Chegou a hora de falar sobre os dispositivos destinados ao controle de freios. Esses dispositivos são chamados de "válvulas", embora um longo caminho de evolução os tenha levado bastante longe do que conhecemos como válvulas no sentido doméstico, transformando-os em dispositivos complexos de pneumatização.
A velha e boa válvula de marco 394 ainda é utilizada em composições móveis.
1. Válvulas do maquinista — introdução breve
Por definição
A válvula do maquinista é um dispositivo (ou conjunto de dispositivos) destinado a controlar a magnitude e o ritmo de alteração da pressão na linha de freio do trem.
As válvulas do maquinista atualmente utilizadas podem ser divididas em dispositivos de controle direto e válvulas com controle remoto.
Os dispositivos de controle direto são a clássica abordagem, instalados na esmagadora maioria das locomotivas, trens automotores, assim como em composições móveis de uso especial (máquinas de trilho variadas, automotrizes, etc.) válvulas do maquinista nº 394 e nº 395. A primeira, mostrada no KDPV, é instalada em locomotivas de carga, enquanto a segunda é destinada a trens de passageiros.
Em termos pneumáticos, essas válvulas não se diferenciam de maneira nenhuma. Ou seja, são absolutamente idênticas. A válvula 395 possui na parte superior uma saliência, fundida juntamente com ela, com dois orifícios com rosca, onde é instalada a "banca" do controlador que gerencia o freio eletropneumático.
A válvula do maquinista 395 em seu habitat natural.
Esses dispositivos, na maioria das vezes, são pintados de vermelho brilhante, o que indica sua importância excepcional e a atenção especial que deve ser dada a eles tanto pela equipe da locomotiva quanto pelo pessoal técnico que opera a locomotiva. Mais um lembrete de que os freios em um trem são tudo.
Esses dispositivos estão diretamente conectados aos tubos da linha de alimentação (PM) e da linha de freio (TM) e, por meio do giro da alavanca, realizam o controle direto do fluxo de ar.
Nos guindastes com controle remoto na cabine do maquinista possuem não o guindaste em si, mas um controlador de gerenciamento, que transmite comandos através de uma interface digital para um painel eletropneumático separado, instalado no compartimento de máquinas da locomotiva. Nos trens nacionais, utiliza-se o guindaste do maquinista de tipo nº 130, que demorou bastante para ser integrado ao material rodante.
Controlador do guindaste nº 130 na cabine da locomotiva elétrica EP20 (à direita, ao lado do painel de manômetros)
Painel pneumático no compartimento de máquinas da locomotiva elétrica EP20
Por que foi feito dessa forma? Para que além do controle manual dos freios, houvesse a possibilidade padrão de controle automático, por exemplo, pelo sistema de condução automática do trem. Nas locomotivas equipadas com os guindastes 394/395, era necessária a instalação de um acessório especial no guindaste. A ideia era que o guindaste 130 se integrasse ao sistema de controle do trem através do barramento CAN, que é utilizado no material rodante nacional.
Por que eu chamei este dispositivo de problemático? Porque fui uma testemunha direta de sua primeira aparição no material rodante. Esses dispositivos foram instalados nos primeiros modelos das novas locomotivas elétricas russas: 2ЭС5К-001 “Ermak”, 2ЭС4К-001 “Donchak” e ЭП2К-001.
Em 2007, participei dos testes de certificação da locomotiva 2ЭС4К-001. Nesta máquina, foi instalado o guindaste nº 130. No entanto, já naquela época começaram os comentários sobre sua baixa confiabilidade; além disso, essa maravilha da técnica podia soltar os freios de forma espontânea. Portanto, logo foi abandonado e os “Ermaks”, “Donchaks” e ЭП2К foram para a produção com os guindastes 394 e 395. O progresso foi adiado até que o novo dispositivo fosse aprimorado. Esse guindaste só voltou a ser utilizado nas locomotivas de Novocherkassk com o início da produção da locomotiva elétrica EP20 em 2011. E os “Ermaks”, “Donchaks” e ЭП2К não receberam a nova versão desse guindaste. A propósito, a locomotiva ЭП2К-001 com o guindaste nº 130 agora está apodrecendo na base de reserva, como soube recentemente de um vídeo de um fã de ferrovias abandonadas.
No entanto, os ferroviários não confiam plenamente em um sistema como esse, portanto todas as locomotivas equipadas com o guindaste nº 130 também são equipadas com guindastes de controle reserva, permitindo, de forma simplificada, gerenciar diretamente a pressão na linha de freio.
Válvula de controle de emergência de freios na cabine EP20
Nos locomotivas, também é instalado um segundo dispositivo de controle — válvula de freio auxiliar (KVT), destinada a controlar os freios da locomotiva, independentemente dos freios do trem. Aqui está ela, à esquerda da válvula de trem
Válvula de freio auxiliar, n.º 254
Na foto, a clássica válvula de freio auxiliar, n.º 254. Ela ainda é instalada em muitos locais, tanto em locomotivas de passageiros quanto em locomotivas de carga. Diferentemente dos freios dos vagões, nos locomotivas, os cilindros de freio nunca não são preenchidos diretamente do tanque de reserva. Embora o tanque de reserva e o distribuidor de ar estejam instalados na locomotiva. De maneira geral, o esquema de freios da locomotiva é mais complexo, pois há mais cilindros de freio na locomotiva. O volume total deles é significativamente superior a 8 litros, portanto, não é possível preenchê-los a partir do tanque de reserva até uma pressão de 0,4 MPa — é necessário aumentar o volume do tanque de reserva, o que aumentará o tempo de carregamento em comparação com os ZR de vagão.
Na locomotiva, os cilindros são preenchidos a partir do tanque principal, seja pela válvula de freio auxiliar, seja pelo relé de pressão, que é acionado pelo distribuidor de ar, controlado pela válvula de trem do maquinista.
A válvula 254 tem a particularidade de que pode funcionar como relé de pressão, permitindo a liberação (em etapas!) dos freios da locomotiva enquanto o trem está parado. Esse esquema é chamado de esquema de ativação da KVT como repetidor e é utilizado em locomotivas de carga.
A válvula de freio auxiliar é usada durante movimentos manobráveis da locomotiva, bem como para acomodar o trem após a parada e durante a estada. Imediatamente após a parada do trem, esta válvula é colocada na última posição de freio, enquanto os freios do trem são liberados. Os freios da locomotiva são capazes de manter tanto a locomotiva quanto o trem em uma inclinação bastante acentuada.
Em locomotivas elétricas modernas, como a EP20, são instaladas outras KVTs, por exemplo, a n.º 224
Válvula de freio auxiliar n.º 224 (à direita em um painel separado)
2. Dispositivo e princípio de funcionamento da válvula do maquinista n.º 394/395
Então, nosso herói é o velho, comprovado pelo tempo e milhões de quilômetros, o guindaste 394 (e 395, mas ele é similar, então falarei sobre um dos aparelhos, referindo-me ao segundo). Por que ele e não o moderno 130? Primeiro, o guindaste 394 é mais comum hoje em dia. E em segundo lugar, o guindaste 130, na verdade seu painel pneumático, funciona de maneira semelhante ao velho 394.
Guindaste do maquinista nº 394: 1 — base da haste da válvula de saída; 2 — corpo da parte inferior; 3 — anel de vedação; 4 — mola; 5 — válvula de saída; 6 — bucha com assento da válvula de saída; 7 — pistão de equilibragem; 8 — anel de vedação de borracha; 9 — anel de latão de vedação; 10 — corpo da parte média; 11 — corpo da parte superior; 12 — distribuidor; 13 — alavanca de controle; 14 — fixador da alavanca; 15 — porca; 16 — parafuso de pressão; 17 — haste; 18 — mola do distribuidor; 19 — arruela de pressão; 20 — pinos de montagem; 21 — pino de fixação; 22 — filtro; 23 — mola da válvula de alimentação; 24 — válvula de alimentação; 25 — bucha com assento da válvula de alimentação; 26 — diafragma do redutor; 30 — mola de ajuste do redutor; 31 — copo de ajuste do redutor.
O que você acha? Um dispositivo sério. Este aparelho consiste em uma parte superior (de distribuidor), uma parte média (intermediária), uma parte inferior (de equilibragem), um estabilizador e um redutor. O redutor é mostrado à direita na parte inferior da figura, e o estabilizador eu mostrarei separadamente.
Estabilizador do guindaste do maquinista nº 394: 1 — tampa; 2 — mola da válvula de estrangulamento; 3 — válvula de estrangulamento; 4 — assento da válvula de estrangulamento; 5 — orifício calibrado com diâmetro de 0,45 mm; 6 — diafragma; 7 — corpo do estabilizador; 8 — suporte; 10 — mola de ajuste; 11 — copo de ajuste.
O modo de operação do guindaste é definido pela rotação da alavanca, que gira o distribuidor, ajustado de forma precisa (e bem lubrificado!) na superfície da parte média do guindaste. Existem sete posições, que costumam ser indicadas com números romanos.
- I — Liberação e carga.
- II — Posição de viagem.
- III — Fechamento sem alimentação de vazamentos no circuito de freio.
- IV — Fechamento com alimentação de vazamentos do circuito de freio.
- Va — Frenagem em ritmo reduzido.
- V — Frenagem em ritmo normal.
- VI — Frenagem de emergência.
No modo de operação em tração, ao sair e ao estacionar, quando não é necessário ativar os freios do trem, a alavanca da válvula é posicionada na segunda posição do trem. O pistão e o espelho do pistão possuem canais e orifícios calibrados, através dos quais, dependendo da posição da alavanca, o ar flui de uma parte do dispositivo para outra. Assim é como o pistão e seu espelho aparecem
Além disso, a válvula do maquinista 394 é conectada a um chamado
reservatório compensador (RC) com um volume de 20 litros. Este reservatório é responsável por estabelecer a pressão na linha de freio (LF). A pressão que está ajustada no reservatório compensador será mantida pela parte compensadora da válvula do maquinista e na linha de freio (exceto nas posições I, III e VI da alavanca). As pressões no reservatório compensador e na linha de freio são exibidas em manômetros de controle, instalados no painel de instrumentos, geralmente próximos à válvula do maquinista. Muitas vezes é utilizado um manômetro de duas agulhas, como este
A agulha vermelha indica a pressão na linha de freio, a preta — a do reservatório compensador
Portanto, quando a válvula está na posição de trem, no reservatório compensador é estabelecida e mantida a chamada
pressão de carga . Para unidades móveis de trens elétricos e trens de passageiros com tração locomotiva, seu valor é geralmente de 0,48 a 0,50 MPa, para trens de carga de 0,50 a 0,52 MPa. Mas na maioria das vezes, é de 0,50 MPa, a mesma pressão utilizada no "Sapsan" e no "Lastochka".. Para o material rodante de trens e para trens de passageiros com tração locomotiva, seu valor geralmente é de 0,48 a 0,50 MPa, para trens de carga de 0,50 a 0,52 MPa. Mas, na maioria das vezes, é de 0,50 MPa, pressão utilizada no "Sapsan" e "Lastochka".
A pressão de carga suportada pelos dispositivos na UR é proporcionada pelo redutor e pelo estabilizador da torneira, que operam de forma totalmente independente um do outro. O que faz o estabilizador? Ele constantemente libera ar do reservatório de compensação através de um orifício calibrado de 0,45 mm de diâmetro presente em seu corpo. Constantemente, sem interromper esse processo nem por um momento. A liberação de ar através do estabilizador ocorre em um ritmo estritamente constante, mantido pela válvula de estrangulamento dentro do estabilizador — quanto menor a pressão no reservatório de compensação, mais a válvula de estrangulamento se abre. Esse ritmo é significativamente mais baixo que o ritmo do freio de serviço, e pode ser ajustado girando o copo de ajuste no corpo do estabilizador. Isso é feito para eliminar a pressão no reservatório de compensação. sobrecarga (ou seja, pressão que excede a de carga).
Se o ar do reservatório de compensação está constantemente saindo através do estabilizador, ele não acabará cedo ou tarde? Ele acabaria, mas o redutor não permitiria. Quando a pressão na UR cai abaixo da pressão de carga, uma válvula de alimentação se abre no redutor, conectando o reservatório de compensação com a tubulação de alimentação, repondo o suprimento de ar. Assim, no reservatório de compensação, na II posição da alavanca da torneira, a pressão de 0,5 MPa é constantemente mantida.
Esse processo pode ser melhor ilustrado pelo seguinte diagrama
A ação da torneira do maquinista na II posição (posição de trem): GR — reservatório principal; TM — linha de freio; UR — reservatório de compensação; At — atmosfera
E o que dizer da linha de freio? A pressão nela é mantida igual à pressão no reservatório de compensação com a ajuda da parte de compensação da torneira, que consiste em um pistão de compensação (no centro do diagrama), válvula de alimentação e válvula de descarga, acionadas pelo pistão. A cavidade acima do pistão está conectada ao reservatório de compensação (área amarela), e abaixo do pistão — à linha de freio (área vermelha). Quando a pressão na UR aumenta, o pistão desce, conectando a linha de freio à linha de alimentação, provocando um aumento de pressão nela, até que a pressão na TM e a pressão na UR sejam iguais.
Quando a pressão no reservatório de compensação diminui, o pistão se move para cima, abrindo a válvula de escape, através da qual o ar do circuito de freio é liberado na atmosfera, até que, novamente, as pressões acima e abaixo do pistão se equilibrem.
Assim, na posição de operação, a pressão no circuito de freio é mantida igual à carga. É importante observar que sempre ocorrem vazamentos, como eu costumo mencionar, pois há claramente e sempre falhas nessa linha. A mesma pressão é estabelecida nos reservatórios de reserva dos vagões e da locomotiva, também com a consideração dos vazamentos.
Para acionar os freios, o maquinista posiciona a alavanca do registro na posição V — frenagem de trabalho. Nesse caso, ocorre a liberação de ar do reservatório de compensação através de um orifício calibrado, garantindo uma queda de pressão de 0,01 a 0,04 MPa por segundo. O processo é monitorado pelo maquinista através do manômetro do reservatório de compensação. Enquanto a alavanca do registro está na posição V, o ar sai do reservatório de compensação. O pistão compensador é acionado, subindo e abrindo a válvula de escape, aliviando a pressão do circuito de freio.
Para interromper o processo de liberação de ar do reservatório de compensação, o maquinista posiciona a alavanca do registro na posição de bloqueio — III ou IV. O processo de liberação de ar do reservatório de compensação, e, consequentemente, do circuito de freio é interrompido. Assim é realizada a etapa de frenagem de serviço. Se a eficácia dos freios for insatisfatória, uma nova etapa é realizada, para isso a alavanca do registro do maquinista é novamente colocada na posição V.
Na operação padrão, de trabalho No sistema de frenagem, a profundidade máxima de descompressão da linha de freio não deve exceder 0,15 MPa. Por quê? Primeiro, descomprimir mais do que isso é irrelevante - devido à relação entre os volumes do reservatório de reserva e do cilindro de freio (CF), não será possível atingir uma pressão superior a 0,4 MPa no CF. E uma descompressão de 0,15 MPa corresponde exatamente a uma pressão de 0,4 MPa nos cilindros de freio. Em segundo lugar, descomprimir mais é simplesmente perigoso - com pressão baixa na linha de freio, o tempo de carga dos reservatórios de reserva ao soltar o freio aumentará, uma vez que eles são carregados precisamente a partir da linha de freio. Isso significa que tais ações podem levar ao esgotamento do freio.
Um leitor curioso pode perguntar - qual a diferença entre as configurações III e IV?
Na posição IV, o obturador da válvula bloqueia todas as aberturas na base. O redutor não retira do reservatório compensador e a pressão nele se mantém bastante estável, pois os vazamentos do reservatório compensador são extremamente pequenos. O pistão compensador continua a operar, repondo os vazamentos da linha de freio, mantendo na linha a pressão que foi estabelecida no reservatório compensador após a última frenagem. Portanto, essa posição é chamada de 'bloqueio com alimentação de vazamentos da linha de freio'.
Na posição III, o obturador da válvula conecta as cavidades acima e abaixo do pistão compensador, bloqueando a operação do órgão compensador - a pressão em ambas as cavidades cai simultaneamente na mesma taxa de vazamento. A reposição desse vazamento pelo órgão compensador não acontece. Assim, a posição III da válvula é chamada de 'bloqueio sem alimentação de vazamentos da linha de freio'.
Por que existem duas dessas posições e qual bloqueio o maquinista utiliza? Ambos, dependendo da situação e do tipo de serviço da locomotiva.
Ao operar os freios de passageiros, segundo a instrução, o maquinista deve colocar a válvula na posição III (bloqueio sem alimentação) nas seguintes situações:
- Ao passar sob um sinal de parada
- Ao operar o EPT após o primeiro estágio de frenagem regulatória
- Ao passar por uma descida acentuada ou em um trilho morto
Em todas essas situações, o acionamento dos freios não pode ser automático. Mas como isso pode acontecer? Muito simplesmente — os distribuidores de ar para passageiros funcionam com a diferença entre duas pressões — na linha de freio e no reservatório auxiliar. Com o aumento da pressão na linha de freio, ocorre a liberação total dos freios.
Agora, imagine que freamos e colocamos na posição IV, quando a válvula alimenta vazamentos da linha de freio. E nesse momento, algum idiota no corredor abre e fecha a válvula de parada — um travesso de primeira. A válvula do maquinista cobre esse vazamento, fazendo com que a pressão na linha de freio aumente, e o distribuidor de ar para passageiros, sensível a isso, libera completamente.
Nos cargueiros, usa-se principalmente a posição IV — o Válvula de Freio não é tão sensível ao aumento de pressão na linha de freio e possui uma liberação mais rígida. A posição III é utilizada apenas quando há suspeitas de vazamento indevido na linha de freio.
Como ocorre a liberação dos freios? Para a liberação total, a alavanca da válvula do maquinista é colocada na posição I — liberação e carregamento. Nesse momento, tanto o reservatório de equalização quanto a linha de freio são conectados diretamente à linha de alimentação. O preenchimento do reservatório de equalização é feito através de um orifício calibrado, em um ritmo rápido, mas suficientemente moderado, permitindo controlar a pressão pelo manômetro. O preenchimento da linha de freio é realizado por um canal mais largo, de modo que a pressão lá salta imediatamente para 0,7 — 0,9 MPa (dependendo do comprimento do trem) e permanece assim até que a alavanca da válvula seja colocada na segunda posição. Por que isso?
Isso é feito para empurrar uma grande quantidade de ar para a linha de freio, aumentando rapidamente a pressão nela, o que garantirá que a onda de liberação atinja com certeza o último vagão. Esse efeito é conhecido como sobrepressão de pulso. Ela permite tanto acelerar a própria liberação quanto assegurar um carregamento mais rápido dos reservatórios auxiliares em todo o trem.
O enchimento do reservatório de equalização a uma taxa definida permite controlar o processo de liberamento. Ao atingir a pressão nele do reservatório de carga (em trens de passageiros) ou com um pequeno aumento, dependendo do comprimento do trem (em trens de carga), a alavanca da válvula do maquinista é posicionada na segunda posição de trem. O estabilizador elimina o recarregamento do reservatório de equalização, e o pistão de equalização rapidamente iguala a pressão na linha de freio à pressão do reservatório de equalização. Assim, parece o processo de liberação total dos freios até a pressão de carga do ponto de vista do maquinista.
A liberação em etapas, no caso de controle de EPT ou em trens de carga durante o modo de operação montanha do distribuidor de ar, é realizada posicionando a alavanca da válvula na segunda posição de trem, seguida pela transferência para a sobreposição.
Como é realizado o controle do freio eletropneumático? Os EPT são controlados pela mesma válvula do maquinista, apenas a de número 395, que é equipada com um controlador de EPT. Neste ‘banco’, que é colocado acima do eixo da alavanca, estão os contatos que, através da unidade de controle, regulam a aplicação de potencial positivo ou negativo no fio do EPT, em relação aos trilhos, e também removem esse potencial para liberar os freios.
Quando o EPT está ativado, a frenagem é realizada posicionando a válvula do maquinista na posição Va — frenagem em ritmo reduzido. Nesse caso, os cilindros de freio são preenchidos diretamente pelo distribuidor de ar elétrico a uma taxa de 0,1 MPa por segundo. O controle do processo é realizado pelo manômetro de pressão nos cilindros de freio. O esvaziamento do reservatório de equalização ocorre, mas de forma bastante lenta.
A liberação do EPT pode ser realizada tanto de forma escalonada, posicionando a válvula na posição II, quanto completamente, colocando-a na posição I e elevando a pressão no RE em 0,02 MPa além do nível de pressão de carga. Assim, é mais ou menos assim que tudo se parece do ponto de vista do maquinista.
Como é feito o freio de emergência? Ao colocar a alavanca da válvula do maquinista na posição VI, o distribuidor abre um amplo canal, liberando diretamente a linha de freio para a atmosfera. A pressão cai de zero a três ou quatro segundos. A pressão no reservatório de compensação também diminui, mas mais lentamente. Nesse processo, nos distribuidores de ar, os aceleradores do freio de emergência são ativados — cada V.R. abre a linha de freio para a atmosfera. Faíscas voam sob as rodas, que patinam, apesar da areia espalhada embaixo delas...
Por cada vez que o maquinista 'joga no sexto', ele enfrenta uma revisão na oficina — se suas ações foram justificadas pelos regulamentos da Instrução de Controle de Freios e pelas Normas de Exploração Técnica de Veículos, além de uma série de instruções locais. Sem mencionar o estresse que ele experimenta ao 'jogar no sexto'.
Portanto, se você entrar nas trilhas, passar sob a barra de fechamento em uma passagem de nível de carro, lembre-se de que por seu erro, tolice, capricho e bravata, um ser humano, o maquinista do trem, é o responsável. E as pessoas que depois terão que remover as tripas dos eixos das rodas, e tirar cabeças decapitadas dos redutores de tração...
Não quero assustar ninguém, mas é verdade — uma verdade escrita com sangue e enormes danos materiais. Por isso, os freios do trem não são tão simples quanto pode parecer.
Resultado
Não irei abordar o funcionamento da válvula do freio auxiliar neste artigo. Por duas razões. Primeiro, este artigo está saturado de terminologia e engenharia seca e mal se enquadra na categoria de divulgação científica. Em segundo lugar, a consideração do funcionamento do KVT exige descrever as nuances do circuito pneumático dos freios do locomotivo, e esse é um tema à parte.
Espero que este artigo tenha incutido nos leitores um temor supersticioso… não, não, estou brincando, é claro. Sem brincadeiras, acho que ficou claro que os sistemas de freios dos trens são um complexo de dispositivos inter-relacionados e extremamente complicados, cuja construção visa o controle seguro e eficaz do material rodante. Além disso, espero sinceramente ter desencorajado as brincadeiras sobre a equipe da locomotiva jogando com o freio de emergência. Pelo menos em relação a alguém...
Nos comentários, pedem-me para falar sobre o «Sapsan». Haverá «Sapsan», e será um artigo separado, bom e extenso, com detalhes muito sutis. Este trem elétrico me proporcionou um período curto, mas muito rico em termos criativos na vida, então quero muito falar sobre ele e certamente cumprirei minha promessa.
Quero expressar minha gratidão às seguintes pessoas e organizações:
- A Roman Birukov (Romych RŽDUZ) pelo material fotográfico da cabine do EP20
- Site — pelos esquemas retirados de seus recursos
- Mais uma vez, a Roma Birukov e Sergey Avdonin pelas consultorias sobre detalhes sutis do funcionamento dos freios
Até a próxima, caros amigos!
Fonte: habr.com
