Vad asta , publicului i-a plăcut partea istorică a poveștii mele și, prin urmare, nu este un păcat să continui.
Trenurile de mare viteză precum TGV nu se mai bazează pe frânarea cu aer
Astăzi vom vorbi despre modernitate, și anume ce abordări pentru crearea sistemelor de frânare pentru materialul rulant sunt folosite în secolul 21, care intră literalmente în al treilea deceniu în doar o lună.
1. Clasificarea frânelor de material rulant
Pe baza principiului fizic al creării forței de frânare, toate frânele de cale ferată pot fi împărțite în două tipuri principale: frecare, folosind forța de frecare și dinamic, folosind o unitate de tracțiune pentru a crea un cuplu de frânare.
Frânele cu frecare includ frâne cu saboți de toate modelele, inclusiv frâne cu disc, precum și frână magnetică pe șină, care este utilizat în transportul de mare viteză pe distanțe lungi, în principal în Europa de Vest. Pe calea 1520, acest tip de frână a fost folosit exclusiv pe trenul electric ER200. În ceea ce privește același Sapsan, Căile Ferate Ruse au refuzat să folosească o frână magnetică pe șină, deși prototipul acestui tren electric, germanul ICE3, este echipat cu o astfel de frână.
Boghiu tren ICE3 cu frână magnetică pe șină
Cărucior de tren Sapsan
Dinamic, sau mai bine zis frane electrodinamice include toate frânele, a căror acțiune se bazează pe transferul motoarelor de tracțiune în modul generator (regenerativ и frână reostat), precum și frânarea opoziţie
Cu frânele regenerative și reostatice, totul este relativ clar - motoarele sunt trecute în modul generator într-un fel sau altul, iar în cazul recuperării eliberează energie în rețeaua de contact, iar în cazul unui reostat, energia generată este ars pe rezistențe speciale. Ambele frâne sunt utilizate atât la trenurile cu tracțiune de locomotivă, cât și la materialul rulant cu unități multiple, unde frâna electrodinamică este principala frână de serviciu, datorită numărului mare de motoare de tracțiune distribuite pe tot trenul. Singurul dezavantaj al frânării electrodinamice (EDB) este imposibilitatea frânării până la oprirea completă. Când eficiența EDT-ului scade, acesta este înlocuit automat cu o frână pneumatică cu frecare.
În ceea ce privește contrafrânarea, asigură frânarea până la oprire completă, deoarece constă în inversarea motorului de tracțiune în timpul deplasării. Cu toate acestea, acest mod, în cele mai multe cazuri, este un mod de urgență - utilizarea sa normală este plină de deteriorare a sistemului de tracțiune. Dacă luăm, de exemplu, un motor de comutator, atunci când polaritatea tensiunii furnizate acestuia se schimbă, EMF inversă care apare în motorul rotativ nu este scăzut din tensiunea de alimentare, ci se adaugă acesteia - roțile s-au rotit și rotiți în aceeași direcție ca în modul de tracțiune! Acest lucru duce la o creștere asemănătoare unei avalanșe a curentului, iar cel mai bun lucru care se poate întâmpla este ca dispozitivele de protecție electrică să funcționeze.
Din acest motiv, la locomotive și trenuri electrice se iau toate măsurile pentru a preveni inversarea motorului în timpul deplasării. Mânerul de marșarier este blocat mecanic atunci când controlerul șoferului este în pozițiile de rulare. Și pe aceleași vehicule Sapsan și Lastochka, rotirea comutatorului de marșarier la o viteză mai mare de 5 km/h va duce la frânarea de urgență imediată.
Cu toate acestea, unele locomotive domestice, de exemplu locomotiva electrică VL65, folosesc frânarea inversă ca mod standard la viteze mici.
Frânarea inversă este un mod de frânare standard furnizat de sistemul de control al locomotivei electrice VL65
Trebuie spus că, în ciuda eficienței ridicate a frânării electrodinamice, orice tren, subliniez, este întotdeauna echipat cu o frână pneumatică automată, adică activată prin eliberarea aerului din conducta de frână. Atât în Rusia, cât și în întreaga lume, frânele vechi cu saboți cu frecare veghează asupra siguranței în trafic.
În funcție de scopul lor funcțional, frânele de tip frecare sunt împărțite în
- Parcare, manuală sau automată
- Tren - frâne pneumatice (PT) sau electropneumatice (EPT), instalate pe fiecare unitate de material rulant din tren și controlate central din cabina șoferului
- Locomotiva - frane pneumatice cu actiune directa concepute pentru a incetini o locomotiva fara a incetini trenul. Sunt gestionate separat de trenuri.
2. Frana de parcare
Frâna manuală cu acționare mecanică nu a dispărut din materialul rulant; este instalată atât pe locomotive, cât și pe mașini - tocmai și-a schimbat specialitatea, și anume, s-a transformat într-o frână de parcare, ceea ce face posibilă prevenirea mișcării spontane a material rulant în cazul ieșirii de aer din sistemul său pneumatic. Roata roșie, asemănătoare cu roata unei nave, este o frână de mână, una dintre variantele sale.
Volan cu frână de mână în cabina locomotivei electrice VL60pk
Frână de mână în vestibulul unui autoturism
Frână de mână pe un vagon de marfă modern
Frâna de mână, folosind o acționare mecanică, apasă pe roți aceleași plăcuțe care sunt utilizate în timpul frânării normale.
Pe materialul rulant modern, în special pe trenurile electrice EVS1/EVS2 „Sapsan”, ES1 „Lastochka”, precum și pe locomotiva electrică EP20, frâna de parcare este automată, iar plăcuțele sunt apăsate pe discul de frână. acumulatori de energie cu arc. Unele dintre mecanismele de clește care presează plăcuțele pe discurile de frână sunt echipate cu arcuri puternice, atât de puternice încât eliberarea este efectuată de o acționare pneumatică cu o presiune de 0,5 MPa. Acționarea pneumatică, în acest caz, contracarează arcurile care presează plăcuțele. Această frână de parcare este controlată de butoanele de pe consola șoferului.
Butoane pentru controlul frânei cu arc de parcare (SPT) pe trenul electric ES1 „Lastochka”
Designul acestei frâne este similar cu cel folosit la camioanele puternice. Dar ca frână principală pe trenuri, un astfel de sistem complet nepotrivit, și de ce, voi explica în detaliu după povestea despre funcționarea frânelor pneumatice ale trenurilor.
3. Frâne pneumatice de tip camion
Fiecare vagon de marfă este echipat cu următorul set de echipamente de frânare
Echipamentul de frânare al unui vagon de marfă: 1 - furtun de legătură frână; 2 - supapă de capăt; 3 - supapă de închidere; 5 - colector de praf; 6, 7, 9 — starea modulelor distribuitoare de aer. nr. 483; 8 - robinet de deconectare; VR - distribuitor de aer; TM - linie de frână; ZR - rezervor de rezervă; TC - cilindru de frana; AR - modul automat de marfă
Linia de frână (TM) - o țeavă cu diametrul de 1,25" care circulă de-a lungul întregii mașini, la capete este echipată cu supape de capăt, pentru a deconecta conducta de frână la decuplarea mașinii înainte de a deconecta furtunurile flexibile de conectare. În linia de frână, în modul normal, așa-numitul зарядное presiunea este de 0,50 - 0,54 MPa, așa că deconectarea furtunurilor fără a închide supapele de capăt este o sarcină dubioasă, care vă poate lipsi literalmente de cap.
Alimentarea cu aer furnizată direct cilindrilor de frână este stocată în rezervor de rezervă (ZR), al cărui volum în majoritatea cazurilor este de 78 de litri. Presiunea din rezervorul de rezervă este exact egală cu presiunea din conducta de frână. Dar nu, nu este 0,50 - 0,54 MPa. Cert este că o astfel de presiune va fi în linia de frână a locomotivei. Și cu cât este mai departe de locomotivă, cu atât presiunea în conducta de frână este mai mică, pentru că are inevitabil scurgeri care duc la scurgeri de aer. Deci presiunea din linia de frână a ultimului vagon din tren va fi puțin mai mică decât cea de încărcare.
Cilindru de frână, iar la majoritatea mașinilor există doar unul; când este umplut dintr-un rezervor de rezervă, printr-o transmisie cu pârghie de frână presează toate plăcuțele de pe mașină spre roți. Volumul cilindrului de frână este de aproximativ 8 litri, astfel încât în timpul frânării complete, se stabilește în el o presiune de cel mult 0,4 MPa. Presiunea din rezervorul de rezervă scade și ea la aceeași valoare.
„Actorul” principal în acest sistem este distribuitor de aer. Acest dispozitiv reacționează la modificările de presiune din conducta de frână, efectuând una sau alta operație în funcție de direcția și viteza de schimbare a acestei presiuni.
Când presiunea din conducta de frână scade, are loc frânarea. Dar nu cu orice scădere a presiunii - scăderea presiunii trebuie să se producă într-un anumit ritm, numit rata de frânare de serviciu. Acest ritm este asigurat macaraua șoferului în cabina locomotivei și variază de la 0,01 la 0,04 MPa pe secundă. Când presiunea scade într-un ritm mai lent, frânarea nu are loc. Acest lucru se face astfel încât frânele să nu funcționeze în cazul unor scurgeri standard de la linia de frână și, de asemenea, să nu funcționeze atunci când presiunea de supraîncărcare este eliminată, despre care vom vorbi mai târziu.
Când distribuitorul de aer este activat pentru frânare, efectuează o descărcare suplimentară a conductei de frână la o rată de serviciu de 0,05 MPa. Acest lucru se face pentru a asigura o scădere constantă a presiunii pe toată lungimea trenului. Dacă nu se realizează o detensionare suplimentară, atunci ultimele vagoane ale unui tren lung s-ar putea să nu fie încetinite deloc. Se efectuează descărcarea suplimentară a conductei de frână toate distribuitoare de aer moderne, inclusiv cele pentru pasageri.
Când frânarea este activată, distribuitorul de aer deconectează rezervorul de rezervă de la conducta de frână și îl conectează la cilindrul de frână. Cilindrul de frână se umple. Are loc exact atâta timp cât scăderea presiunii în conducta de frână continuă. Când se oprește reducerea presiunii în lichidul de frână, umplerea cilindrului de frână se oprește. Vine regimul reacoperiș. Presiunea încorporată în cilindrul de frână depinde de doi factori:
- adâncimea de descărcare a liniei de frână, adică mărimea căderii de presiune în aceasta în raport cu încărcarea
- modul de funcționare a distribuitorului de aer
Distribuitorul de aer de marfă are trei moduri de funcționare: încărcat (L), mediu (C) și gol (E). Aceste moduri diferă prin presiunea maximă câștigată în cilindrii de frână. Comutarea între moduri se face manual prin rotirea unui mâner de mod special.
Pentru a rezuma, dependența presiunii din cilindrul de frână de adâncimea de descărcare a liniei de frână cu un distribuitor de aer 483 în diferite moduri arată astfel
Dezavantajul utilizării unui comutator de mod este că operatorul vagonului trebuie să meargă de-a lungul întregului tren, să urce sub fiecare vagon și să comute comutatorul de mod în poziția dorită. Potrivit zvonurilor venite de la operațiune, acest lucru nu se face întotdeauna. Umplerea excesivă a cilindrilor de frână la o mașină goală este plină de derapaje, eficiență redusă de frânare și deteriorarea seturii de roți. Pentru a depăși această situație pe vagoanele de marfă, un așa-numit așa-zis mod auto (AR), care, determinând mecanic masa mașinii, reglează fără probleme presiunea maximă în cilindrul de frână. Dacă mașina este echipată cu un mod automat, atunci comutatorul de mod de pe VR este setat în poziția „încărcat”.
Frânarea se realizează de obicei în etape. Nivelul minim de descărcare a conductei de frână pentru BP483 va fi 0,06 - 0,08 MPa. În acest caz, în cilindrii de frână se stabilește o presiune de 0,1 MPa. În acest caz, șoferul plasează supapa în poziția de suprapunere, în care presiunea stabilită după frânare este menținută în conducta de frână. Dacă eficiența frânării dintr-o etapă este insuficientă, se efectuează următoarea etapă. În acest caz, distribuitorului de aer nu îi pasă cu ce viteză are loc descărcarea - atunci când presiunea scade oricum, cilindrii de frână sunt umpluți proporțional cu scăderea presiunii.
Eliberarea completă a frânei (golirea completă a cilindrilor de frână pe întregul tren) se realizează prin creșterea presiunii în conducta de frână peste presiunea de încărcare. Mai mult, la trenurile de marfă, presiunea din TM este semnificativ crescută peste cea de încărcare, astfel încât valul de presiune crescută ajunge chiar la ultimele vagoane. Eliberarea completă a frânelor pe un tren de marfă este un proces lung și poate dura până la un minut.
BP483 are două moduri de vacanță: plat și munte. În modul plat, când presiunea din conducta de frână crește, are loc o eliberare completă, fără trepte. În modul de munte, este posibilă eliberarea frânelor în etape, ceea ce înseamnă că cilindrii de frână nu sunt complet goliți. Acest mod este utilizat atunci când conduceți de-a lungul unui profil complex cu pante mari.
Distribuitorul de aer 483 este în general un dispozitiv foarte interesant. O analiză detaliată a structurii și funcționării sale este un subiect pentru un articol mare separat. Aici ne-am uitat la principiile generale de funcționare a frânei de marfă.
3. Frâne pneumatice de tip pasager
Echipament de frânare al unui autoturism: 1 - furtun de legătură; 2 - supapă de capăt; 3, 5 — cutii de legătură pentru conducta de frână electropneumatică; 4 - supapă de închidere; 6 — tub cu cablaj frână electropneumatică; 7 — suspensie izolată a manșonului de legătură; 8 - colector de praf; 9 — evacuare la distribuitorul de aer; 10 - robinet de deconectare; 11 — camera de lucru a distribuitorului electric de aer; TM - linie de frână; VR - distribuitor de aer; EVR - distribuitor electric de aer; TC - cilindru de frana; ZR - rezervor de rezervă
O cantitate mare de echipamente vă atrage imediat atenția, începând cu faptul că există deja trei supape de închidere (una în fiecare vestibul și una în compartimentul conductorului), terminând cu faptul că autoturismele autohtone sunt echipate atât cu pneumatice, cât și cu frana electropneumatica (EPT).
Un cititor atent va observa imediat principalul dezavantaj al controlului pneumatic al frânelor - viteza finală de propagare a undei de frânare, limitată mai sus de viteza sunetului. În practică, această viteză este mai mică și se ridică la 280 m/s în timpul frânării de serviciu și 300 m/s în timpul frânării de urgență. În plus, această viteză depinde foarte mult de temperatura aerului și iarna, de exemplu, este mai mică. Prin urmare, însoțitorul etern al frânelor pneumatice este denivelarea funcționării lor în compoziție.
Funcționarea neuniformă duce la două lucruri - apariția unor reacții longitudinale semnificative în tren, precum și o creștere a distanței de frânare. Primul nu este atât de tipic pentru trenurile de pasageri, deși containerele cu ceai și alte băuturi care sări pe masa din compartiment nu vor mulțumi nimănui. Creșterea distanței de frânare este o problemă serioasă, mai ales în traficul de pasageri.
În plus, distribuitorul intern de aer pentru pasageri este ca vechiul standard. Nr. 292 și starea nouă. Nr. 242 (din care, apropo, sunt din ce în ce mai multe în flota de autoturisme), ambele aceste dispozitive sunt descendenți direcți ai aceleiași supape triple Westinghouse și funcționează pe diferența dintre două presiuni - în conducta de frână și în rezervorul de rezervă. Se deosebesc de o supapă triplă prin prezența unui mod de suprapunere, adică posibilitatea de frânare în trepte; prezența unei descărcări suplimentare a liniei de frână în timpul frânării; prezența unui accelerator de frânare de urgență în proiectare. Aceste distribuitoare de aer nu asigură eliberarea în trepte - ele asigură imediat eliberarea completă de îndată ce presiunea din conducta de frână depășește presiunea din rezervorul de rezervă stabilit acolo după frânare. Iar eliberarea în trepte este foarte utilă atunci când reglați frânarea pentru o oprire precisă la platforma de aterizare.
Ambele probleme - funcționarea neuniformă a frânelor și lipsa eliberării treptei, pe calea de 1520 mm sunt rezolvate prin instalarea unui distribuitor de aer controlat electric pe mașini - distribuitor electric de aer (EVR), arb. nr. 305.
EPT domestic - frana electro-pneumatica - cu actiune directa, neautomata. Pe trenurile de pasageri cu tracțiune locomotivă, EPT funcționează pe un circuit cu două fire.
Schema bloc a unui EPT cu două fire: 1 - controler de comandă pe macaraua șoferului; 2 - baterie; 3 - convertor static de putere; 4 — panou de lămpi de control; 5 — unitate de control; 6 — bloc terminal; 7 — capete de legătură pe mâneci; 8 — suspensie izolată; 9 - supapă semiconductoare; 10 - supapă electromagnetică de eliberare; 11 - electrovalva de frână.
Există două fire întinse de-a lungul întregului tren: nr. 1 și nr. 2 din figură. Pe mașina din coadă, aceste fire sunt conectate electric între ele și un curent alternativ cu o frecvență de 625 Hz este trecut prin bucla rezultată. Acest lucru se face pentru a monitoriza integritatea liniei de control EPT. Dacă firul se rupe, circuitul de curent alternativ este întrerupt, șoferul primește un semnal sub forma lămpii de avertizare „O” (vacanță) care se stinge în cabină.
Controlul se realizează prin curent continuu de polaritate diferită. În acest caz, firul cu potențial zero sunt șinele. Când se aplică o tensiune pozitivă (față de șine) firului EPT, sunt activate ambele supape electromagnetice instalate în distribuitorul electric de aer: supapa de eliberare (OV) și supapa de frână (TV). Primul dintre ele izolează camera de lucru (WC) a distribuitorului electric de aer de atmosferă, al doilea o umple dintr-un rezervor de rezervă. În continuare, intră în joc presostatul instalat în EVR, care funcționează pe diferența de presiune din camera de lucru și cilindrul de frână. Când presiunea din RC depășește presiunea din TC, acesta din urmă este umplut cu aer din rezervorul de rezervă, până la presiunea care a fost acumulată în camera de lucru.
Când un potențial negativ este aplicat firului, supapa de frână se oprește, deoarece curentul către acesta este întrerupt de diodă. Numai supapa de eliberare, care menține presiunea în camera de lucru, rămâne activă. Așa se realizează poziția tavanului.
Când tensiunea este îndepărtată, supapa de eliberare pierde putere și deschide camera de lucru în atmosferă. Când presiunea din camera de lucru scade, presostatul eliberează aer din cilindrii de frână. Dacă, după o scurtă vacanță, supapa șoferului este repusă în poziția de închidere, scăderea de presiune în camera de lucru se va opri și eliberarea aerului din cilindrul de frână se va opri. În acest fel, se realizează posibilitatea eliberării trepte a frânei.
Ce se întâmplă dacă firul se rupe? Așa este - EPT va lansa. Prin urmare, această frână (pe materialul rulant autohton) nu este automată. Dacă EPT eșuează, șoferul are posibilitatea de a trece la controlul pneumatic al frânelor.
EPT se caracterizează prin umplerea simultană a cilindrilor de frână și golirea acestora pe tot trenul. Rata de umplere și golire este destul de mare - 0,1 MPa pe secundă. EPT este o frână inepuizabilă, deoarece în timpul funcționării sale, distribuitorul de aer convențional se află în modul de eliberare și alimentează rezervoarele de rezervă de pe linia de frână, care, la rândul său, este alimentată de robinetul șoferului de pe locomotivă din rezervoarele principale. Prin urmare, EPT poate fi frânat la orice frecvență necesară pentru controlul operațional al frânelor. Posibilitatea de eliberare a pasului vă permite să controlați viteza trenului foarte precis și fără probleme.
Controlul pneumatic al frânelor unui tren de pasageri nu este foarte diferit de frâna de marfă. Există o diferență în metodele de control, de exemplu, frâna de aer este eliberată la presiunea de încărcare, fără a o supraestima. În general, supraestimarea excesivă a presiunii în conducta de frânare a unui tren de pasageri este plină de probleme, prin urmare, atunci când EPT este complet eliberat, presiunea în conducta de frânare este crescută cu maximum 0,02 MPa peste valoarea încărcării setate. presiune.
Adâncimea minimă de descărcare a metalelor grele în timpul frânării la frâna pasagerului este de 0,04 - 0,05 MPa, în timp ce în cilindrii de frână se creează o presiune de 0,1 - 0,15 MPa. Presiunea maximă în cilindrul de frână al unui autoturism este limitată de volumul rezervorului de rezervă și, de obicei, nu depășește 0,4 MPa.
Concluzie
Acum voi apela la niște comentatori care sunt surprinși (și după părerea mea, chiar revoltați, dar nu pot spune) de complexitatea frânei de tren. Comentariile sugerează utilizarea unui circuit auto cu baterii de stocare a energiei. Desigur, de pe o canapea sau un scaun de calculator din birou, printr-o fereastră de browser, multe probleme sunt mai vizibile, iar soluțiile lor sunt mai evidente, dar să observ că majoritatea deciziilor tehnice luate în lumea reală au o justificare clară.
După cum sa menționat deja, principala problemă a unei frâne pneumatice pe un tren este viteza finală de deplasare a căderii de presiune de-a lungul unei conducte lungi (până la 1,5 km într-un tren de 100 de vagoane) - valul de frână. Pentru a accelera acest val de frânare, distribuitorul de aer necesită o descărcare suplimentară. Nu va exista distribuitor de aer și nu va exista nicio descărcare suplimentară. Adică, frânele acumulatorilor de energie vor fi evident mai proaste în ceea ce privește uniformitatea funcționării, ducându-ne înapoi la vremurile Westinghouse. Un tren de marfă nu este un camion; există cântare diferite și, prin urmare, principii diferite pentru controlul frânelor. Sunt sigur că acest lucru nu este doar așa și nu întâmplător direcția științei mondiale a frânării a urmat calea care ne-a condus la acest gen de construcție. Punct.
Acest articol este un fel de trecere în revistă a sistemelor de frânare existente pe materialul rulant modern. Mai departe, în alte articole din această serie, mă voi opri asupra fiecăruia dintre ele mai detaliat. Vom afla ce dispozitive sunt folosite pentru a controla frânele și cum sunt proiectate distribuitoarele de aer. Să aruncăm o privire mai atentă asupra problemelor frânării regenerative și reostatice. Și, desigur, să luăm în considerare frânele vehiculelor de mare viteză. Ne vedem din nou și vă mulțumesc pentru atenție!
P.S.: Prieteni! Aș dori să spun mulțumiri speciale pentru masa de mesaje personale care indică erori și greșeli de scriere din articol. Da, sunt un păcătos care nu este prietenos cu limba rusă și se încurcă la taste. Am încercat să vă corectez comentariile.
Sursa: www.habr.com