Sapsan kinetinė energija didžiausiu greičiu viršija 1500 megadžaulių. Norint visiškai sustoti, visa tai turi išsklaidyti stabdžių įtaisai.
Buvo dalykas čia, Habré. Čia skelbiama gana daug apžvalginių straipsnių geležinkelių temomis, tačiau ši tema dar nebuvo išsamiai išnagrinėta. Manau, būtų visai įdomu apie tai parašyti straipsnį, o gal ir daugiau. Todėl prašau katės tų, kurie domisi, kaip suprojektuotos geležinkelio transporto stabdžių sistemos ir dėl kokių priežasčių jos taip suprojektuotos.
1. Pneumatinių stabdžių istorija
Užduotis valdyti bet kurią transporto priemonę apima jos greičio reguliavimą. Ne išimtis ir geležinkelių transportas, be to, jo dizaino ypatybės įneša į šį procesą reikšmingų niuansų. Traukinys susideda iš daugybės tarpusavyje sujungtų vagonų, o gauta sistema turi didelį ilgį ir svorį labai tinkamu greičiu.
A prioritetas, stabdžiai yra įtaisų rinkinys, skirtas sukurti dirbtines, reguliuojamas pasipriešinimo jėgas, naudojamas kontroliuojamai sumažinti transporto priemonės greitį.
Pats akivaizdžiausias būdas sukurti stabdymo jėgą yra naudoti trintį. Nuo pat pradžių iki šių dienų buvo naudojami trinties stabdžiai. Specialūs įtaisai – stabdžių trinkelės, pagamintos iš medžiagos, turinčios didelį trinties koeficientą, mechaniškai prispaudžiamos prie rato riedėjimo paviršiaus (arba prie specialių diskų, sumontuotų ant aširačio ašies). Tarp trinkelių ir rato atsiranda trinties jėga, sukurianti stabdymo momentą.
Stabdymo jėga reguliuojama keičiant trinkelių prispaudimo prie rato jėgą - stabdžių slėgis. Tik klausimas, kokia pavara spaudžiama kaladėlės, o iš dalies stabdžių istorija yra šios pavaros kūrimo istorija.
Pirmieji geležinkelio stabdžiai buvo mechaniniai ir buvo valdomi rankiniu būdu, kiekviename vagone atskirai specialių žmonių – stabdžių arba konduktorių. Konduktoriai buvo išdėstyti ant vadinamųjų stabdžių platformų, su kuriomis buvo įrengtas kiekvienas automobilis, ir jie stabdė lokomotyvo mašinisto signalu. Mašinisto ir konduktorių apsikeitimas signalais buvo vykdomas naudojant specialų signalinį lyną, ištemptą per visą traukinį, kuris įjungdavo specialų švilpuką.
Senovinis dviejų ašių prekinis vagonas su stabdžių trinkelėmis. Matosi rankinio stabdžio rankenėlė
Pats mechaniškai varomas stabdys turi mažai galios. Stabdžių slėgio dydis priklausė nuo laidininko stiprumo ir miklumo. Be to, tokios stabdžių sistemos veikimui trukdė žmogiškasis faktorius – konduktoriai ne visada tinkamai atlikdavo savo pareigas. Apie didelį tokių stabdžių efektyvumą, kaip ir jais įrengtų traukinių greičio didinimą, kalbėti nereikėjo.
Tolimesniam stabdžių vystymui, pirma, reikėjo padidinti stabdžių slėgį ir, antra, galimybę nuotoliniu būdu valdyti visus automobilius iš vairuotojo darbo vietos.
Automobilių stabdžiuose naudojama hidraulinė pavara tapo plačiai paplitusi dėl to, kad ji užtikrina aukštą slėgį su kompaktiškomis pavaromis. Tačiau naudojant tokią sistemą traukinyje, atsiras pagrindinis jos trūkumas: reikia specialaus darbinio skysčio – stabdžių skysčio, kurio nutekėjimas yra nepriimtinas. Didelis stabdžių hidraulinių linijų ilgis traukinyje kartu su aukštais jų sandarumo reikalavimais neleidžia sukurti hidraulinio geležinkelio stabdžio ir yra neracionalu.
Kitas dalykas yra pneumatinė pavara. Aukšto slėgio oro naudojimas leidžia išgauti aukštą stabdžių slėgį esant priimtinų pavarų – stabdžių cilindrų – matmenims. Darbinio skysčio netrūksta – oras yra aplink mus, ir net jei iš stabdžių sistemos prasisunktų darbinis skystis (o tai tikrai yra), jį galima palyginti nesunkiai papildyti.
Paprasčiausia suslėgto oro energiją naudojanti stabdžių sistema yra tiesioginio veikimo neautomatiniai stabdžiai
Tiesioginio veikimo neautomatinio stabdžio schema: 1 - kompresorius; 2 - pagrindinis bakas; 3 - tiekimo linija; 4 — mašinisto traukinio kranas; 5 - stabdžių linija; 6 — stabdžių cilindras; 7 — atleidimo spyruoklė; 8, 9 — mechaninė stabdžių pavara; 10 - stabdžių kaladėlė.
Tokiam stabdžiui eksploatuoti reikalingas suslėgto oro tiekimas, saugomas ant lokomotyvo specialioje talpykloje, vadinamoje pagrindinis rezervuaras (2). Oras įpurškiamas į pagrindinį baką ir palaikomas pastovus slėgis jame kompresorius (1), varomas lokomotyvo elektrinės. Suslėgtas oras į stabdžių valdymo įrenginius tiekiamas specialiu vamzdynu, vadinamu mitybos (NM) arba spaudimas greitkelis (3).
Automobilių stabdžiai yra valdomi ir suslėgtas oras į juos tiekiamas ilgu vamzdynu, einu per visą traukinį ir vadinamas stabdžių linija (TM) (5). Kai suslėgtas oras tiekiamas per TM, jis prisipildo stabdžių cilindrai (TC) (6) tiesiogiai prijungtas prie TM. Suslėgtas oras spaudžia stūmoklį, prispausdamas stabdžių kaladėles 10 prie ratų, tiek lokomotyvo, tiek automobilių. Atsiranda stabdymas.
Norėdami sustabdyti stabdymą, tai yra atostogos stabdžius, būtina išleisti orą iš stabdžių linijos į atmosferą, dėl ko stabdžių mechanizmai grįš į pradinę padėtį dėl TC sumontuotų atleidimo spyruoklių jėgos.
Norint stabdyti, būtina stabdžių liniją (TM) sujungti su maitinimo linija (PM). Atostogoms prijunkite stabdžių liniją prie atmosferos. Šias funkcijas atlieka specialus įrenginys - vairuotojo traukinio kranas (4) - stabdant sujungia PM ir PM, atleidus atjungia šiuos vamzdynus, tuo pačiu išleisdamas orą iš PM į atmosferą.
Tokioje sistemoje yra trečioji, tarpinė vairuotojo krano padėtis - stogas kai PM ir TM yra atskirti, bet oras iš TM nepatenka į atmosferą, vairuotojo kranas jį visiškai izoliuoja. TM ir TC sukauptas slėgis palaikomas ir jo išlaikymo laikas nustatytame lygyje priklauso nuo oro nuotėkio per įvairius nesandarumus, taip pat pagal stabdžių trinkelių šiluminę varžą, kurios trinties metu įkaista. ratų padangos. Įdėjus jį į lubas tiek stabdant, tiek atleidžiant, galite reguliuoti stabdymo jėgą žingsniais. Šio tipo stabdžiai užtikrina ir žingsninį stabdymą, ir žingsninį atleidimą.
Nepaisant tokios stabdžių sistemos paprastumo, ji turi lemtingą ydą – atkabinus traukinį, plyšta stabdžių linija, iš jos išbėga oras ir traukinys lieka be stabdžių. Būtent dėl šios priežasties toks stabdys negali būti naudojamas geležinkelių transporte, jo gedimo kaina yra per didelė. Net ir be traukinio plyšimo, esant dideliam oro nuotėkiui, sumažės stabdžių efektyvumas.
Remiantis tuo, kas išdėstyta, kyla reikalavimas, kad traukinio stabdymas būtų inicijuojamas ne padidinus, o sumažinus slėgį TM. Bet kaip tada užpildyti stabdžių cilindrus? Iš to kyla antrasis reikalavimas – kiekvienas traukinio judantis agregatas turi saugoti suslėgto oro tiekimą, kuris turi būti nedelsiant papildytas po kiekvieno stabdymo.
XIX amžiaus pabaigoje inžinerinė mintis priėjo prie panašių išvadų, dėl kurių 1872 m. George'as Westinghouse'as sukūrė pirmąjį automatinį geležinkelio stabdį.
Westinghouse stabdžių įtaisas: 1 - kompresorius; 2 - pagrindinis bakas; 3 - tiekimo linija; 4 — mašinisto traukinio kranas; 5 - stabdžių linija; 6 — Westinghouse sistemos oro skirstytuvas (trigubas vožtuvas); 7 — stabdžių cilindras; 8 — atsarginis bakas; 9 - uždarymo vožtuvas.
Paveikslėlyje parodyta šio stabdžio struktūra (a pav. – stabdžio veikimas atleidžiant; b – stabdžio veikimas stabdant). Pagrindinis Westigauze stabdžio elementas buvo stabdžių oro skirstytuvas arba, kaip kartais vadinama, trigubas vožtuvas. Šis oro skirstytuvas (6) turi jautrų organą – stūmoklį, kuris veikia esant dviejų slėgių skirtumui – stabdžių linijoje (TM) ir rezerviniame rezervuare (R). Jei slėgis TM tampa mažesnis nei TC, stūmoklis pasislenka į kairę, atverdamas kelią orui iš CM į TC. Jei slėgis TM tampa didesnis už slėgį SZ, stūmoklis pasislenka į dešinę, perduodamas TC su atmosfera ir tuo pačiu perduodamas TM ir SZ, užtikrinant, kad pastarasis būtų užpildytas suslėgtu oru iš TM.
Taigi, jei slėgis TM sumažės dėl kokių nors priežasčių, ar tai būtų vairuotojo veiksmai, per didelis oro nuotėkis iš TM, ar traukinio plyšimas, stabdžiai veiks. Tai yra, tokie stabdžiai turi automatinis veiksmas. Ši stabdžių savybė leido pridėti dar vieną traukinio stabdžių valdymo galimybę, kuri iki šiol naudojama keleiviniuose traukiniuose - keleivio avarinį traukinio sustabdymą, per specialų vožtuvą perduodant stabdžių liniją su atmosfera. avarinis stabdys (9).
Tiems, kurie yra susipažinę su šia traukinio stabdžių sistemos savybe, smagu žiūrėti filmus, kuriuose vagys-kaubojai garsiai atkabina vežimą su auksu nuo traukinio. Kad tai būtų įmanoma, kaubojai prieš atkabindami turi uždaryti stabdžių linijos galinius vožtuvus, kurie atskiria stabdžių liniją nuo jungiamųjų žarnų tarp automobilių. Bet jie niekada to nedaro. Kita vertus, uždaro galo vožtuvai ne kartą sukėlė baisių nelaimių, susijusių su stabdžių gedimu, tiek pas mus (1987 m. Kamenskas, 2011 m. Eral-Simskaya), ir užsienyje.
Dėl to, kad stabdžių cilindrai pildomi iš antrinio suspausto oro šaltinio (atsarginio bako), be galimybės jį nuolat papildyti, toks stabdys vadinamas. netiesiogiai veikiantis. Stabdžių įkrovimas suslėgtu oru įvyksta tik atleidus stabdį, o tai lemia tai, kad dažnai stabdant po atleidimo, jei po atleidimo nėra pakankamai laiko, stabdys nespės įkrauti iki reikiamo slėgio. Dėl to gali visiškai išsekti stabdžiai ir prarasti traukinio stabdžių valdymą.
Pneumatinis stabdys turi ir dar vieną trūkumą, susijusį su tuo, kad slėgio kritimas stabdžių linijoje, kaip ir bet koks trikdymas, sklinda ore dideliu, bet vis tiek baigtiniu greičiu – ne didesniu kaip 340 m/s. Kodėl ne daugiau? Nes garso greitis idealus. Tačiau traukinio pneumatinėje sistemoje yra daugybė kliūčių, kurios sumažina slėgio kritimo, susijusio su pasipriešinimu oro srautui, plitimo greitį. Todėl, jei nebus imtasi specialių priemonių, slėgio mažinimo greitis TM bus mažesnis, kuo toliau automobilis bus nuo lokomotyvo. Westinghouse stabdžio atveju greitis vadinamas stabdymo banga neviršija 180 - 200 m/s.
Tačiau pneumatinio stabdžio atsiradimas leido padidinti tiek stabdžių galią, tiek jų valdymo efektyvumą tiesiai iš vairuotojo darbo vietos.Tai buvo galingas postūmis plėtoti geležinkelių transportą, didinant greitį ir svorį. traukinių, o dėl to – kolosalus krovinių apyvartos padidėjimas geležinkelyje, pailgėjęs geležinkelio linijų ilgis visame pasaulyje.
George'as Westinghouse'as buvo ne tik išradėjas, bet ir iniciatyvus verslininkas. Savo išradimą jis užpatentavo dar 1869 m., o tai leido pradėti masinę stabdžių įrangos gamybą. Gana greitai Westinghouse stabdys paplito JAV, Vakarų Europoje ir Rusijos imperijoje.
Rusijoje Westinghouse stabdys karaliavo iki Spalio revoliucijos ir gana ilgą laiką po jos. „Westinghouse“ įmonė Sankt Peterburge pastatė savo stabdžių gamyklą, taip pat sumaniai išstūmė konkurentus iš Rusijos rinkos. Tačiau Westinghouse stabdys turėjo keletą esminių trūkumų.
Pirma, šis stabdys suteikė tik du veikimo režimus: stabdymo kol visiškai prisipildys stabdžių cilindrai, ir atostogos — ištuštinti stabdžių cilindrus. Neįmanoma sukurti tarpinio stabdžių slėgio, atliekant ilgalaikę priežiūrą, tai yra, Westinghouse stabdžiai neturėjo režimo stogas. Tai neleido tiksliai kontroliuoti traukinio greičio.
Antra, ilguose traukiniuose Westinghouse stabdys neveikė gerai, ir nors keleivių eisme tai kažkaip buvo galima toleruoti, krovinių eisme iškilo problemų. Prisimeni stabdymo bangą? Taigi Westinghouse stabdys neturėjo galimybių padidinti greitį, o ilgo traukinio stabdžių skysčio slėgis paskutiniame vagone galėjo prasidėti per vėlai ir žymiai mažesniu greičiu nei traukinio priekyje. traukinys, dėl kurio netolygiai veikė stabdžių įtaisai visame traukinyje.
Reikia pasakyti, kad visa „Westinghouse“ įmonės veikla tiek tuo metu Rusijoje, tiek visame pasaulyje yra visiškai prisotinta kapitalistinio patentų karų ir nesąžiningos konkurencijos kvapo. Būtent tai užtikrino tokiai netobulai sistemai tokį ilgą gyvenimą, bent jau tuo istoriniu laikotarpiu.
Dėl viso to reikia pripažinti, kad Westinghouse stabdys padėjo stabdymo mokslo pagrindus ir jo veikimo principas išliko nepakitęs šiuolaikiniuose riedmenų stabdžiuose.
2. Nuo Westinghouse stabdžio iki Matrosovo stabdžio – buitinio stabdymo mokslo formavimasis.
Beveik iš karto po Westinghouse stabdžio atsiradimo ir jo trūkumų suvokimo, atsirado bandymų patobulinti šią sistemą arba sukurti kitą, iš esmės naują. Mūsų šalis nebuvo išimtis. pradžioje Rusija turėjo išplėtotą geležinkelių tinklą, kuris suvaidino svarbų vaidmenį užtikrinant šalies ekonominį vystymąsi ir gynybinį pajėgumą. Transporto efektyvumo didinimas siejamas su jo judėjimo greičio ir vienu metu gabenamo krovinio masės didėjimu, todėl skubiai buvo keliami stabdžių sistemų tobulinimo klausimai.
Reikšmingas postūmis plėtoti stabdžių mokslą RSFSR, o vėliau ir SSRS buvo stambaus Vakarų kapitalo, ypač „Westinghouse“ bendrovės, įtakos vidaus geležinkelių pramonės plėtrai po 1917 m.
F.P. Kazancevas (kairėje) ir I.K. Jūreiviai (dešinėje) - vietinio geležinkelio stabdžio kūrėjai
Pirmasis ženklas, pirmasis rimtas jauno vidaus stabdymo mokslo pasiekimas, buvo inžinieriaus Florenty Pimenovich Kazancevo tobulėjimas. 1921 metais Kazancevas pasiūlė sistemą tiesioginio veikimo automatinis stabdys. Žemiau esančioje diagramoje aprašomos visos pagrindinės idėjos, kurias pristatė ne tik Kazancevas, o jos tikslas yra paaiškinti pagrindinius patobulinto automatinio stabdžio veikimo principus.
Tiesioginio veikimo automatinis stabdys: 1 - kompresorius; 2 - pagrindinis bakas; 3 - tiekimo linija; 4 — mašinisto traukinio kranas; 5 — stabdžių linijos nuotėkio tiekimo įtaisas; 6 — stabdžių linija; 7 — stabdžių žarnelių sujungimas; 8 - galinis vožtuvas; 9 - uždarymo vožtuvas; 10 - atbulinis vožtuvas; 11 — atsarginis bakas; 12 — oro skirstytuvas; 13 — stabdžių cilindras; 14 — stabdžių svirties transmisija.
Taigi, pirmoji pagrindinė mintis yra ta, kad slėgis TM valdomas netiesiogiai – per slėgio sumažėjimą/padidėjimą specialiame rezervuare, vadinamame viršįtampio bakas (UR). Tai parodyta paveikslėlyje dešinėje nuo vairuotojo čiaupo (4) ir maitinimo įtaiso viršuje, kad būtų išvengta nuotėkio iš TM (5). Šio rezervuaro tankį techniškai užtikrinti daug lengviau nei stabdžių linijos – kelių kilometrų ilgio vamzdžio, einančio per visą traukinį, tankį. Santykinis slėgio stabilumas UR leidžia išlaikyti slėgį TM, naudojant slėgį UR kaip atskaitą. Iš tiesų, stūmoklis įrenginyje (5), kai slėgis TM mažėja, atidaro vožtuvą, kuris užpildo TM iš tiekimo linijos, taip palaikydamas slėgį TM, lygų slėgiui UR. Šią idėją dar reikėjo tobulinti, tačiau dabar spaudimas TM nepriklausė nuo išorinių nutekėjimų iš jos (iki tam tikrų ribų). Įrenginys 5 persikėlė į operatoriaus kraną ir modifikuota forma išlieka iki šiol.
Kita svarbi šio tipo stabdžių konstrukcijos idėja yra energijos tiekimas iš stabdžių skysčio per atbulinį vožtuvą 10. Kai slėgis stabdžių vožtuve viršija slėgį stabdžių vožtuve, šis vožtuvas atsidaro, užpildydamas vožtuvą iš stabdžio. skystis. Tokiu būdu iš rezervinio rezervuaro nuolat papildomi nesandarumai ir stabdys neišsenka.
Trečia svarbi Kazancevo pasiūlyta idėja yra oro skirstytuvo, veikiančio ne dviejų, o trijų slėgių skirtumu - slėgis stabdžių linijoje, slėgis stabdžių cilindre ir slėgis specialioje darbo kameroje (WC), konstrukcija. kuris atleidimo metu tiekiamas slėgiu iš stabdžių linijos kartu su atsarginiu baku. Stabdymo režimu įkrovimo slėgis atjungiamas nuo rezervuaro ir stabdžių linijos, išlaikant pradinio įkrovimo slėgio vertę. Ši savybė plačiai naudojama riedmenų stabdžiams, kad būtų užtikrintas laipsniškas atleidimas ir kontroliuojamas TC pripildymo vienodumas išilgai krovininių traukinių, nes darbo kamera yra pradinio įkrovimo slėgio standartas. Pagal jo vertę galima numatyti laipsnišką išleidimą ir organizuoti ankstesnį prekybos centro užpildymą uodeginiuose automobiliuose. Išsamų šių dalykų aprašymą paliksiu kitiems straipsniams šia tema, bet kol kas pasakysiu tik tiek, kad Kazancevo darbas buvo paskata mūsų šalyje plėtoti mokslinę mokyklą, kuri paskatino sukurti originalų. riedmenų stabdžių sistemos.
Kitas sovietų išradėjas, radikaliai paveikęs vidaus riedmenų stabdžių kūrimą, buvo Ivanas Konstantinovičius Matrosovas. Jo idėjos iš esmės nesiskyrė nuo Kazancevo idėjų, tačiau vėlesni Kazancevo ir Matrosovo stabdžių sistemų (kartu su kitomis stabdžių sistemomis) eksploataciniai bandymai parodė reikšmingą antrosios sistemos pranašumą eksploatacinių charakteristikų atžvilgiu, kai ji daugiausia naudojama krovininiuose traukiniuose. Taigi Matrosovo stabdys su oro skirstytuvu yra sąlyginis. Nr.320 tapo pagrindu toliau plėtojant ir projektuojant 1520 mm vėžės geležinkelių stabdžių įrangą. Šiuolaikinis automatinis stabdys, naudojamas Rusijoje ir NVS šalyse, teisėtai gali turėti Matrosovo stabdžio vardą, nes pradiniame kūrimo etape jis perėmė Ivano Konstantinovičiaus idėjas ir dizaino sprendimus.
Vietoj išvados
Kokia išvada? Darbas su šiuo straipsniu mane įtikino, kad tema verta straipsnių serijos. Šiame bandomajame straipsnyje palietėme riedmenų stabdžių kūrimo istoriją. Toliau pasinersime į sultingas detales, paliesime ne tik buitinį stabdį, bet ir kolegų iš Vakarų Europos raidą, išryškindami įvairių tipų ir tipų riedmenų aptarnavimo stabdžių konstrukciją. Taigi, tikiuosi, kad tema bus įdomi ir iki pasimatymo centre!
Ačiū už dėmesį!
Šaltinis: www.habr.com