인 사업가이기도 했습니다. 그는 1869년에 자신의 발명품에 대한 특허를 얻었고 이를 통해 브레이크 장비의 대량 생산을 시작할 수 있었습니다. 매우 빠르게 Westinghouse 브레이크는 미국, 서유럽 및 러시아 제국에 널리 퍼졌습니다.

러시아에서는 웨스팅하우스 브레이크가 10월 혁명까지 그리고 그 후에도 꽤 오랜 기간 동안 최고의 브레이크를 군림했습니다. Westinghouse 회사는 상트 페테르부르크에 자체 브레이크 공장을 건설했으며 러시아 시장에서 경쟁사를 능숙하게 축출했습니다. 그러나 Westinghouse 브레이크에는 여러 가지 근본적인 단점이 있었습니다.

첫째, 이 브레이크는 두 가지 작동 모드만 제공했습니다. 제동 브레이크 실린더가 완전히 채워질 때까지 휴가 — 브레이크 실린더를 비웁니다. 장기간 유지 관리로 중간 정도의 브레이크 압력을 생성하는 것은 불가능했습니다. 즉, Westinghouse 브레이크에는 모드가 없었습니다. 지붕을 다시 덮다. 이로 인해 열차 속도를 정밀하게 제어할 수 없었습니다.

둘째, 웨스팅하우스 브레이크는 장거리 열차에서는 제대로 작동하지 않았으며, 이는 여객 운송에서는 어느 정도 용인될 수 있었지만 화물 운송에서는 문제가 발생했습니다. 제동파를 기억하시나요? 따라서 Westinghouse 브레이크에는 속도를 높일 수 있는 수단이 없었으며 긴 열차에서는 마지막 차량의 브레이크액 압력 감소가 너무 늦게 시작될 수 있으며 선두보다 훨씬 낮은 속도로 시작될 수 있습니다. 열차 전체에 걸쳐 브레이크 장치가 불규칙하게 작동하는 현상이 발생했습니다.

당시 러시아와 전 세계에서 Westinghouse 회사의 모든 활동은 특허 전쟁과 불공정 경쟁의 자본주의 냄새로 가득 차 있다고 말해야합니다. 이것이 적어도 그 역사적 기간에 그러한 불완전한 시스템이 긴 수명을 보장한 이유입니다.

이 모든 것을 통해 Westinghouse 브레이크는 제동 과학의 기초를 마련했으며 그 작동 원리는 현대 철도 차량 브레이크에서도 변함없이 유지되었다는 점을 인식해야 합니다.

2. Westinghouse 브레이크에서 Matrosov 브레이크까지 - 국내 제동 과학의 형성.

Westinghouse 브레이크가 등장하고 그 단점이 실현된 직후에 이 시스템을 개선하거나 근본적으로 새로운 시스템을 만들려는 시도가 일어났습니다. 우리나라도 예외는 아니었습니다. 20세기 초 러시아는 발전된 철도 네트워크를 보유하고 있었으며 이는 국가의 경제 발전과 국방 능력을 보장하는 데 중요한 역할을 했습니다. 운송 효율성의 증가는 이동 속도 및 동시에 운송되는 화물의 질량 증가와 관련되어 있으며, 이는 제동 시스템 개선 문제가 시급히 제기되었음을 의미합니다.

RSFSR과 이후 소련에서 제동 과학 발전의 중요한 원동력은 1917년 XNUMX월 이후 국내 철도 산업 발전에 대한 대규모 서구 자본, 특히 Westinghouse 회사의 영향력이 감소한 것입니다.

F.P. Kazantsev(왼쪽)와 I.K. 선원 (오른쪽) - 국내 철도 브레이크 창시자


젊은 국내 제동 과학의 첫 번째 진지한 성과인 첫 번째 징후는 엔지니어 Florenty Pimenovich Kazantsev의 발전이었습니다. 1921년에 Kazantsev는 다음과 같은 시스템을 제안했습니다. 직동식 자동 브레이크. 아래 다이어그램은 Kazantsev뿐만 아니라 소개된 모든 주요 아이디어를 설명하며, 그 목적은 개선된 자동 브레이크의 기본 작동 원리를 설명하는 것입니다.

직동식 자동 브레이크: 1 - 압축기; 2 - 메인 탱크; 3 - 공급 라인; 4 - 운전석 크레인; 5 — 브레이크 라인 누출 공급 장치; 6 - 브레이크 라인; 7 — 브레이크 호스 연결; 8 - 엔드 밸브; 9 - 스톱 밸브; 10 - 체크 밸브; 11 - 예비 탱크; 12 — 공기 분배기; 13 - 브레이크 실린더; 14 — 브레이크 레버 변속기.


따라서 첫 번째 주요 아이디어는 TM의 압력이 간접적으로 제어된다는 것입니다. 즉, 특수 저장소의 압력 감소/증가를 통해 서지 탱크 (UR). 그림에서 드라이버 탭(4) 오른쪽과 TM(5)에서 누출되는 전원 공급 장치 상단에 표시되어 있습니다. 이 저장소의 밀도는 길이가 수 킬로미터에 달하고 열차 전체를 통과하는 파이프인 브레이크 라인의 밀도보다 기술적으로 훨씬 쉽게 보장할 수 있습니다. UR 압력의 상대적 안정성으로 인해 UR의 압력을 기준 압력으로 사용하여 TM의 압력을 유지할 수 있습니다. 실제로, TM의 압력이 감소할 때 장치(5)의 피스톤은 공급 라인에서 TM을 채우는 밸브를 열어서 TM의 압력을 UR의 압력과 동일하게 유지합니다. 이 아이디어는 아직 개발 단계에서 갈 길이 멀었지만 이제 TM의 압력은 외부 누출의 존재 여부(특정 한도까지)에 의존하지 않았습니다. 장치 5는 운전자의 크레인으로 이동하여 수정된 형태로 오늘날까지 그곳에 남아 있습니다.

이러한 유형의 브레이크 설계의 기본이 되는 또 다른 중요한 아이디어는 체크 밸브(10)를 통한 브레이크액의 전원 공급입니다. 브레이크 밸브의 압력이 브레이크 밸브의 압력을 초과하면 이 밸브가 열리고 브레이크에서 밸브가 채워집니다. 체액. 이러한 방식으로 예비 저장소에서 누출이 지속적으로 보충되고 브레이크가 소진되지 않습니다.

Kazantsev가 제안한 세 번째 중요한 아이디어는 두 가지 압력이 아닌 세 가지 압력, 즉 브레이크 라인의 압력, 브레이크 실린더의 압력 및 특수 작업실(WC)의 압력의 차이로 작동하는 공기 분배기의 설계입니다. 방출 중에 예비 탱크와 함께 브레이크 라인의 압력에 의해 공급됩니다. 제동 모드에서는 예비 저장소 및 브레이크 라인에서 충전 압력이 분리되어 초기 충전 압력 값을 유지합니다. 이 속성은 작업실이 초기 충전 압력의 표준 역할을 하기 때문에 단계적 해제를 제공하고 화물 열차의 열차를 따라 TC 충전의 균일성을 제어하기 위해 철도 차량 브레이크에 널리 사용됩니다. 그 가치에 따라 단계별 출시를 제공하고 테일카의 쇼핑 센터를 조기에 채울 수 있도록 구성하는 것이 가능합니다. 이 주제에 대한 다른 기사에 대한 자세한 설명을 남길 것이지만 지금은 Kazantsev의 작업이 우리나라의 과학 학교 발전에 대한 인센티브 역할을하여 원본 개발로 이어 졌다고 말씀 드리겠습니다. 철도 차량 브레이크 시스템.

국내 철도 차량 브레이크 개발에 근본적인 영향을 미친 또 다른 소련 발명가는 Ivan Konstantinovich Matrosov였습니다. 그의 아이디어는 Kazantsev의 아이디어와 근본적으로 다르지 않았지만 Kazantsev 및 Matrosov 브레이크 시스템(다른 브레이크 시스템과 함께)에 대한 후속 작동 테스트는 주로 화물 열차에 사용될 때 성능 특성 측면에서 두 번째 시스템의 상당한 우월성을 보여주었습니다. 따라서 공기 분배기가 있는 Matrosov 브레이크는 조건부입니다. No. 320은 1520mm 궤간 철도용 제동 장비의 추가 개발 및 설계를 위한 기초가 되었습니다. 러시아와 CIS 국가에서 사용되는 현대식 자동 브레이크는 개발 초기 단계에서 Ivan Konstantinovich의 아이디어와 디자인 솔루션을 흡수했기 때문에 Matrosov의 브레이크라는 이름을 정당하게 사용할 수 있습니다.

대신 결론

결론은 무엇입니까? 이 기사를 작성하면서 나는 이 주제가 일련의 기사를 작성할 가치가 있다는 확신을 갖게 되었습니다. 이 파일럿 기사에서는 철도 차량 브레이크 개발의 역사를 다루었습니다. 다음에서는 국내 브레이크뿐만 아니라 서유럽 동료들의 개발에 대해서도 다루면서 다양한 유형과 철도 차량 서비스 유형의 브레이크 설계를 강조하면서 세부 사항을 자세히 살펴보겠습니다. 그럼, 주제가 흥미로웠으면 좋겠고, 허브에서 다시 만나요!

관심을 가져주셔서 감사합니다!

출처 : habr.com