eu vejo isso primeiro, o público gostou da parte histórica da minha história e, portanto, não é pecado continuar.

Trens de alta velocidade como o TGV não dependem mais da frenagem a ar

Hoje falaremos sobre modernidade, ou seja, quais abordagens para a criação de sistemas de freio para material circulante são utilizadas no século XNUMX, que está literalmente entrando em sua terceira década em apenas um mês.

1. Classificação dos freios do material circulante

Com base no princípio físico de criação de força de frenagem, todos os freios ferroviários podem ser divididos em dois tipos principais: de fricção, usando força de atrito, e dinâmico, usando uma unidade de tração para criar um torque de frenagem.

Os freios de fricção incluem freios de sapata de todos os modelos, incluindo freios a disco, bem como freio de trilho magnético, que é utilizado no transporte de alta velocidade de longo curso, principalmente na Europa Ocidental. Na linha 1520, esse tipo de freio foi utilizado exclusivamente no trem elétrico ER200. Quanto ao mesmo Sapsan, a Russian Railways recusou-se a usar freio magnético de trilho, embora o protótipo deste trem elétrico, o alemão ICE3, esteja equipado com tal freio.

Bogie de trem ICE3 com freio de trilho magnético

Carrinho de trem Sapsan

Para dinâmico, ou melhor, freios eletrodinâmicos incluem todos os freios, cuja ação se baseia na transferência dos motores de tração para o modo gerador (regenerativo и freio reostato), bem como a frenagem oposição

Com os freios regenerativos e reostáticos, tudo fica relativamente claro - os motores passam para o modo gerador de uma forma ou de outra e, no caso de recuperação, liberam energia na rede de contatos e, no caso de um reostato, a energia gerada é queimado em resistores especiais. Ambos os freios são utilizados tanto em trens com tração locomotiva quanto em material rodante de unidades múltiplas, onde o freio eletrodinâmico é o principal freio de serviço, devido ao grande número de motores de tração distribuídos pelo trem. A única desvantagem da frenagem eletrodinâmica (EDB) é a impossibilidade de frear até a parada total. Quando a eficiência do EDT diminui, ele é automaticamente substituído por um freio de fricção pneumático.

Já a contrafrenagem proporciona a frenagem até a parada total, pois consiste na reversão do motor de tração em movimento. No entanto, este modo, na maioria dos casos, é um modo de emergência - seu uso normal está repleto de danos ao acionamento de tração. Se tomarmos, por exemplo, um motor comutador, então quando a polaridade da tensão fornecida a ele muda, o back-EMF que surge no motor rotativo não é subtraído da tensão de alimentação, mas adicionado a ela - as rodas giraram e gire na mesma direção que no modo de tração! Isso leva a um aumento de corrente semelhante a uma avalanche, e o melhor que pode acontecer é que os dispositivos de proteção elétrica funcionem.

Por isso, nas locomotivas e trens elétricos, todas as medidas são tomadas para evitar a inversão de marcha dos motores durante o movimento. A alavanca de reversão é travada mecanicamente quando o controlador do motorista está nas posições de operação. E nos mesmos veículos Sapsan e Lastochka, rodar o interruptor de marcha-atrás a uma velocidade superior a 5 km/h levará a uma travagem de emergência imediata.

No entanto, algumas locomotivas domésticas, por exemplo a locomotiva elétrica VL65, utilizam a frenagem reversa como modo padrão em baixas velocidades.

A frenagem reversa é um modo de frenagem padrão fornecido pelo sistema de controle da locomotiva elétrica VL65

É preciso dizer que apesar da alta eficiência da frenagem eletrodinâmica, qualquer trem, enfatizo, está sempre equipado com freio pneumático automático, ou seja, acionado pela liberação de ar da linha de freio. Tanto na Rússia como em todo o mundo, os bons e velhos freios de fricção protegem a segurança no trânsito.

De acordo com sua finalidade funcional, os freios do tipo fricção são divididos em

1. Estacionamento, manual ou automático
2. Trem - freios pneumáticos (PT) ou eletropneumáticos (EPT), instalados em cada unidade de material circulante do trem e controlados centralmente a partir da cabine do maquinista
3. Locomotiva - freios pneumáticos de ação direta projetados para desacelerar uma locomotiva sem desacelerar o trem. Eles são gerenciados separadamente dos trens.

2. Freio de estacionamento

O freio manual com acionamento mecânico não desapareceu do material circulante, está instalado tanto nas locomotivas quanto nos carros - apenas mudou de especialidade, ou seja, passou a ser freio de estacionamento, o que permite evitar o movimento espontâneo do rolamento estoque em caso de saída de ar do seu sistema pneumático. A roda vermelha, semelhante à roda de um navio, é um freio de mão, uma de suas variantes.

Volante com freio de mão na cabine da locomotiva elétrica VL60pk

Freio de mão no vestíbulo de um automóvel de passageiros

Freio de mão em um vagão moderno

O freio de mão, por acionamento mecânico, pressiona contra as rodas as mesmas pastilhas que são utilizadas durante a frenagem normal.

No material circulante moderno, em particular nos trens elétricos EVS1/EVS2 “Sapsan”, ES1 “Lastochka”, bem como na locomotiva elétrica EP20, o freio de estacionamento é automático e as pastilhas são pressionadas contra o disco de freio. acumuladores de energia de mola. Alguns dos mecanismos de pinça que pressionam as pastilhas contra os discos de freio são dotados de molas potentes, tão potentes que a liberação é feita por acionamento pneumático com pressão de 0,5 MPa. O acionamento pneumático, neste caso, neutraliza as molas que pressionam as pastilhas. Este freio de estacionamento é controlado por botões no console do motorista.

Botões para controlar o freio de mola de estacionamento (SPT) no trem elétrico ES1 “Lastochka”

O design deste freio é semelhante ao usado em caminhões potentes. Mas como freio principal dos trens, tal sistema completamente inadequadoe por quê, explicarei em detalhes após a história sobre o funcionamento dos freios a ar dos trens.

3. Freios pneumáticos tipo caminhão

Cada vagão de carga está equipado com o seguinte conjunto de equipamentos de frenagem

Equipamento de frenagem de vagão de carga: 1 - mangueira de conexão do freio; 2 - válvula final; 3 - válvula de corte; 5 - coletor de pó; 6, 7, 9 — condição dos módulos distribuidores de ar. Nº 483; 8 - válvula de desconexão; VR – distribuidor de ar; TM - linha de freio; ZR - tanque reserva; TC - cilindro de freio; AR - modo automático de carga


Linha de freio (TM) - tubo com diâmetro de 1,25" que percorre todo o carro, nas extremidades é equipado com válvulas finais, para desconectar a linha do freio ao desacoplar o carro antes de desconectar as mangueiras flexíveis de conexão. Na linha de freio, em modo normal, ocorre o chamado зарядное a pressão é de 0,50 - 0,54 MPa, portanto, desconectar as mangueiras sem desligar as válvulas finais é uma tarefa duvidosa que pode literalmente privá-lo de cabeça.

O suprimento de ar fornecido diretamente aos cilindros de freio é armazenado em tanque de reserva (ZR), cujo volume na maioria dos casos é de 78 litros. A pressão no reservatório reserva é exatamente igual à pressão na linha do freio. Mas não, não é 0,50 - 0,54 MPa. O fato é que essa pressão estará na linha de freio da locomotiva. E quanto mais longe da locomotiva, menor será a pressão na linha de freio, pois inevitavelmente ela apresenta vazamentos que levam a vazamentos de ar. Portanto, a pressão na linha de freio do último vagão do trem será um pouco menor que a do carregamento.

Cilindro de freio, e na maioria dos carros existe apenas um: quando é abastecido com um tanque sobressalente, por meio de uma alavanca de freio, ele pressiona todas as pastilhas do carro contra as rodas. O volume do cilindro do freio é de cerca de 8 litros, portanto, durante a frenagem total, é estabelecida uma pressão não superior a 0,4 MPa. A pressão no tanque reserva também diminui para o mesmo valor.

O principal “ator” neste sistema é distribuidor de ar. Este dispositivo reage às mudanças de pressão na linha de freio, realizando uma ou outra operação dependendo da direção e taxa de mudança desta pressão.

Quando a pressão na linha do freio diminui, ocorre a frenagem. Mas não com qualquer diminuição da pressão - a diminuição da pressão deve ocorrer a uma certa taxa, chamada taxa de frenagem de serviço. Este ritmo é garantido guindaste do motorista na cabine da locomotiva e varia de 0,01 a 0,04 MPa por segundo. Quando a pressão diminui mais lentamente, a frenagem não ocorre. Isso é feito para que os freios não funcionem em caso de vazamentos padrão na linha de freio, e também não funcionem quando a pressão de sobrecarga for eliminada, da qual falaremos mais tarde.

Quando o distribuidor de ar é acionado para frenagem, ele realiza uma descarga adicional da linha de freio a uma taxa de serviço de 0,05 MPa. Isso é feito para garantir uma diminuição constante da pressão ao longo de todo o comprimento do trem. Se não for feita uma distensão adicional, os últimos vagões de um trem longo poderão não ser desacelerados. A descarga adicional da linha de freio é realizada todos distribuidores aéreos modernos, inclusive de passageiros.

Quando a frenagem é acionada, o distribuidor de ar desconecta o reservatório reserva da linha do freio e o conecta ao cilindro do freio. O cilindro do freio está enchendo. Ocorre exatamente enquanto a queda de pressão na linha do freio continuar. Quando a redução da pressão no fluido de freio cessa, o enchimento do cilindro do freio é interrompido. O regime está chegando reformar. A pressão incorporada no cilindro do freio depende de dois fatores:

1. a profundidade de descarga da linha de freio, ou seja, a magnitude da queda de pressão nela em relação à carga
2. modo de operação do distribuidor de ar

O distribuidor aéreo de carga possui três modos de operação: carregado (L), médio (C) e vazio (E). Esses modos diferem na pressão máxima obtida nos cilindros do freio. A alternância entre os modos é feita manualmente girando uma alavanca de modo especial.

Resumindo, a dependência da pressão no cilindro do freio na profundidade de descarga da linha de freio com um distribuidor de ar 483 em vários modos é assim

A desvantagem de usar um interruptor de modo é que o operador do vagão deve caminhar ao longo de todo o trem, subir embaixo de cada vagão e colocar o interruptor de modo na posição desejada. Segundo rumores vindos da operação, isso nem sempre é feito. O enchimento excessivo dos cilindros de freio em um carro vazio pode causar derrapagens, redução da eficiência de frenagem e danos aos rodados. Para superar esta situação nos vagões de carga, um chamado modo automático (AR), que, determinando mecanicamente a massa do carro, regula suavemente a pressão máxima no cilindro do freio. Se o carro estiver equipado com modo automático, o interruptor de modo no VR será colocado na posição “carregado”.

A frenagem geralmente é realizada em etapas. O nível mínimo de descarga da linha de freio para BP483 será de 0,06 - 0,08 MPa. Neste caso, é estabelecida uma pressão de 0,1 MPa nos cilindros do freio. Neste caso, o acionador coloca a válvula na posição de sobreposição, na qual a pressão definida após a frenagem é mantida na linha do freio. Se a eficiência de frenagem de um estágio for insuficiente, o próximo estágio será executado. Nesse caso, o distribuidor de ar não se importa com a taxa de descarga - quando a pressão diminui em qualquer taxa, os cilindros do freio são preenchidos proporcionalmente à quantidade de diminuição da pressão.

A liberação completa do freio (esvaziamento completo dos cilindros do freio em todo o trem) é realizada aumentando a pressão na linha do freio acima da pressão de carga. Além disso, nos trens de carga, a pressão no TM aumenta significativamente acima da de carga, de modo que a onda de aumento de pressão atinge os últimos vagões. Liberar completamente os freios de um trem de carga é um processo demorado e pode levar até um minuto.

O BP483 possui dois modos de férias: plano e montanha. No modo plano, quando a pressão na linha do freio aumenta, ocorre uma liberação completa e contínua. No modo montanha, é possível liberar os freios em etapas, o que significa que os cilindros dos freios não ficam completamente vazios. Este modo é usado ao dirigir em um perfil complexo com grandes declives.

O distribuidor de ar 483 é geralmente um dispositivo muito interessante. Uma análise detalhada de sua estrutura e operação é tema para um grande artigo separado. Aqui consideramos os princípios gerais de operação do freio de carga.

3. Freios a ar tipo passageiro

Equipamento de travagem de automóvel de passageiros: 1 - mangueira de ligação; 2 - válvula final; 3, 5 — caixas de ligação para linha de freio eletropneumático; 4 - válvula de corte; 6 — tubo com fiação do freio eletropneumático; 7 — suspensão isolada da manga de conexão; 8 - coletor de pó; 9 — saída para o distribuidor de ar; 10 - válvula de desconexão; 11 — câmara de trabalho do distribuidor aéreo elétrico; TM - linha de freio; VR – distribuidor de ar; EVR - distribuidor elétrico de ar; TC - cilindro de freio; ZR - tanque sobressalente

Uma grande quantidade de equipamentos chama imediatamente a atenção, a começar pelo facto de já existirem três válvulas de corte (uma em cada vestíbulo e uma no compartimento do condutor), terminando pelo facto de os automóveis de passageiros nacionais estarem equipados com sistemas pneumáticos e freio eletropneumático (EPT).

Um leitor atento notará imediatamente a principal desvantagem do controle do freio pneumático - a velocidade final de propagação da onda de frenagem, limitada acima pela velocidade do som. Na prática, esta velocidade é inferior e atinge 280 m/s durante a travagem de serviço e 300 m/s durante a travagem de emergência. Além disso, esta velocidade depende fortemente da temperatura do ar e no inverno, por exemplo, é menor. Portanto, o eterno companheiro dos freios pneumáticos é a irregularidade de seu funcionamento na composição.

A operação irregular leva a duas coisas - a ocorrência de reações longitudinais significativas no trem, bem como um aumento na distância de frenagem. A primeira não é tão típica dos trens de passageiros, embora recipientes com chá e outras bebidas quicando na mesa do compartimento não agradem a ninguém. Aumentar a distância de frenagem é um problema sério, especialmente no tráfego de passageiros.

Além disso, o distribuidor aéreo doméstico de passageiros é semelhante ao antigo padrão. Nº 292, e a nova condição. Nº 242 (dos quais, aliás, há cada vez mais na frota de automóveis de passageiros), ambos os dispositivos são descendentes diretos da mesma válvula tripla Westinghouse, e operam na diferença entre duas pressões - na linha de freio e no reservatório reserva. Distinguem-se de uma válvula tripla pela presença de um modo de sobreposição, ou seja, possibilidade de frenagem escalonada; a presença de descarga adicional da linha de freio durante a frenagem; a presença de um acelerador de frenagem de emergência no projeto. Esses distribuidores de ar não fornecem liberação gradual - eles fornecem liberação completa imediatamente assim que a pressão na linha de freio excede a pressão no reservatório de reserva ali estabelecido após a frenagem. E a liberação escalonada é muito útil ao ajustar a frenagem para uma parada precisa na plataforma de pouso.

Ambos os problemas - funcionamento irregular dos freios e falta de liberação escalonada, na pista de 1520 mm são resolvidos com a instalação de um distribuidor de ar controlado eletricamente nos carros - distribuidor de ar elétrico (EVR), arb. Nº 305.

EPT doméstico - freio eletropneumático - ação direta, não automático. Nos trens de passageiros com tração locomotiva, o EPT opera em circuito de dois fios.

Diagrama de blocos de um EPT de dois fios: 1 - controlador de controle no guindaste do motorista; 2 - bateria; 3 - conversor de potência estática; 4 — painel de lâmpadas de controle; 5 — unidade de controle; 6 — bloco terminal; 7 — cabeças de conexão nas mangas; 8 — interrupção isolada; 9 - válvula semicondutora; 10 - válvula eletromagnética de liberação; 11 - válvula solenóide de freio.

Existem dois fios esticados ao longo de todo o trem: nº 1 e nº 2 na figura. No carro de cauda, ​​​​esses fios são eletricamente conectados entre si e uma corrente alternada com frequência de 625 Hz passa pelo loop resultante. Isto é feito para monitorar a integridade da linha de controle EPT. Se o fio se rompe, o circuito de corrente alternada é interrompido, o motorista recebe um sinal em forma de luz avisadora “O” (férias) apagando-se na cabine.

O controle é realizado por corrente contínua de polaridade diferente. Neste caso, o fio com potencial zero são os trilhos. Quando uma tensão positiva (em relação aos trilhos) é aplicada ao fio EPT, ambas as válvulas eletromagnéticas instaladas no distribuidor elétrico de ar são acionadas: a válvula de alívio (OV) e a válvula de freio (TV). O primeiro deles isola a câmara de trabalho (WC) do distribuidor elétrico de ar da atmosfera, o segundo a enche a partir de um tanque reserva. Em seguida, entra em ação o pressostato instalado no EVR, operando na diferença de pressão na câmara de trabalho e no cilindro do freio. Quando a pressão no RC ultrapassa a pressão no TC, este é abastecido com ar do tanque reserva, até a pressão que se acumulou na câmara de trabalho.

Quando um potencial negativo é aplicado ao fio, a válvula do freio é desligada, pois a corrente para ela é cortada pelo diodo. Apenas a válvula de escape, que mantém a pressão na câmara de trabalho, permanece ativa. É assim que a posição do teto é realizada.

Quando a tensão é removida, a válvula de liberação perde energia e abre a câmara de trabalho para a atmosfera. Quando a pressão na câmara de trabalho diminui, o pressostato libera ar dos cilindros do freio. Se, após umas férias curtas, a válvula do motorista for colocada de volta na posição desligada, a queda de pressão na câmara de trabalho irá parar e a liberação de ar do cilindro do freio também irá parar. Desta forma, é alcançada a possibilidade de liberação gradual do freio.

O que acontece se o fio quebrar? É isso mesmo - o EPT será lançado. Portanto, este freio (no material circulante nacional) não é automático. Se o EPT falhar, o motorista terá a oportunidade de mudar para o controle do freio pneumático.

O EPT é caracterizado pelo enchimento simultâneo dos cilindros de freio e seu esvaziamento em todo o trem. A taxa de enchimento e esvaziamento é bastante alta - 0,1 MPa por segundo. O EPT é um freio inesgotável, pois durante sua operação o distribuidor de ar convencional fica em modo de liberação e alimenta os reservatórios sobressalentes da linha de freio, que por sua vez é alimentada pela torneira do maquinista da locomotiva a partir dos reservatórios principais. Portanto, o EPT pode ser freado em qualquer frequência necessária para o controle operacional dos freios. A possibilidade de liberação gradual permite controlar a velocidade do trem com muita precisão e suavidade.

O controle pneumático dos freios de um trem de passageiros não é muito diferente do freio de carga. Há uma diferença nos métodos de controle, por exemplo, o freio a ar é liberado até a pressão de carga, sem superestimá-la. Em geral, a superestimação excessiva da pressão na linha de freio de um trem de passageiros é repleta de problemas, portanto, quando o EPT é completamente liberado, a pressão na linha de freio aumenta em no máximo 0,02 MPa acima do valor da carga definida. pressão.

A profundidade mínima de descarga de metal pesado durante a frenagem no freio do passageiro é de 0,04 - 0,05 MPa, enquanto uma pressão de 0,1 - 0,15 MPa é criada nos cilindros do freio. A pressão máxima no cilindro do freio de um carro de passeio é limitada pelo volume do tanque reserva e geralmente não excede 0,4 MPa.

Conclusão

Agora passarei a alguns comentaristas que estão surpresos (e, na minha opinião, até indignados, mas não posso dizer) com a complexidade do freio do trem. Os comentários sugerem o uso de um circuito automotivo com baterias de armazenamento de energia. É claro que, a partir de um sofá ou de uma cadeira de computador no escritório, através de uma janela do navegador, muitos problemas são mais visíveis e as suas soluções são mais óbvias, mas permitam-me observar que a maioria das decisões técnicas tomadas no mundo real têm uma justificação clara.

Como já mencionado, o principal problema de um freio pneumático em um trem é a velocidade final de movimento da queda de pressão ao longo de um longo tubo de freio (até 1,5 km em um trem de 100 vagões) - a onda de freio. Para acelerar esta onda de frenagem, é necessária uma descarga adicional do distribuidor de ar. Não haverá distribuidor de ar e não haverá descarga adicional. Ou seja, os freios dos acumuladores de energia serão obviamente visivelmente piores em termos de uniformidade de operação, remetendo-nos aos tempos de Westinghouse. Um trem de carga não é um caminhão; existem diferentes escalas e, portanto, diferentes princípios para controlar os freios. Tenho certeza de que não é assim, e não é por acaso que os rumos da ciência mundial da frenagem seguiram o caminho que nos levou a esse tipo de construção. Ponto.

Este artigo é uma espécie de revisão dos sistemas de frenagem existentes no material circulante moderno. Além disso, em outros artigos desta série, abordarei cada um deles com mais detalhes. Aprenderemos quais dispositivos são usados ​​para controlar os freios e como os distribuidores de ar são projetados. Vamos dar uma olhada mais de perto nas questões da frenagem regenerativa e reostática. E, claro, consideremos os freios dos veículos de alta velocidade. Até mais e obrigado pela atenção!

PS: Amigos! Gostaria de agradecer especialmente pela massa de mensagens pessoais indicando erros e erros de digitação no artigo. Sim, sou um pecador que não é amigo da língua russa e fica confuso com as teclas. Tentei corrigir seus comentários.

Fonte: habr.com