De kinetische energie van de Sapsan op maximale snelheid bedraagt ruim 1500 megajoule. Voor een volledige stop moet alles door de reminrichtingen worden afgevoerd.
Het was een kwestie hier op Habré. Hier worden nogal wat overzichtsartikelen over spoorwegonderwerpen gepubliceerd, maar dit onderwerp is nog niet in detail behandeld. Ik denk dat het heel interessant zou zijn om hierover een artikel te schrijven, en misschien meer dan één. Daarom vraag ik naar de kat van degenen die geïnteresseerd zijn in hoe de remsystemen van het spoorwegvervoer zijn ontworpen, en om welke redenen ze op deze manier zijn ontworpen.
1. De geschiedenis van de luchtrem
De taak van het besturen van een voertuig omvat ook het regelen van de snelheid. Spoorwegvervoer vormt daarop geen uitzondering; bovendien introduceren de ontwerpkenmerken ervan aanzienlijke nuances in dit proces. De trein bestaat uit een groot aantal onderling verbonden rijtuigen en het resulterende systeem heeft een aanzienlijke lengte en gewicht met een zeer behoorlijke snelheid.
A-priorij, remmen zijn een reeks apparaten die zijn ontworpen om kunstmatige, instelbare weerstandskrachten te creëren die worden gebruikt om de snelheid van een voertuig controleerbaar te verminderen.
De meest voor de hand liggende manier om remkracht te creëren, aan de oppervlakte, is door wrijving te gebruiken. Vanaf het allereerste begin tot op de dag van vandaag zijn schoenwrijvingsremmen gebruikt. Speciale apparaten - remblokken, gemaakt van materiaal met een hoge wrijvingscoëfficiënt, worden mechanisch tegen het roloppervlak van het wiel gedrukt (of tegen speciale schijven die op de as van het wielstel zijn gemonteerd). Er ontstaat een wrijvingskracht tussen de remblokken en het wiel, waardoor een remkoppel ontstaat.
De remkracht wordt aangepast door de kracht waarmee de remblokken tegen het wiel worden gedrukt te veranderen - rem druk. De enige vraag is welke aandrijving wordt gebruikt om de remblokken in te drukken, en gedeeltelijk is de geschiedenis van de remmen de geschiedenis van de ontwikkeling van deze aandrijving.
De eerste spoorwegremmen waren mechanisch en werden handmatig bediend, op elke wagon afzonderlijk door speciale mensen - remmers of conducteurs. De conducteurs bevonden zich op de zogenaamde remperrons waarmee elke wagen was uitgerust en remden op teken van de machinist. De uitwisseling van signalen tussen de machinist en de conducteurs gebeurde met behulp van een speciaal signaaltouw dat over de hele trein was gespannen en dat een speciaal fluitje activeerde.
Vintage twee-assige goederenwagon met remblok. Handremknop zichtbaar
De mechanisch aangedreven rem zelf heeft weinig kracht. De hoeveelheid remdruk was afhankelijk van de sterkte en behendigheid van de geleider. Bovendien verstoorde de menselijke factor de werking van een dergelijk remsysteem: de conducteurs voerden hun taken niet altijd correct uit. Het was niet nodig om te praten over het hoge rendement van dergelijke remmen, evenals over de toename van de snelheid van treinen die ermee zijn uitgerust.
Verdere ontwikkeling van de remmen vereiste ten eerste een verhoging van de remdruk en ten tweede de mogelijkheid om alle auto's op afstand te bedienen vanaf de werkplek van de bestuurder.
De hydraulische aandrijving die wordt gebruikt in autoremmen is wijdverspreid geworden vanwege het feit dat deze hoge druk levert met compacte actuatoren. Wanneer een dergelijk systeem echter in een trein wordt gebruikt, zal het grootste nadeel zich voordoen: de behoefte aan een speciale werkvloeistof: remvloeistof, waarvan de lekkage onaanvaardbaar is. De grote lengte van de hydraulische remleidingen in een trein, samen met de hoge eisen aan hun dichtheid, maken het onmogelijk en irrationeel om een hydraulische spoorwegrem te creëren.
Een ander ding is de pneumatische aandrijving. Het gebruik van lucht onder hoge druk maakt het mogelijk om hoge remdrukken te verkrijgen met aanvaardbare afmetingen van de actuatoren - remcilinders. Er is geen tekort aan werkvloeistof - de lucht is overal om ons heen, en zelfs als er een lek aan werkvloeistof uit het remsysteem is (en dat is zeker het geval), kan deze relatief eenvoudig worden bijgevuld.
Het eenvoudigste remsysteem dat gebruik maakt van persluchtenergie is direct werkende niet-automatische rem
Diagram van een direct werkende niet-automatische rem: 1 - compressor; 2 - hoofdtank; 3 - toevoerleiding; 4 — machinistentreinkraan; 5 - remleiding; 6 — remcilinder; 7 — laat de veer los; 8, 9 — mechanische removerbrenging; 10 - remblok.
Om zo'n rem te bedienen is een voorraad perslucht nodig, die op de locomotief wordt opgeslagen in een speciale tank, genaamd hoofdreservoir (2). Het injecteren van lucht in de hoofdtank en het handhaven van een constante druk daarin wordt uitgevoerd compressor (1), aangedreven door de locomotiefkrachtcentrale. Perslucht wordt via een speciale pijpleiding naar de rembedieningsapparaten gevoerd voedingswaarde (NM) of druk snelweg (3).
De remmen van de wagons worden aangestuurd en er wordt perslucht aangevoerd via een lange pijpleiding die door de hele trein loopt en aangeroepen wordt remleiding (TM) (5). Wanneer er perslucht door de TM wordt aangevoerd, vult deze zich remcilinders (TC) (6) rechtstreeks verbonden met de TM. Perslucht drukt op de zuiger en drukt de remblokken 10 tegen de wielen, zowel op de locomotief als op de wagons. Er wordt geremd.
Om te stoppen met remmen, dus vertrekken Bij remmen is het noodzakelijk om lucht uit de remleiding in de atmosfeer te laten ontsnappen, wat zal leiden tot het terugkeren van de remmechanismen naar hun oorspronkelijke positie als gevolg van de kracht van de ontgrendelingsveren die in de TC zijn geïnstalleerd.
Om te remmen is het noodzakelijk om de remleiding (TM) te verbinden met de voedingsleiding (PM). Sluit voor vakantie de remleiding aan op de atmosfeer. Deze functies worden uitgevoerd door een speciaal apparaat - machinistentreinkraan (4) - bij het remmen verbindt het de PM en PM, wanneer het wordt vrijgegeven, ontkoppelt het deze pijpleidingen en laat tegelijkertijd lucht uit de PM vrij in de atmosfeer.
In een dergelijk systeem is er een derde, tussenpositie van de machinistenkraan: herdak wanneer de PM en TM gescheiden zijn, maar er geen lucht uit de TM in de atmosfeer vrijkomt, isoleert de machinistenkraan deze volledig. De druk die is opgebouwd in de TM en TC wordt gehandhaafd en de tijd dat deze op het ingestelde niveau wordt gehouden, wordt bepaald door de hoeveelheid luchtlekkage door verschillende lekken, evenals door de thermische weerstand van de remblokken, die tijdens wrijving tegen wrijving opwarmen. de wielbanden. Door hem zowel tijdens het remmen als tijdens het lossen in het plafond te plaatsen, kunt u de remkracht stapsgewijs aanpassen. Dit type rem biedt zowel stapremmen als stapontgrendeling.
Ondanks de eenvoud van een dergelijk remsysteem heeft het een fatale fout: wanneer de trein wordt losgekoppeld, scheurt de remleiding, ontsnapt er lucht en blijft de trein zonder remmen achter. Het is om deze reden dat een dergelijke rem niet kan worden gebruikt in het spoorvervoer; de kosten van het falen ervan zijn te hoog. Zelfs zonder treinbreuk zal bij een groot luchtlek de remefficiëntie afnemen.
Op basis van het bovenstaande ontstaat de eis dat het remmen van de trein niet wordt geïnitieerd door een toename, maar door een afname van de druk in de TM. Maar hoe moet je dan de remcilinders vullen? Dit geeft aanleiding tot de tweede vereiste: elke rijdende eenheid van de trein moet een voorraad perslucht opslaan, die na elke remming onmiddellijk moet worden aangevuld.
Het technische denken kwam aan het einde van de 1872e eeuw tot soortgelijke conclusies, wat resulteerde in de creatie van de eerste automatische spoorwegrem door George Westinghouse in XNUMX.
Westinghouse-remapparaat: 1 - compressor; 2 - hoofdtank; 3 - toevoerleiding; 4 — machinistentreinkraan; 5 - remleiding; 6 — luchtverdeler (drievoudige klep) van het Westinghouse-systeem; 7 — remcilinder; 8 — reservetank; 9 - afsluiter.
De figuur toont de structuur van deze rem (Figuur a - werking van de rem tijdens het lossen; b - werking van de rem tijdens het remmen). Het belangrijkste element van de Westigauze-rem was rem luchtverdeler of, zoals het soms wordt genoemd, drievoudige klep. Deze luchtverdeler (6) heeft een gevoelig orgaan – een zuiger die werkt op het verschil tussen twee drukken – in de remleiding (TM) en het reservereservoir (R). Als de druk in de TM lager wordt dan in de TC, beweegt de zuiger naar links, waardoor de weg vrijkomt voor lucht van de CM naar de TC. Als de druk in de TM groter wordt dan de druk in de SZ, beweegt de zuiger naar rechts, waardoor de TC met de atmosfeer wordt gecommuniceerd en tegelijkertijd de TM en de SZ worden gecommuniceerd, zodat deze wordt gevuld met perslucht van de TM.
Dus als de druk in de TM om welke reden dan ook afneemt, of dit nu door de acties van de machinist is, door overmatige luchtlekkage uit de TM of door een treinbreuk, zullen de remmen werken. Dat wil zeggen, dergelijke remmen hebben automatische actie. Deze eigenschap van de rem maakte het mogelijk om nog een mogelijkheid toe te voegen voor het aansturen van de treinremmen, die tot op de dag van vandaag wordt gebruikt in passagierstreinen - een noodstop van de trein door een passagier door de remleiding via een speciale klep met de atmosfeer te communiceren - noodrem (9).
Voor degenen die bekend zijn met deze functie van het remsysteem van de trein, is het grappig om films te kijken waarin dieven-cowboys op beroemde wijze een rijtuig met goud uit een trein losmaken. Om dit mogelijk te maken moeten de cowboys vóór het afkoppelen de eindkleppen op de remleiding sluiten die de remleiding scheiden van de verbindingsslangen tussen de auto's. Maar dat doen ze nooit. Aan de andere kant hebben gesloten eindkleppen meer dan eens verschrikkelijke rampen veroorzaakt in verband met remstoringen, zowel hier (Kamensk in 1987, Eral-Simskaya in 2011) als in het buitenland.
Vanwege het feit dat het vullen van de remcilinders plaatsvindt vanuit een secundaire bron van perslucht (reservetank), zonder de mogelijkheid van constante bijvulling, wordt een dergelijke rem genoemd indirect handelend. Het opladen van de rem met perslucht vindt alleen plaats wanneer de rem wordt gelost, wat ertoe leidt dat bij veelvuldig remmen gevolgd door loslaten de rem, als er onvoldoende tijd is na het lossen, geen tijd heeft om op te laden tot de vereiste druk. Dit kan resulteren in volledige uitputting van de rem en verlies van controle over de remmen van de trein.
De pneumatische rem heeft ook nog een ander nadeel dat verband houdt met het feit dat de drukval in de remleiding zich, zoals elke verstoring, met een hoge, maar nog steeds eindige snelheid in de lucht voortplant - niet meer dan 340 m/s. Waarom niet meer? Omdat de geluidssnelheid ideaal is. Maar in het pneumatische systeem van de trein zijn er een aantal obstakels die de voortplantingssnelheid van de drukval verminderen die gepaard gaat met weerstand tegen de luchtstroom. Tenzij er speciale maatregelen worden genomen, zal de drukvermindering in de TM dus lager zijn naarmate de wagen verder van de locomotief verwijderd is. In het geval van de Westinghouse-rem is de snelheid van de zogenaamde remmende golf niet hoger is dan 180 - 200 m/s.
De komst van de pneumatische rem maakte het echter mogelijk om zowel de kracht van de remmen als de efficiëntie van de bediening ervan rechtstreeks vanaf de werkplek van de machinist te vergroten. Dit was een krachtige impuls voor de ontwikkeling van het spoorvervoer, waardoor de snelheid en het gewicht van de treinen toenamen. treinen, en als gevolg daarvan een kolossale toename van de vrachtomzet op het spoor, de toename van de lengte van spoorlijnen over de hele wereld.
George Westinghouse was niet alleen een uitvinder, maar ook een ondernemende zakenman. Hij patenteerde zijn uitvinding in 1869, waardoor hij de massaproductie van remapparatuur kon lanceren. Al snel werd de Westinghouse-rem wijdverspreid in de VS, West-Europa en het Russische rijk.
In Rusland heerste de Westinghouse-rem tot aan de Oktoberrevolutie, en nog een hele tijd daarna. Het bedrijf Westinghouse bouwde zijn eigen remfabriek in Sint-Petersburg en verdreef ook vakkundig concurrenten van de Russische markt. De Westinghouse-rem had echter een aantal fundamentele nadelen.
Ten eerste bood deze rem slechts twee bedrijfsmodi: remmen totdat de remcilinders volledig gevuld zijn, en vakantie — het legen van de remcilinders. Het was onmogelijk om met langdurig onderhoud een tussenliggende hoeveelheid remdruk te creëren, dat wil zeggen dat de Westinghouse-rem geen modus had herdak. Hierdoor was een nauwkeurige controle van de treinsnelheid niet mogelijk.
Ten tweede werkte de Westinghouse-rem niet goed op lange treinen, en hoewel dit op de een of andere manier in het passagiersverkeer kon worden getolereerd, ontstonden er problemen in het vrachtverkeer. Herinner je je de remgolf nog? De rem van Westinghouse had dus niet de middelen om de snelheid te verhogen, en in een lange trein kon de drukdaling in de remvloeistof van de laatste auto te laat beginnen, en met een snelheid die aanzienlijk lager was dan aan de kop van de trein. trein, waardoor een grote ongelijkmatige werking van de reminrichtingen in de hele trein ontstond.
Het moet gezegd worden dat alle activiteiten van het bedrijf Westinghouse, zowel destijds in Rusland als over de hele wereld, grondig doordrenkt zijn van de kapitalistische geur van patentoorlogen en oneerlijke concurrentie. Dit is wat ervoor gezorgd heeft dat zo’n onvolmaakt systeem zo’n lange levensduur heeft gehad, tenminste in die historische periode.
Met dit alles moet worden erkend dat de Westinghouse-rem de basis heeft gelegd voor de remwetenschap en dat het principe van de werking ervan bij moderne remmen van rollend materieel onveranderd is gebleven.
2. Van de Westinghouse-rem naar de Matrosov-rem - de vorming van binnenlandse remwetenschap.
Vrijwel onmiddellijk na het verschijnen van de Westinghouse-rem en het besef van de tekortkomingen ervan, ontstonden er pogingen om dit systeem te verbeteren, of om een ander, fundamenteel nieuw systeem te creëren. Ons land was geen uitzondering. Aan het begin van de 20e eeuw beschikte Rusland over een ontwikkeld netwerk van spoorwegen, dat een belangrijke rol speelde bij het waarborgen van de economische ontwikkeling en het defensievermogen van het land. Het verhogen van de efficiëntie van het transport gaat gepaard met een toename van de bewegingssnelheid en de massa van gelijktijdig vervoerde vracht, wat betekent dat problemen met het verbeteren van remsystemen dringend aan de orde zijn gesteld.
Een belangrijke impuls voor de ontwikkeling van de remwetenschap in de RSFSR en later de USSR was de afname van de invloed van het grote westerse kapitaal, in het bijzonder het bedrijf Westinghouse, op de ontwikkeling van de binnenlandse spoorwegindustrie na oktober 1917.
F.P. Kazantsev (links) en I.K. Matrozen (rechts) - makers van de binnenlandse spoorwegrem
Het eerste teken, de eerste serieuze prestatie van de jonge binnenlandse remwetenschap, was de ontwikkeling van ingenieur Florenty Pimenovich Kazantsev. In 1921 stelde Kazantsev een systeem voor direct werkende automatische rem. Het onderstaande diagram beschrijft alle hoofdideeën die niet alleen door Kazantsev zijn geïntroduceerd, en heeft tot doel de basisprincipes van de werking van de verbeterde automatische rem uit te leggen
Direct werkende automatische rem: 1 - compressor; 2 - hoofdtank; 3 - toevoerleiding; 4 — machinistentreinkraan; 5 — remleidinglektoevoerapparaat; 6 — remleiding; 7 — remslangen aansluiten; 8 - eindklep; 9 - afsluiter; 10 - terugslagklep; 11 — reservetank; 12 — luchtverdeler; 13 — remcilinder; 14 — remhendeloverbrenging.
Het eerste hoofdidee is dus dat de druk in de TM indirect wordt geregeld - door een afname/toename van de druk in een speciaal reservoir genaamd golftank (UR). Dit wordt weergegeven in de afbeelding rechts van de bestuurderskraan (4) en bovenop het voedingsapparaat voor lekkages uit de TM (5). De dichtheid van dit reservoir is technisch veel gemakkelijker te garanderen dan de dichtheid van de remleiding: een pijp die enkele kilometers lang is en door de hele trein loopt. De relatieve stabiliteit van de druk in de UR maakt het mogelijk om de druk in de TM te handhaven, waarbij de druk in de UR als referentie wordt gebruikt. Wanneer de druk in de TM afneemt, opent de zuiger in apparaat (5) namelijk de klep die de TM vult vanuit de toevoerleiding, waardoor een druk in de TM gelijk blijft aan de druk in de UR. Dit idee had nog een lange weg te gaan in de ontwikkeling, maar nu was de druk in de TM niet afhankelijk van de aanwezigheid van externe lekken (tot bepaalde grenzen). Apparaat 5 migreerde naar de kraan van de machinist en blijft daar tot op de dag van vandaag, in gewijzigde vorm, staan.
Een ander belangrijk idee dat ten grondslag ligt aan het ontwerp van dit type rem is de stroomvoorziening van de remvloeistof via de terugslagklep 10. Wanneer de druk in de remklep de druk in de remklep overschrijdt, gaat deze klep open en vult de klep vanaf de rem. vloeistof. Zo worden lekkages continu aangevuld vanuit het reservereservoir en loopt de rem niet leeg.
Het derde belangrijke idee van Kazantsev is het ontwerp van een luchtverdeler die werkt op het verschil van niet twee drukken, maar drie: druk in de remleiding, druk in de remcilinder en druk in een speciale werkkamer (WC), die tijdens het lossen wordt gevoed door druk uit de remleiding, samen met een reservetank. In de remmodus wordt de laaddruk losgekoppeld van het reservereservoir en de remleiding, waardoor de waarde van de initiële laaddruk behouden blijft. Deze eigenschap wordt veel gebruikt bij remmen van rollend materieel, zowel om stapsgewijs te lossen als om de uniformiteit van het vullen van de TC langs de trein in goederentreinen te regelen, aangezien de werkkamer als standaard dient voor de initiële laaddruk. Op basis van de waarde ervan is het mogelijk om stapsgewijs vrij te geven en het eerder vullen van het winkelcentrum in de staartwagens te organiseren. Ik zal een gedetailleerde beschrijving van deze dingen achterlaten voor andere artikelen over dit onderwerp, maar voor nu zal ik alleen zeggen dat het werk van Kazantsev diende als een stimulans voor de ontwikkeling van een wetenschappelijke school in ons land, wat leidde tot de ontwikkeling van originele remsystemen voor rollend materieel.
Een andere Sovjet-uitvinder die de ontwikkeling van remmen voor huishoudelijk rollend materieel radicaal beïnvloedde, was Ivan Konstantinovich Matrosov. Zijn ideeën verschilden niet fundamenteel van de ideeën van Kazantsev, maar daaropvolgende operationele tests van de remsystemen van Kazantsev en Matrosov (samen met andere remsystemen) toonden de aanzienlijke superioriteit van het tweede systeem aan in termen van prestatiekenmerken wanneer het voornamelijk op goederentreinen werd gebruikt. De Matrosov-rem met luchtverdeler is dus voorwaardelijk. Nr. 320 werd de basis voor de verdere ontwikkeling en het ontwerp van remapparatuur voor spoorwegen met een spoorbreedte van 1520 mm. Een moderne automatische rem die in Rusland en de GOS-landen wordt gebruikt, kan met recht de naam Matrosovs rem dragen, omdat deze in de beginfase van zijn ontwikkeling de ideeën en ontwerpoplossingen van Ivan Konstantinovich heeft geabsorbeerd.
In plaats Output
Wat is de conclusie? Het werken aan dit artikel heeft mij ervan overtuigd dat het onderwerp een serie artikelen waard is. In dit pilotartikel hebben we de geschiedenis van de ontwikkeling van remmen voor rollend materieel besproken. Hieronder zullen we ingaan op sappige details, waarbij we niet alleen ingaan op de binnenlandse rem, maar ook op de ontwikkelingen van collega's uit West-Europa, waarbij we het ontwerp van remmen van verschillende typen en soorten rollend materieel benadrukken. Ik hoop dus dat het onderwerp interessant zal zijn, en tot ziens op de hub!
Dank u voor uw aandacht!
Bron: www.habr.com