Кинетичката енергија на Сапсан при максимална брзина е над 1500 мегаџули. За целосно запирање, сето тоа мора да се потроши од уредите за сопирање.

Имаше нешто ме замоли да елаборирам на оваа тема токму тука на Хабре. Овде се објавени доста написи за преглед на теми за железницата, но оваа тема сè уште не е детално опфатена. Мислам дека би било доста интересно да се напише статија за ова, а можеби и повеќе од една. Затоа ја прашувам мачката на оние кои ги интересира како се дизајнирани системите за сопирање на железничкиот транспорт и од кои причини се дизајнирани вака.

1. Историјата на воздушната сопирачка

Задачата за контрола на секое возило вклучува регулирање на неговата брзина. Железничкиот транспорт не е исклучок, згора на тоа, неговите дизајнерски карактеристики внесуваат значајни нијанси во овој процес. Возот се состои од голем број меѓусебно поврзани вагони, а добиениот систем има значителна должина и тежина со многу пристојна брзина.

По дефиниција, сопирачките се збир на уреди дизајнирани да создадат вештачки, прилагодливи отпорни сили кои се користат за контролирано намалување на брзината на возилото.

Најочигледен, на површината, начин да се создаде сила на сопирање е да се користи триење. Од самиот почеток до денес се користат фрикциони сопирачки за чевли. Специјални уреди - влошки за сопирачките, изработени од материјал со висок коефициент на триење, механички се притискаат на тркалачката површина на тркалото (или на специјални дискови монтирани на оската на тркалото). Помеѓу влошките и тркалото се јавува сила на триење, што создава вртежен момент за сопирање.

Силата на сопирање се прилагодува со менување на силата на притискање на влошките на тркалото - притисок на сопирачките. Единственото прашање е каков погон се користи за притискање на влошките, а делумно, историјата на сопирачките е историјата на развојот на овој погон.

Првите железнички сопирачки беа механички и се ракуваа рачно, посебно на секој вагон од специјални луѓе - кочничари или проводници. Спроводниците се наоѓале на таканаречените сопирачки платформи со кои бил опремен секој автомобил, а сопирачките ги притискале на сигналот на возачот на локомотивата. Размената на сигналите меѓу машиновозачот и кондуктерите се вршеше со помош на специјално јаже за сигнализирање кое се протегаше по целиот воз, кое активираше специјален свиреж.

Винтиџ товарен вагон со две оски со подлога за сопирачките. Видливо копче на рачната сопирачка


Самата механички управувана сопирачка има мала моќност. Количината на притисокот на сопирачките зависеше од јачината и умешноста на проводникот. Покрај тоа, човечкиот фактор се мешаше во работата на таков систем за сопирање - проводниците не секогаш ги извршуваа своите должности правилно. Немаше потреба да се зборува за високата ефикасност на ваквите сопирачки, како и за зголемувањето на брзината на возовите опремени со нив.

Понатамошниот развој на сопирачките бара, прво, зголемување на притисокот на сопирачките и второ, можност за далечинско управување на сите автомобили од работното место на возачот.

Хидрауличниот погон што се користи во автомобилските сопирачки стана широко распространет поради фактот што обезбедува висок притисок со компактни актуатори. Меѓутоа, кога се користи таков систем во воз, ќе се појави неговиот главен недостаток: потребата од специјална работна течност - течност за сопирачките, чие истекување е неприфатливо. Големата должина на хидрауличните водови на сопирачките во возот, заедно со високите барања за нивната затегнатост, го оневозможуваат и ирационалното создавање на хидраулична железничка сопирачка.

Друга работа е пневматскиот погон. Употребата на воздух под висок притисок овозможува да се добијат високи притисоци на сопирачките со прифатливи димензии на актуаторите - цилиндрите на сопирачките. Нема недостаток на работна течност - воздухот е насекаде околу нас, па дури и ако има истекување на работна течност од системот за сопирање (а тоа секако има), може релативно лесно да се надополни.

Наједноставниот систем за сопирање што користи енергија од компримиран воздух е неавтоматска сопирачка со директно дејство

Дијаграм на неавтоматска сопирачка со директно дејство: 1 - компресор; 2 - главен резервоар; 3 - линија за снабдување; 4 — кран за машински воз; 5 - линија на сопирачките; 6 — цилиндар на сопирачките; 7 - ослободување пролет; 8, 9 — механички пренос на сопирачките; 10 - влошка за сопирачките.


За ракување со таква сопирачка, потребно е снабдување со компримиран воздух, складиран на локомотивата во посебен резервоар т.н. главен резервоар (2). Се врши вбризгување воздух во главниот резервоар и одржување на постојан притисок во него компресор (1), управуван од електрана на локомотива. Компримираниот воздух се доставува до уредите за контрола на сопирачките преку посебен цевковод наречен исхрана (NM) или притисок автопат (3).

Сопирачките на вагоните се контролираат и им се доставува компримиран воздух преку долг цевковод што поминува низ целиот воз и се нарекува линија на сопирачките (ТМ) (5). Кога компримиран воздух се снабдува преку ТМ, тој се полни цилиндри за сопирачки (TC) (6) директно поврзан со ТМ. Компримираниот воздух го притиска клипот, притискајќи ги влошките на сопирачките 10 на тркалата, и на локомотивата и на автомобилите. Се случува сопирање.

Да престане со кочење, т.е одмор сопирачки, потребно е ослободување на воздухот од линијата на сопирачките во атмосферата, што ќе доведе до враќање на механизмите на сопирачките во првобитната положба поради силата на пружините за ослободување инсталирани во ТЦ.

За сопирање, потребно е да се поврзе сопирачката линија (TM) со линијата за напојување (PM). За одмор, поврзете ја линијата на сопирачките со атмосферата. Овие функции ги врши посебен уред - кран за машински воз (4) - при сопирање ги поврзува PM и PM, кога се ослободува, ги исклучува овие цевководи, истовремено ослободувајќи го воздухот од PM во атмосферата.

Во таков систем, постои трета, средна положба на дигалката на возачот - рекровен покрив кога PM и TM се одвоени, но ослободувањето на воздухот од TM во атмосферата не се случува, дигалката на возачот целосно го изолира. Притисокот акумулиран во TM и TC се одржува и времето што се одржува на зададеното ниво се определува од количината на протекување на воздухот преку различни протекувања, како и од термичкиот отпор на влошките на сопирачките, кои се загреваат за време на триењето против гумите на тркалата. Поставувањето на таванот и за време на сопирањето и за време на ослободувањето ви овозможува да ја прилагодите силата на сопирање во чекори. Овој тип на сопирачки обезбедува и чекорно сопирање и ослободување на чекорот.

И покрај едноставноста на таквиот систем за сопирање, тој има фатална мана - кога возот е одврзан, линијата на сопирачките пука, воздухот излегува од него и возот останува без сопирачки. Поради оваа причина, таквата сопирачка не може да се користи во железничкиот транспорт, цената на нејзиниот неуспех е превисока. Дури и без прекин на возот, ако има големо истекување на воздух, ефикасноста на сопирачките ќе се намали.

Врз основа на горенаведеното, се поставува барањето сопирањето на возот да не се иницира со зголемување, туку со намалување на притисокот во ТМ. Но, како тогаш да ги наполните цилиндрите на сопирачките? Ова доведува до второто барање - секоја подвижна единица на возот мора да складира резерви на компримиран воздух, кој мора веднаш да се надополнува по секое сопирање.

Инженерската мисла на крајот на 1872 век дојде до слични заклучоци, што резултираше со создавање на првата автоматска железничка сопирачка од Џорџ Вестингхаус во XNUMX година.

Уред за сопирање на Вестингхаус: 1 - компресор; 2 - главен резервоар; 3 - линија за снабдување; 4 — кран за машински воз; 5 - линија на сопирачките; 6 — дистрибутер на воздух (троен вентил) на системот Вестингхаус; 7 — цилиндар на сопирачките; 8 — резервен резервоар; 9 - стоп вентил.

На сликата е прикажана структурата на оваа сопирачка (слика a - работа на сопирачката при отпуштање; б - работа на сопирачката при сопирање). Главниот елемент на сопирачката Westigauze беше дистрибутер на воздух за сопирање или, како што понекогаш се нарекува, троен вентил. Овој дистрибутер на воздух (6) има чувствителен орган - клип кој работи на разликата помеѓу два притисоци - во линијата на сопирачките (TM) и резервоарот за резерва (R). Ако притисокот во ТМ стане помал отколку во TC, тогаш клипот се движи налево, отворајќи го патот за воздух од CM до TC. Ако притисокот во TM стане поголем од притисокот во SZ, клипот се поместува надесно, комуницирајќи го TC со атмосферата и во исто време комуницирајќи ги TM и SZ, осигурувајќи дека вториот е исполнет со компримиран воздух од ТМ.

Така, ако притисокот во ТМ се намали поради која било причина, било да е тоа дејство на возачот, прекумерно истекување на воздух од ТМ или пукање на возот, сопирачките ќе работат. Тоа е, такви сопирачки имаат автоматско дејство. Ова својство на сопирачката овозможи да се додаде уште една можност за контролирање на сопирачките на возот, што се користи на патничките возови до денес - итно запирање на возот од патник преку комуникација на линијата на сопирачките со атмосферата преку посебен вентил - итна сопирачка (9).

За оние кои се запознаени со оваа карактеристика на системот за сопирање на возот, смешно е да се гледаат филмови каде крадците-каубојци славно откачуваат вагон со злато од воз. За да биде можно тоа, каубојците мора, пред да се откачат, да ги затворат крајните вентили на линијата на сопирачките што ја делат линијата на сопирачките од цревата за поврзување меѓу колите. Но, тие никогаш не го прават тоа. Од друга страна, затворените крајни вентили повеќе од еднаш предизвикаа страшни катастрофи поврзани со откажување на сопирачките, и овде (Каменск во 1987 година, Јерал-Симскаја во 2011 година) и во странство.

Поради фактот што полнењето на цилиндрите на сопирачките се случува од секундарен извор на компримиран воздух (резервен резервоар), без можност за негово постојано надополнување, таквата сопирачка се нарекува индиректно дејствување. Полнењето на сопирачката со компримиран воздух се случува само кога ќе се ослободи сопирачката, што доведува до фактот дека со честото сопирање проследено со ослободување, ако нема доволно време по отпуштањето, сопирачката нема да има време да се наполни до потребниот притисок. Ова може да резултира со целосно исцрпување на сопирачката и губење на контролата на сопирачките на возот.

Пневматската сопирачка има и друг недостаток поврзан со фактот дека падот на притисокот во линијата на сопирачките, како и секое нарушување, се шири во воздухот со голема, но сепак конечна брзина - не повеќе од 340 m/s. Зошто не повеќе? Бидејќи брзината на звукот е идеална. Но, во пневматскиот систем на возот има голем број на пречки кои ја намалуваат брзината на ширење на падот на притисокот поврзан со отпорноста на протокот на воздух. Затоа, доколку не се преземат посебни мерки, стапката на намалување на притисокот во ТМ ќе биде помала, колку автомобилот е подалеку од локомотивата. Во случајот со кочницата Вестингхаус, брзината на т.н бран на сопирање не надминува 180 - 200 m/s.

Сепак, појавата на пневматската сопирачка овозможи да се зголеми и моќта на сопирачките и ефикасноста на нивната контрола директно од работното место на возачот.Тоа послужи како моќен поттик за развој на железничкиот транспорт, зголемувајќи ја брзината и тежината на возови, а како резултат на тоа, колосално зголемување на товарниот промет на железницата, зголемување на должината на железничките линии низ светот.

Џорџ Вестингхаус не беше само пронаоѓач, туку и претприемнички бизнисмен. Тој го патентирал својот изум уште во 1869 година, што му овозможило да започне масовно производство на опрема за сопирачки. Доста брзо, кочницата на Вестингхаус стана широко распространета во САД, Западна Европа и Руската империја.

Во Русија, кочницата на Вестингхаус владееше до Октомвриската револуција, и доста долго после неа. Компанијата Вестингхаус изгради сопствена фабрика за сопирачки во Санкт Петербург, а исто така вешто ги исфрли конкурентите од рускиот пазар. Сепак, кочницата на Вестингхаус имаше голем број фундаментални недостатоци.

Прво, оваа сопирачка обезбеди само два режима на работа: кочење додека целосно не се наполнат цилиндрите на сопирачките и одмор — празнење на цилиндрите на сопирачките. Беше невозможно да се создаде средна количина на притисок на сопирачките со неговото долгорочно одржување, односно сопирачката Вестингхаус немаше режим рекровен покрив. Тоа не овозможи прецизна контрола на брзината на возот.

Второ, кочницата на Вестингхаус не работеше добро на долгите возови, и иако тоа некако можеше да се толерира во патничкиот сообраќај, се појавија проблеми во товарниот сообраќај. Се сеќавате на бранот на сопирање? Така, сопирачката Вестингхаус немаше средства да ја зголеми својата брзина, а во долг воз, намалувањето на притисокот во течноста за сопирачките на последниот автомобил може да започне предоцна и со стапка значително пониска отколку на чело на воз, кој создаде дива нерамномерна работа на уредите за сопирање низ возот.

Мора да се каже дека сите активности на компанијата Вестингхаус, како во Русија во тоа време, така и во целиот свет, се целосно заситени со капиталистичкиот мирис на патентни војни и нелојална конкуренција. Тоа е она што на таков несовршен систем му обезбеди толку долг живот, барем во тој историски период.

Со сето ова, треба да се признае дека сопирачката на Вестингхаус ги постави темелите на науката за сопирање и принципот на неговото функционирање остана непроменет кај современите сопирачки на возен парк.

2. Од сопирачката Вестингхаус до сопирачката Матросов - формирање на домашна наука за сопирање.

Речиси веднаш по појавата на сопирачката Вестингхаус и согледувањето на неговите недостатоци, се појавија обиди да се подобри овој систем или да се создаде друг, фундаментално нов. Нашата земја не беше исклучок. На почетокот на XNUMX век, Русија имаше развиена мрежа на железници, која одигра значајна улога во обезбедувањето на економскиот развој и одбранбената способност на земјата. Зголемувањето на ефикасноста на транспортот е поврзано со зголемување на брзината на неговото движење и масата на истовремено транспортираниот товар, што значи дека итно се покренати прашања за подобрување на системите за сопирање.

Значаен поттик за развојот на науката за сопирање во РСФСР, а подоцна и во СССР беше намалувањето на влијанието на големиот западен капитал, особено компанијата Вестингхаус, врз развојот на домашната железничка индустрија по октомври 1917 година.

Ф.П. Казанцев (лево) и И.К. Морнари (десно) - креатори на домашната железничка сопирачка


Првиот знак, првото сериозно достигнување на младата домашна наука за сопирање, беше развојот на инженерот Флоренти Пименович Казанцев. Во 1921 година, Казанцев предложи систем автоматска сопирачка со директно дејство. Дијаграмот подолу ги опишува сите главни идеи воведени не само од Казанцев, а неговата цел е да ги објасни основните принципи на работа на подобрената автоматска сопирачка

Автоматска сопирачка со директно дејство: 1 - компресор; 2 - главен резервоар; 3 - линија за снабдување; 4 — кран за машински воз; 5 — уред за снабдување со истекување на линијата на сопирачките; 6 — линија на сопирачките; 7 — црева за поврзување на сопирачките; 8 - краен вентил; 9 - стоп вентил; 10 - обратен вентил; 11 — резервен резервоар; 12 — дистрибутер на воздух; 13 — цилиндар за сопирање; 14 — пренос на рачката на сопирачката.


Значи, првата главна идеја е дека притисокот во ТМ се контролира индиректно - преку намалување/зголемување на притисокот во посебен резервоар т.н. пренапонски резервоар (UR). Тоа е прикажано на сликата десно од славината на возачот (4) и на врвот од уредот за напојување за протекување од TM (5). Густината на овој резервоар технички е многу полесно да се обезбеди отколку густината на линијата на сопирачките - цевка која достигнува неколку километри во должина и поминува низ целиот воз. Релативната стабилност на притисокот во UR овозможува да се одржи притисокот во TM, користејќи го притисокот во UR како референтен. Навистина, клипот во уредот (5) кога притисокот во TM се намалува, го отвора вентилот што го пополнува ТМ од линијата за напојување, а со тоа одржува притисок во TM еднаков на притисокот во UR. Оваа идеја сè уште имаше долг пат во развој, но сега притисокот во ТМ не зависеше од присуството на надворешни протекувања од него (до одредени граници). Уредот 5 мигрирал до кранот на операторот и останува таму, во изменета форма, до денес.

Друга важна идеја што лежи во основата на дизајнот на овој тип на сопирачки е напојувањето од течноста за сопирачките преку обратниот вентил 10. Кога притисокот во вентилот на сопирачката го надминува притисокот во вентилот на сопирачката, овој вентил се отвора, пополнувајќи го вентилот од сопирачката течност. На овој начин, протекувањето континуирано се надополнува од резервоарот за резерва и сопирачката не истекува.

Третата важна идеја предложена од Казанцев е дизајнот на дистрибутер на воздух кој работи на разликата од не два, туку три притисоци - притисок во линијата на сопирачките, притисок во цилиндерот на сопирачката и притисок во посебна работна комора (WC). кој, за време на ослободувањето, се напојува со притисок од линијата на сопирачките, заедно со резервниот резервоар. Во режимот на сопирање, притисокот на полнење се исклучува од резервниот резервоар и линијата на сопирачките, одржувајќи ја вредноста на почетниот притисок на полнење. Ова својство е широко користено кај сопирачките за возен парк и за да се обезбеди постепено ослободување и за контрола на униформноста на полнењето на ТЦ долж возот во товарните возови, бидејќи работната комора служи како стандард за почетниот притисок на полнење. Врз основа на неговата вредност, можно е да се обезбеди постепено ослободување и да се организира порано полнење на трговските центри во опашките коли. Детален опис на овие работи ќе оставам за други написи на оваа тема, но засега само ќе кажам дека делото на Казанцев послужи како поттик за развој на научно училиште во нашата земја, што доведе до развој на оригинални системи за сопирање на возен парк.

Друг советски пронаоѓач кој радикално влијаеше на развојот на домашните сопирачки за возен парк беше Иван Константинович Матросов. Неговите идеи не беа фундаментално различни од идеите на Казанцев, меѓутоа, последователните оперативни тестови на системите за сопирање Казанцев и Матросов (заедно со другите системи за сопирање) покажаа значителна супериорност на вториот систем во однос на карактеристиките на изведбата кога се користи првенствено на товарни возови. Така, сопирачката Матросов со дистрибутер на воздух е условена. Бр. 320 стана основа за понатамошен развој и дизајн на опрема за сопирање за железници со колосек од 1520 mm. Модерната автоматска сопирачка што се користи во Русија и земјите од ЗНД со право може да го носи името на сопирачката на Матросов, бидејќи ги апсорбира, во почетната фаза од својот развој, идеите и дизајнерските решенија на Иван Константинович.

Наместо заклучок

Кој е заклучокот? Работењето на оваа статија ме убеди дека темата е достојна за серија написи. Во оваа пилотска статија, ја допревме историјата на развојот на сопирачките за возен парк. Во продолжение ќе навлеземе во сочни детали, допирајќи не само на домашната сопирачка, туку и на развојот на колегите од Западна Европа, истакнувајќи го дизајнот на сопирачките од различни видови и типови на сервисирање на возен парк. Така, се надевам дека темата ќе биде интересна и ќе се видиме повторно на хабот!

Ви благодариме за вниманието!

Извор: www.habr.com