Den kinetiske energien til Sapsan ved maksimal hastighet er over 1500 megajoule. For fullstendig stopp må alt avledes av bremseinnretningene.
Det var en ting akkurat her på Habré. Det publiseres ganske mange oversiktsartikler om jernbanetemaer her, men dette emnet er ennå ikke dekket i detalj. Jeg synes det ville vært ganske interessant å skrive en artikkel om dette, og kanskje mer enn én. Derfor ber jeg etter katten til de som er interessert i hvordan bremsesystemene til jernbanetransport er utformet, og av hvilke grunner de er utformet på denne måten.
1. Historien til luftbremsen
Oppgaven med å kontrollere ethvert kjøretøy inkluderer å regulere hastigheten. Jernbanetransport er intet unntak; dessuten introduserer designfunksjonene betydelige nyanser i denne prosessen. Toget består av et stort antall sammenkoblede vogner, og det resulterende systemet har en betydelig lengde og vekt med en meget anstendig hastighet.
Per definisjon, Bremser er et sett med enheter designet for å skape kunstige, justerbare motstandskrefter som brukes til kontrollert å redusere hastigheten til et kjøretøy.
Den mest åpenbare, på overflaten, måten å skape bremsekraft på er å bruke friksjon. Helt fra starten og frem til i dag har skofriksjonsbremser blitt brukt. Spesielle enheter - bremseklosser, laget av et materiale med høy friksjonskoeffisient, presses mekanisk mot hjulets rulleoverflate (eller mot spesielle skiver montert på hjulsettets aksel). En friksjonskraft oppstår mellom klossene og hjulet, og skaper et bremsemoment.
Bremsekraften justeres ved å endre kraften ved å presse klossene mot hjulet - bremsetrykk. Spørsmålet er bare hvilken drivenhet som brukes til å trykke på klossene, og delvis er bremsenes historie historien om utviklingen av denne drivenheten.
De første jernbanebremsene var mekaniske og ble betjent manuelt, separat på hver vogn av spesielle personer - bremsemenn eller konduktører. Lederne var plassert på de såkalte bremseplattformene som hver vogn var utstyrt med, og de satte på bremsene etter signal fra lokomotivføreren. Utvekslingen av signaler mellom sjåføren og konduktørene ble utført ved hjelp av et spesielt signaltau strukket langs hele toget, som utløste en spesiell fløyte.
Vintage toakslet godsvogn med bremsekloss. Håndbremsknott synlig
Selve den mekanisk drevne bremsen har liten kraft. Bremsetrykket var avhengig av styrken og behendigheten til lederen. I tillegg forstyrret den menneskelige faktoren driften av et slikt bremsesystem - ledere utførte ikke alltid pliktene sine riktig. Det var ikke nødvendig å snakke om den høye effektiviteten til slike bremser, så vel som økningen i hastigheten til tog utstyrt med dem.
Videreutvikling av bremser krevde for det første en økning i bremsetrykket, og for det andre muligheten for fjernkontroll på alle biler fra førerens arbeidsplass.
Den hydrauliske driften som brukes i bilbremser har blitt utbredt på grunn av at den gir høyt trykk med kompakte aktuatorer. Men når du bruker et slikt system på et tog, vil dens største ulempe vises: behovet for en spesiell arbeidsvæske - bremsevæske, hvis lekkasje er uakseptabel. Den store lengden på bremsehydraulikkledninger i et tog, sammen med høye krav til deres tetthet, gjør det umulig og irrasjonelt å lage en hydraulisk jernbanebrems.
En annen ting er det pneumatiske drevet. Bruken av høytrykksluft gjør det mulig å oppnå høye bremsetrykk med akseptable dimensjoner på aktuatorene - bremsesylindere. Det er ingen mangel på arbeidsvæske – luften er rundt oss, og selv om det lekker arbeidsvæske fra bremsesystemet (og det gjør det absolutt), kan den fylles på relativt enkelt.
Det enkleste bremsesystemet som bruker trykkluftenergi er direktevirkende ikke-automatisk brems
Diagram over en direktevirkende ikke-automatisk brems: 1 - kompressor; 2 - hovedtank; 3 - tilførselsledning; 4 - førerens togkran; 5 - bremselinje; 6 - bremsesylinder; 7 - frigjør fjær; 8, 9 — mekanisk bremseoverføring; 10 - bremsekloss.
For å betjene en slik brems kreves det en tilførsel av trykkluft, lagret på lokomotivet i en spesiell tank kalt hovedreservoar (2). Injeksjon av luft i hovedtanken og opprettholdelse av konstant trykk i den utføres kompressor (1), drevet av lokomotivkraftverket. Trykkluft tilføres bremsekontrollenhetene gjennom en spesiell rørledning kalt ernæringsmessig (NM) eller press motorvei (3).
Bremsene til bilene styres og trykkluft tilføres dem gjennom en lang rørledning som går gjennom hele toget og kalles bremseledning (TM) (5). Når trykkluft tilføres gjennom TM, fylles den bremsesylindere (TC) (6) koblet direkte til TM. Trykkluft presser på stempelet og presser bremseklossene 10 mot hjulene, både på lokomotivet og på bilene. Bremsing oppstår.
For å slutte å bremse, altså reise bremser, er det nødvendig å frigjøre luft fra bremseledningen til atmosfæren, noe som vil føre til at bremsemekanismene går tilbake til sin opprinnelige posisjon på grunn av kraften til utløserfjærene installert i TC.
For å bremse er det nødvendig å koble bremseledningen (TM) med mateledningen (PM). For ferie, koble bremseledningen til atmosfæren. Disse funksjonene utføres av en spesiell enhet - førerens togkran (4) - når den bremses, kobler den sammen PM og PM, når den slippes, kobler den fra disse rørledningene, og slipper samtidig luft fra PM til atmosfæren.
I et slikt system er det en tredje mellomposisjon for førerens kran - nytt tak når PM og TM er atskilt, men frigjøring av luft fra TM til atmosfæren ikke skjer, isolerer førerens kran det fullstendig. Trykket som er akkumulert i TM og TC opprettholdes og tiden det holdes på innstilt nivå bestemmes av mengden luftlekkasje gjennom ulike lekkasjer, samt av den termiske motstanden til bremseklossene, som varmes opp under friksjon mot hjuldekkene. Ved å plassere den i taket både under bremsing og under frigjøring kan du justere bremsekraften i trinn. Denne typen brems gir både trinnbremsing og trinnfrigjøring.
Til tross for enkelheten til et slikt bremsesystem, har det en fatal feil - når toget kobles fra, brister bremselinjen, luft slipper ut av den og toget blir stående uten bremser. Det er av denne grunn at en slik brems ikke kan brukes i jernbanetransport, kostnadene for feilen er for høye. Selv uten togbrudd, hvis det er en stor luftlekkasje, vil bremseeffektiviteten reduseres.
Basert på ovenstående oppstår kravet om at togbremsing ikke initieres av en økning, men av en reduksjon i trykket i TM. Men hvordan skal man da fylle bremsesylindere? Dette gir opphav til det andre kravet - hver bevegelig enhet på toget må lagre en tilførsel av trykkluft, som umiddelbart må etterfylles etter hver bremsing.
Ingeniørtanker på slutten av 1872-tallet kom til lignende konklusjoner, noe som resulterte i opprettelsen av den første automatiske jernbanebremsen av George Westinghouse i XNUMX.
Westinghouse bremseanordning: 1 - kompressor; 2 - hovedtank; 3 - tilførselsledning; 4 - førerens togkran; 5 - bremselinje; 6 - luftfordeler (trippelventil) til Westinghouse-systemet; 7 - bremsesylinder; 8 - reservetank; 9 - stoppventil.
Figuren viser strukturen til denne bremsen (Figur a - betjening av bremsen under frigjøring; b - betjening av bremsen under bremsing). Hovedelementet i Westigauze-bremsen var bremseluftfordeler eller, som det noen ganger kalles, trippel ventil. Denne luftfordeleren (6) har et følsomt organ - et stempel som opererer på forskjellen mellom to trykk - i bremseledningen (TM) og reservereservoaret (R). Hvis trykket i TM blir mindre enn i TC, beveger stempelet seg til venstre, og åpner veien for luft fra CM til TC. Hvis trykket i TM blir større enn trykket i SM, beveger stempelet seg til høyre, kommuniserer TC med atmosfæren, og kommuniserer samtidig TM og SM, og sørger for at sistnevnte er fylt med trykkluft fra TM.
Således, hvis trykket i TM synker av en eller annen grunn, det være seg handlingene til sjåføren, overdreven luftlekkasje fra TM, eller et togbrudd, vil bremsene fungere. Det vil si at slike bremser har automatisk handling. Denne egenskapen til bremsen gjorde det mulig å legge til en annen mulighet for å kontrollere togbremsene, som brukes på passasjertog til i dag - en nødstopp av toget av en passasjer ved å kommunisere bremselinjen med atmosfæren gjennom en spesiell ventil - nødbrems (9).
For de som er kjent med denne funksjonen til togets bremsesystem, er det morsomt å se filmer der tyver-cowboyer berømt hekter av en vogn med gull fra et tog. For at dette skal være mulig må cowboyene før frakobling stenge endeventilene på bremseledningen som skiller bremseledningen fra koblingsslangene mellom bilene. Men det gjør de aldri. På den annen side har lukkede endeventiler mer enn en gang forårsaket forferdelige katastrofer forbundet med bremsesvikt, både her (Kamensk i 1987, Eral-Simskaya i 2011) og i utlandet.
På grunn av det faktum at fyllingen av bremsesylindrene skjer fra en sekundær kilde til trykkluft (reservetank), uten mulighet for konstant etterfylling, kalles en slik brems. indirekte handler. Lading av bremsen med trykkluft skjer bare når bremsen slippes, noe som fører til at med hyppig bremsing etterfulgt av frigjøring, hvis det ikke er nok tid etter utløsning, vil bremsen ikke ha tid til å lade opp til det nødvendige trykket. Dette kan resultere i fullstendig utmattelse av bremsen og tap av kontroll over togets bremser.
Den pneumatiske bremsen har også en annen ulempe knyttet til det faktum at trykkfallet i bremseledningen, som enhver forstyrrelse, forplanter seg i luften med en høy, men fortsatt begrenset hastighet - ikke mer enn 340 m/s. Hvorfor ikke mer? Fordi lydhastigheten er ideell. Men i togets pneumatiske system er det en rekke hindringer som reduserer forplantningshastigheten til trykkfallet forbundet med motstand mot luftstrøm. Derfor, med mindre det tas spesielle tiltak, vil hastigheten på trykkreduksjonen i TM være lavere, jo lenger bilen er fra lokomotivet. I tilfelle av Westinghouse-bremsen, hastigheten på den såkalte bremsebølge ikke overstiger 180 - 200 m/s.
Imidlertid gjorde bruken av den pneumatiske bremsen det mulig å øke både kraften til bremsene og effektiviteten av deres kontroll direkte fra sjåførens arbeidsplass. Dette fungerte som en kraftig drivkraft for utviklingen av jernbanetransport, og økte hastigheten og vekten på tog, og som et resultat en kolossal økning i godsomsetningen på jernbanen, økningen i lengden på jernbanelinjer rundt om i verden.
George Westinghouse var ikke bare en oppfinner, men også en driftig forretningsmann. Han patenterte oppfinnelsen sin tilbake i 1869, noe som tillot ham å starte masseproduksjon av bremseutstyr. Ganske raskt ble Westinghouse-bremsen utbredt i USA, Vest-Europa og det russiske imperiet.
I Russland regjerte Westinghouse-bremsen frem til oktoberrevolusjonen, og i ganske lang tid etter den. Westinghouse-selskapet bygde sitt eget bremseanlegg i St. Petersburg, og kastet også dyktige konkurrenter ut av det russiske markedet. Westinghouse-bremsen hadde imidlertid en rekke grunnleggende ulemper.
For det første ga denne bremsen bare to driftsmoduser: bremsing til bremsesylindrene er helt fylt, og ferie — tømme bremsesylindere. Det var umulig å skape en mellomliggende mengde bremsetrykk med dets langsiktige vedlikehold, det vil si at Westinghouse-bremsen ikke hadde en modus nytt tak. Dette tillot ikke nøyaktig kontroll av toghastigheten.
For det andre fungerte Westinghouse-bremsen dårlig på lange tog, og mens dette på en eller annen måte kunne tolereres i persontrafikken, oppsto det problemer i godstrafikken. Husker du bremsebølgen? Så Westinghouse-bremsen hadde ikke midler til å øke hastigheten, og i et langt tog kunne reduksjonen i trykket i bremsevæsken på den siste bilen begynne for sent, og med en hastighet som er betydelig lavere enn ved toppen av tog, noe som skapte vill ujevn drift av bremseanordningene på tvers av toget.
Det må sies at alle aktivitetene til Westinghouse-selskapet, både i Russland på den tiden og over hele verden, er grundig mettet med den kapitalistiske duften av patentkriger og urettferdig konkurranse. Det var dette som sikret et så ufullkomment system et så langt liv, i det minste i den historiske perioden.
Med alt dette bør det anerkjennes at Westinghouse-bremsen la grunnlaget for bremsevitenskap, og prinsippet for dens drift har forblitt uendret i moderne rullende materiellbremser.
2. Fra Westinghouse-bremsen til Matrosov-bremsen - dannelsen av innenlandsk bremsevitenskap.
Nesten umiddelbart etter utseendet til Westinghouse-bremsen og realiseringen av dens mangler, oppsto det forsøk på å forbedre dette systemet, eller å lage et annet, fundamentalt nytt. Landet vårt var intet unntak. På begynnelsen av XNUMX-tallet hadde Russland et utviklet nettverk av jernbaner, som spilte en betydelig rolle i å sikre landets økonomiske utvikling og forsvarsevne. Å øke effektiviteten til transport er assosiert med en økning i bevegelseshastigheten og massen av samtidig transportert last, noe som betyr at problemer med å forbedre bremsesystemene har blitt raskt tatt opp.
En betydelig drivkraft for utviklingen av bremsevitenskap i RSFSR og senere USSR var nedgangen i innflytelsen fra stor vestlig kapital, spesielt Westinghouse-selskapet, på utviklingen av den innenlandske jernbaneindustrien etter oktober 1917.
F.P. Kazantsev (til venstre) og I.K. Sjømenn (til høyre) - skaperne av den innenlandske jernbanebremsen
Det første tegnet, den første seriøse prestasjonen til ung innenlands bremsevitenskap, var utviklingen av ingeniøren Florenty Pimenovich Kazantsev. I 1921 foreslo Kazantsev et system direktevirkende automatisk brems. Diagrammet nedenfor beskriver alle hovedideene introdusert ikke bare av Kazantsev, og formålet er å forklare de grunnleggende prinsippene for drift av den forbedrede automatiske bremsen
Direktevirkende automatisk brems: 1 - kompressor; 2 - hovedtank; 3 - tilførselsledning; 4 - førerens togkran; 5 — bremseledningslekkasjeforsyningsenhet; 6 - bremseledning; 7 — tilkobling av bremseslanger; 8 - endeventil; 9 - stoppventil; 10 - tilbakeslagsventil; 11 — reservetank; 12 - luftfordeler; 13 - bremsesylinder; 14 — bremsespakoverføring.
Så den første hovedideen er at trykket i TM styres indirekte - gjennom en reduksjon/økning i trykket i et spesielt reservoar kalt overspenningstank (UR). Det er vist i figuren til høyre for førerens kran (4) og på toppen av strømforsyningsenheten for lekkasjer fra TM (5). Tettheten til dette reservoaret er teknisk mye lettere å sikre enn tettheten til bremselinjen – et rør som strekker seg flere kilometer langt og går gjennom hele toget. Den relative stabiliteten til trykket i UR gjør det mulig å opprettholde trykket i TM, ved å bruke trykket i UR som referanse. Stempelet i innretningen (5) når trykket i TM synker, åpner faktisk ventilen som fyller TM fra tilførselsledningen, og opprettholder derved et trykk i TM lik trykket i UR. Denne ideen hadde fortsatt en lang vei å gå i utvikling, men nå var ikke trykket i TM avhengig av tilstedeværelsen av eksterne lekkasjer fra den (opp til visse grenser). Enhet 5 migrerte til operatørens kran og forblir der, i modifisert form, frem til i dag.
En annen viktig idé som ligger til grunn for utformingen av denne typen bremser er strømforsyningen fra bremsevæsken gjennom tilbakeslagsventilen 10. Når trykket i bremseventilen overstiger trykket i bremseventilen, åpnes denne ventilen og fyller ventilen fra bremsen. væske. På denne måten fylles lekkasjer kontinuerlig på fra reservereservoaret og bremsen går ikke tom.
Den tredje viktige ideen foreslått av Kazantsev er utformingen av en luftfordeler som opererer på forskjellen på ikke to trykk, men tre - trykk i bremseledningen, trykk i bremsesylinderen og trykk i et spesielt arbeidskammer (WC), som under frigjøring mates av trykk fra bremseledningen , sammen med en reservetank. I bremsemodus kobles ladetrykket fra reservebeholderen og bremseledningen, og opprettholder verdien av det opprinnelige ladetrykket. Denne egenskapen er mye brukt i rullende materiellbremser både for å gi trinnvis utløsning og for å kontrollere jevnheten i fyllingen av TC langs toget i godstog, siden arbeidskammeret fungerer som en standard for det innledende ladetrykket. Basert på verdien er det mulig å gi trinnvis frigjøring og organisere tidligere fylling av kjøpesenteret i halevognene. Jeg vil legge igjen en detaljert beskrivelse av disse tingene for andre artikler om dette emnet, men for nå vil jeg bare si at Kazantsevs arbeid fungerte som et insentiv for utviklingen av en vitenskapelig skole i vårt land, noe som førte til utviklingen av originalen bremsesystemer for rullende materiell.
En annen sovjetisk oppfinner som radikalt påvirket utviklingen av innenlandske rullende materiellbremser var Ivan Konstantinovich Matrosov. Ideene hans var ikke fundamentalt forskjellige fra Kazantsevs ideer, men påfølgende operasjonstester av bremsesystemene Kazantsev og Matrosov (sammen med andre bremsesystemer) viste den betydelige overlegenheten til det andre systemet når det gjelder ytelsesegenskaper når det først og fremst ble brukt på godstog. Dermed er Matrosov-bremsen med en luftfordeler betinget. nr. 320 ble grunnlaget for videreutvikling og design av bremseutstyr for 1520 mm sporvidde jernbaner. En moderne automatisk brems brukt i Russland og CIS-landene kan med rette bære navnet til Matrosovs bremse, siden den absorberte ideene og designløsningene til Ivan Konstantinovich i den innledende fasen av utviklingen.
I stedet for en konklusjon
Hva er konklusjonen? Arbeidet med denne artikkelen overbeviste meg om at emnet er verdig en serie artikler. I denne pilotartikkelen kom vi inn på historien om utviklingen av bremser for rullende materiell. I det følgende vil vi gå inn på saftige detaljer, og berøre ikke bare den innenlandske bremsen, men også på utviklingen til kolleger fra Vest-Europa, og fremheve utformingen av bremser av forskjellige typer og typer rullende materiell. Så jeg håper emnet vil være interessant, og se deg igjen på navet!
Takk for din oppmerksomhet!
Kilde: www.habr.com