Tenaga kinetik Sapsan pada kelajuan maksimum adalah melebihi 1500 megajoule. Untuk berhenti sepenuhnya, semua itu mesti dilesapkan oleh peranti brek.
Ada satu perkara di sini di HabrΓ©. Banyak artikel ulasan mengenai topik kereta api diterbitkan di sini, tetapi topik ini masih belum dibincangkan secara terperinci. Saya fikir ia agak menarik untuk menulis artikel tentang ini, dan mungkin lebih daripada satu. Oleh itu, saya meminta kucing mereka yang berminat tentang bagaimana sistem brek pengangkutan kereta api direka, dan atas sebab apa mereka direka dengan cara ini.
1. Sejarah brek udara
Tugas mengawal mana-mana kenderaan termasuk mengawal kelajuannya. Pengangkutan kereta api tidak terkecuali; lebih-lebih lagi, ciri reka bentuknya memperkenalkan nuansa penting ke dalam proses ini. Kereta api itu terdiri daripada sebilangan besar gerabak yang saling berkaitan, dan sistem yang dihasilkan mempunyai panjang dan berat yang ketara pada kelajuan yang sangat baik.
Mengikut definisi, brek ialah satu set peranti yang direka untuk mencipta daya rintangan tiruan dan boleh laras yang digunakan untuk mengurangkan kelajuan kenderaan secara terkawal.
Cara yang paling jelas, pada permukaan, untuk mencipta daya brek adalah dengan menggunakan geseran. Dari awal sehingga hari ini, brek geseran kasut telah digunakan. Peranti khas - pad brek, diperbuat daripada bahan dengan pekali geseran yang tinggi, ditekan secara mekanikal pada permukaan bergolek roda (atau pada cakera khas yang dipasang pada gandar set roda). Daya geseran timbul di antara pad dan roda, menghasilkan tork brek.
Daya brek dilaraskan dengan menukar daya menekan pad pada roda - tekanan brek. Satu-satunya persoalan ialah pemacu apa yang digunakan untuk menekan pad, dan, sebahagiannya, sejarah brek ialah sejarah perkembangan pemacu ini.
Brek kereta api pertama adalah mekanikal dan dikendalikan secara manual, secara berasingan pada setiap gerabak oleh orang khas - brek atau konduktor. Konduktor terletak pada platform brek yang dipanggil dengan mana setiap kereta dilengkapi, dan mereka menggunakan brek pada isyarat pemandu lokomotif. Pertukaran isyarat antara pemandu dan konduktor dilakukan menggunakan tali isyarat khas yang diregangkan di sepanjang keseluruhan kereta api, yang mengaktifkan wisel khas.
Gerobak barang dua gandar vintaj dengan pad brek. Tombol brek tangan kelihatan
Brek yang digerakkan secara mekanikal itu sendiri mempunyai sedikit kuasa. Jumlah tekanan brek bergantung kepada kekuatan dan ketangkasan konduktor. Di samping itu, faktor manusia mengganggu operasi sistem brek sedemikian - konduktor tidak selalu melaksanakan tugas mereka dengan betul. Tidak perlu bercakap tentang kecekapan tinggi brek sedemikian, serta peningkatan kelajuan kereta api yang dilengkapi dengannya.
Pembangunan brek selanjutnya diperlukan, pertama, peningkatan tekanan brek, dan kedua, kemungkinan kawalan jauh pada semua kereta dari tempat kerja pemandu.
Pemacu hidraulik yang digunakan dalam brek kereta telah meluas disebabkan oleh fakta bahawa ia memberikan tekanan tinggi dengan penggerak padat. Walau bagaimanapun, apabila menggunakan sistem sedemikian pada kereta api, kelemahan utamanya akan muncul: keperluan untuk cecair kerja khas - cecair brek, kebocoran yang tidak boleh diterima. Talian hidraulik brek panjang yang besar dalam kereta api, bersama-sama dengan keperluan yang tinggi untuk kekejangannya, menjadikannya mustahil dan tidak rasional untuk mencipta brek kereta api hidraulik.
Perkara lain ialah pemacu pneumatik. Penggunaan udara tekanan tinggi memungkinkan untuk mendapatkan tekanan brek tinggi dengan dimensi penggerak yang boleh diterima - silinder brek. Tidak ada kekurangan cecair kerja - udara berada di sekeliling kita, dan walaupun terdapat kebocoran cecair kerja dari sistem brek (dan ia pastinya berlaku), ia boleh diisi semula dengan mudah.
Sistem brek yang paling mudah menggunakan tenaga udara termampat ialah brek bukan automatik bertindak langsung
Gambar rajah brek bukan automatik bertindak langsung: 1 - pemampat; 2 - tangki utama; 3 - talian bekalan; 4 - kren kereta api pemandu; 5 - garis brek; 6 - silinder brek; 7 - keluarkan musim bunga; 8, 9 - penghantaran brek mekanikal; 10 - pad brek.
Untuk mengendalikan brek sedemikian, bekalan udara termampat diperlukan, disimpan pada lokomotif dalam tangki khas yang dipanggil takungan utama (2). Menyuntik udara ke dalam tangki utama dan mengekalkan tekanan berterusan di dalamnya dijalankan pemampat (1), didorong oleh loji janakuasa lokomotif. Udara termampat dibekalkan kepada peranti kawalan brek melalui saluran paip khas yang dipanggil pemakanan (NM) atau tekanan lebuh raya (3).
Brek kereta dikawal dan udara termampat dibekalkan kepada mereka melalui saluran paip panjang yang melalui keseluruhan kereta api dan dipanggil talian brek (TM) (5). Apabila udara termampat dibekalkan melalui TM, ia mengisi silinder brek (TC) (6) disambungkan terus ke TM. Udara termampat menekan omboh, menekan pad brek 10 pada roda, kedua-duanya pada lokomotif dan pada kereta. Brek berlaku.
Untuk berhenti brek, iaitu bercuti brek, adalah perlu untuk melepaskan udara dari garisan brek ke atmosfera, yang akan membawa kepada pengembalian mekanisme brek ke kedudukan asalnya disebabkan oleh kekuatan spring pelepas yang dipasang di TC.
Untuk brek, perlu menyambungkan talian brek (TM) dengan talian suapan (PM). Untuk percutian, sambungkan talian brek ke atmosfera. Fungsi ini dilakukan oleh peranti khas - kren kereta api pemandu (4) - apabila brek, ia menyambungkan PM dan PM, apabila dilepaskan, ia memutuskan saluran paip ini, pada masa yang sama membebaskan udara dari PM ke atmosfera.
Dalam sistem sedemikian, terdapat ketiga, kedudukan pertengahan kren pemandu - ubah semula apabila PM dan TM dipisahkan, tetapi pelepasan udara dari TM ke atmosfera tidak berlaku, kren pemandu mengasingkannya sepenuhnya. Tekanan terkumpul dalam TM dan TC dikekalkan dan masa ia dikekalkan pada tahap yang ditetapkan ditentukan oleh jumlah kebocoran udara melalui pelbagai kebocoran, serta oleh rintangan haba pad brek, yang menjadi panas semasa geseran terhadap tayar roda. Meletakkannya di siling semasa brek dan semasa pelepasan membolehkan anda melaraskan daya brek dalam langkah. Brek jenis ini menyediakan brek langkah dan pelepasan langkah.
Walaupun kesederhanaan sistem brek sedemikian, ia mempunyai kecacatan yang membawa maut - apabila kereta api tidak disambungkan, garisan brek pecah, udara keluar daripadanya dan kereta api dibiarkan tanpa brek. Atas sebab inilah brek sedemikian tidak boleh digunakan dalam pengangkutan kereta api, kos kegagalannya terlalu tinggi. Walaupun tanpa kereta api pecah, jika terdapat kebocoran udara yang besar, kecekapan brek akan berkurangan.
Berdasarkan perkara di atas, timbul keperluan bahawa brek kereta api dimulakan bukan dengan peningkatan, tetapi dengan penurunan tekanan dalam TM. Tetapi bagaimana untuk mengisi silinder brek? Ini menimbulkan keperluan kedua - setiap unit bergerak di dalam kereta api mesti menyimpan bekalan udara termampat, yang mesti diisi semula dengan segera selepas setiap brek.
Pemikiran kejuruteraan pada akhir abad ke-1872 membuat kesimpulan yang sama, yang dicerminkan dalam penciptaan oleh George Westinghouse pada tahun XNUMX brek kereta api automatik yang pertama.
Peranti brek Westinghouse: 1 - pemampat; 2 - tangki utama; 3 - talian bekalan; 4 - kren kereta api pemandu; 5 - garis brek; 6 β pengedar udara (injap tiga) sistem Westinghouse; 7 - silinder brek; 8 - tangki ganti; 9 - injap berhenti.
Rajah menunjukkan struktur brek ini (Rajah a - pengendalian brek semasa pelepasan; b - pengendalian brek semasa brek). Elemen utama brek Westigauze ialah pengedar udara brek atau, seperti yang kadang-kadang dipanggil, injap tiga kali ganda. Pengedar udara (6) ini mempunyai organ sensitif - omboh yang beroperasi pada perbezaan antara dua tekanan - dalam talian brek (TM) dan takungan simpanan (R). Jika tekanan di TM menjadi kurang daripada di TC, maka omboh bergerak ke kiri, membuka laluan udara dari CM ke TC. Jika tekanan dalam TM menjadi lebih besar daripada tekanan dalam SZ, omboh bergerak ke kanan, berkomunikasi TC dengan atmosfera, dan pada masa yang sama menyampaikan TM dan SZ, memastikan yang terakhir diisi dengan udara termampat dari TM itu.
Oleh itu, jika tekanan dalam TM berkurangan atas apa-apa sebab, sama ada tindakan pemandu, kebocoran udara yang berlebihan dari TM, atau kereta api pecah, brek akan berfungsi. Iaitu, brek sedemikian mempunyai tindakan automatik. Sifat brek ini memungkinkan untuk menambah satu lagi kemungkinan untuk mengawal brek kereta api, yang digunakan pada kereta api penumpang hingga hari ini - perhentian kecemasan kereta api oleh penumpang dengan menghubungkan garis brek dengan atmosfera melalui injap khas - brek kecemasan (9).
Bagi mereka yang biasa dengan ciri sistem brek kereta api ini, kelakar untuk menonton filem di mana pencuri-koboi terkenal menanggalkan gerabak dengan emas dari kereta api. Agar ini dapat dilakukan, koboi mesti, sebelum membuka gandingan, menutup injap hujung pada talian brek yang memisahkan garisan brek daripada hos penyambung antara kereta. Tetapi mereka tidak pernah melakukannya. Sebaliknya, injap hujung tertutup telah lebih daripada sekali menyebabkan bencana dahsyat yang berkaitan dengan kegagalan brek, baik di sini (Kamensk pada 1987, Eral-Simskaya pada 2011) dan di luar negara.
Disebabkan fakta bahawa pengisian silinder brek berlaku dari sumber sekunder udara termampat (tangki ganti), tanpa kemungkinan penambahan berterusannya, brek sedemikian dipanggil berlakon secara tidak langsung. Pengecasan brek dengan udara termampat berlaku hanya apabila brek dilepaskan, yang membawa kepada fakta bahawa dengan brek yang kerap diikuti dengan pelepasan, jika tidak ada masa yang mencukupi selepas pelepasan, brek tidak akan mempunyai masa untuk mengecas kepada tekanan yang diperlukan. Ini boleh mengakibatkan keletihan sepenuhnya brek dan kehilangan kawalan brek kereta api.
Brek pneumatik juga mempunyai kelemahan lain yang berkaitan dengan fakta bahawa penurunan tekanan dalam talian brek, seperti sebarang gangguan, merambat di udara pada kelajuan yang tinggi, tetapi masih terhad - tidak lebih daripada 340 m/s. Mengapa tidak lebih? Kerana kelajuan bunyi adalah ideal. Tetapi dalam sistem pneumatik kereta api terdapat beberapa halangan yang mengurangkan kelajuan penyebaran penurunan tekanan yang berkaitan dengan rintangan kepada aliran udara. Oleh itu, melainkan langkah-langkah khas diambil, kadar pengurangan tekanan dalam TM akan menjadi lebih rendah, semakin jauh kereta dari lokomotif. Dalam kes brek Westinghouse, kelajuan yang dipanggil gelombang brek tidak melebihi 180 - 200 m/s.
Walau bagaimanapun, kemunculan brek pneumatik memungkinkan untuk meningkatkan kedua-dua kuasa brek dan kecekapan kawalannya terus dari tempat kerja pemandu. Ini berfungsi sebagai dorongan kuat untuk pembangunan pengangkutan kereta api, meningkatkan kelajuan dan berat kereta api. kereta api, dan akibatnya, peningkatan besar dalam pusing ganti barang di kereta api, peningkatan panjang laluan kereta api di seluruh dunia.
George Westinghouse bukan sahaja seorang pencipta, tetapi juga seorang ahli perniagaan yang berdaya usaha. Dia mempatenkan ciptaannya pada tahun 1869, yang membolehkannya melancarkan pengeluaran besar-besaran peralatan brek. Dengan cepat, brek Westinghouse menjadi meluas di Amerika Syarikat, Eropah Barat dan Empayar Rusia.
Di Rusia, brek Westinghouse berkuasa sehingga Revolusi Oktober, dan untuk masa yang agak lama selepas itu. Syarikat Westinghouse membina loji breknya sendiri di St. Petersburg, dan juga dengan mahir menyingkirkan pesaing dari pasaran Rusia. Walau bagaimanapun, brek Westinghouse mempunyai beberapa kelemahan asas.
Pertama, brek ini hanya menyediakan dua mod operasi: pengereman sehingga silinder brek terisi sepenuhnya, dan bercuti β mengosongkan silinder brek. Adalah mustahil untuk mencipta jumlah tekanan brek pertengahan dengan penyelenggaraan jangka panjangnya, iaitu brek Westinghouse tidak mempunyai mod ubah semula. Ini tidak membenarkan kawalan tepat ke atas kelajuan kereta api.
Kedua, brek Westinghouse tidak berfungsi dengan baik pada kereta api panjang, dan walaupun ini entah bagaimana boleh diterima dalam lalu lintas penumpang, masalah timbul dalam lalu lintas barang. Ingat gelombang brek? Oleh itu, brek Westinghouse tidak mempunyai cara untuk meningkatkan kelajuannya, dan dalam kereta api yang panjang, penurunan tekanan dalam cecair brek pada kereta terakhir boleh bermula terlalu lewat, dan pada kadar yang jauh lebih rendah daripada di kepala kereta api, yang mencipta operasi tidak sekata liar peranti brek merentasi kereta api.
Harus dikatakan bahawa semua aktiviti syarikat Westinghouse, baik di Rusia pada masa itu dan di seluruh dunia, benar-benar tepu dengan bau kapitalis perang paten dan persaingan tidak adil. Inilah yang memastikan sistem yang tidak sempurna itu bertahan lama, sekurang-kurangnya dalam tempoh sejarah itu.
Dengan semua ini, perlu diakui bahawa brek Westinghouse meletakkan asas sains brek dan prinsip operasinya kekal tidak berubah dalam brek rolling stock moden.
2. Dari brek Westinghouse ke brek Matrosov - pembentukan sains brek domestik.
Hampir sejurus selepas kemunculan brek Westinghouse dan menyedari kelemahannya, percubaan timbul untuk memperbaiki sistem ini, atau mencipta yang lain, pada asasnya baru. Negara kita tidak terkecuali. Pada awal abad ke-20, Rusia mempunyai rangkaian kereta api yang maju, yang memainkan peranan penting dalam memastikan pembangunan ekonomi dan keupayaan pertahanan negara. Meningkatkan kecekapan pengangkutan dikaitkan dengan peningkatan dalam kelajuan pergerakannya dan jisim kargo yang diangkut secara serentak, yang bermaksud bahawa isu penambahbaikan sistem brek telah dibangkitkan dengan segera.
Dorongan penting untuk pembangunan sains brek di RSFSR dan kemudiannya USSR adalah penurunan dalam pengaruh modal Barat yang besar, khususnya syarikat Westinghouse, terhadap pembangunan industri kereta api domestik selepas Oktober 1917.
F.P. Kazantsev (kiri) dan I.K. Pelaut (kanan) - pencipta brek kereta api domestik
Tanda pertama, pencapaian serius pertama sains brek domestik muda, adalah pembangunan jurutera Florenty Pimenovich Kazantsev. Pada tahun 1921, Kazantsev mencadangkan sistem brek automatik bertindak langsung. Rajah di bawah menerangkan semua idea utama yang diperkenalkan bukan sahaja oleh Kazantsev, dan tujuannya adalah untuk menerangkan prinsip asas operasi brek automatik yang dipertingkatkan.
Brek automatik bertindak langsung: 1 - pemampat; 2 - tangki utama; 3 - talian bekalan; 4 - kren kereta api pemandu; 5 β peranti bekalan bocor talian brek; 6 - garis brek; 7 - menyambung hos brek; 8 - injap hujung; 9 - injap berhenti; 10 - injap sehala; 11 - tangki ganti; 12 β pengedar udara; 13 - silinder brek; 14 β transmisi tuil brek.
Jadi, idea utama pertama ialah tekanan dalam TM dikawal secara tidak langsung - melalui penurunan/peningkatan tekanan dalam takungan khas yang dipanggil tangki lonjakan (UR). Ia ditunjukkan dalam rajah di sebelah kanan pili pemandu (4) dan di atas peranti bekalan kuasa untuk kebocoran daripada TM (5). Ketumpatan takungan ini secara teknikalnya lebih mudah untuk dipastikan berbanding ketumpatan saluran brek - paip yang menjangkau beberapa kilometer panjang dan berjalan melalui keseluruhan kereta api. Kestabilan relatif tekanan dalam UR memungkinkan untuk mengekalkan tekanan dalam TM, menggunakan tekanan dalam UR sebagai rujukan. Sesungguhnya, omboh dalam peranti (5) apabila tekanan dalam TM berkurangan, membuka injap yang mengisi TM dari talian bekalan, dengan itu mengekalkan tekanan dalam TM sama dengan tekanan dalam UR. Idea ini masih jauh untuk dikembangkan, tetapi kini tekanan dalam TM tidak bergantung kepada kehadiran kebocoran luaran daripadanya (sehingga had tertentu). Peranti 5 berhijrah ke kren operator dan kekal di sana, dalam bentuk yang diubah suai, sehingga hari ini.
Satu lagi idea penting yang mendasari reka bentuk brek jenis ini ialah bekalan kuasa daripada bendalir brek melalui injap sehala 10. Apabila tekanan dalam injap brek melebihi tekanan dalam injap brek, injap ini terbuka, mengisi injap dari brek bendalir. Dengan cara ini, kebocoran terus diisi semula dari takungan simpanan dan brek tidak kehabisan.
Idea penting ketiga yang dicadangkan oleh Kazantsev ialah reka bentuk pengedar udara yang beroperasi pada perbezaan bukan dua tekanan, tetapi tiga - tekanan dalam talian brek, tekanan dalam silinder brek, dan tekanan dalam ruang kerja khas (WC), yang, semasa dilepaskan, disuap oleh tekanan daripada garisan brek , bersama dengan tangki ganti. Dalam mod brek, tekanan pengecasan diputuskan dari takungan simpanan dan talian brek, mengekalkan nilai tekanan pengecasan awal. Hartanah ini digunakan secara meluas dalam brek rolling stock untuk menyediakan pelepasan berperingkat dan untuk mengawal keseragaman pengisian TC di sepanjang kereta api dalam kereta api barang, kerana ruang kerja berfungsi sebagai standard untuk tekanan pengecasan awal. Berdasarkan nilainya, adalah mungkin untuk menyediakan pelepasan berperingkat dan mengatur pengisian awal pusat membeli-belah di dalam kereta ekor. Saya akan meninggalkan penerangan terperinci tentang perkara ini untuk artikel lain mengenai topik ini, tetapi buat masa ini saya hanya akan mengatakan bahawa kerja Kazantsev berfungsi sebagai insentif untuk pembangunan sekolah saintifik di negara kita, yang membawa kepada pembangunan asal. sistem brek rolling stock.
Seorang lagi pencipta Soviet yang secara radikal mempengaruhi pembangunan brek rolling stock domestik ialah Ivan Konstantinovich Matrosov. Ideanya pada asasnya tidak berbeza daripada idea Kazantsev, bagaimanapun, ujian operasi seterusnya sistem brek Kazantsev dan Matrosov (bersama-sama dengan sistem brek lain) menunjukkan keunggulan ketara sistem kedua dari segi ciri prestasi apabila digunakan terutamanya pada kereta api barang. Oleh itu, brek Matrosov dengan pengedar udara adalah bersyarat. No. 320 menjadi asas untuk pembangunan lanjut dan reka bentuk peralatan brek untuk kereta api tolok 1520 mm. Brek automatik moden yang digunakan di Rusia dan negara-negara CIS boleh diberi nama brek Matrosov, kerana ia menyerap, pada peringkat awal pembangunannya, idea dan penyelesaian reka bentuk Ivan Konstantinovich.
Daripada kesimpulan
Apa kesimpulannya? Mengusahakan artikel ini meyakinkan saya bahawa topik itu layak untuk satu siri artikel. Dalam artikel perintis ini, kami menyentuh tentang sejarah perkembangan brek rolling stock. Di bawah ini kita akan pergi ke butiran berair, menyentuh bukan sahaja pada brek domestik, tetapi juga mengenai perkembangan rakan sekerja dari Eropah Barat, menonjolkan reka bentuk brek pelbagai jenis dan jenis perkhidmatan rolling stock. Jadi, saya harap topik ini menarik, dan jumpa lagi di hab!
Terima kasih kerana memberi perhatian!
Sumber: www.habr.com