Vidím, že prvý, verejnosti sa páčila historická časť môjho príbehu, a preto nie je hriechom pokračovať.

Vysokorýchlostné vlaky ako TGV sa už nespoliehajú na brzdenie vzduchom

Dnes budeme hovoriť o modernosti, konkrétne o tom, aké prístupy k vytváraniu brzdových systémov pre koľajové vozidlá sa používajú v XNUMX. storočí, ktoré doslova za mesiac vstupuje do svojej tretej dekády.

1. Klasifikácia bŕzd koľajových vozidiel

Na základe fyzikálneho princípu vytvárania brzdnej sily možno všetky železničné brzdy rozdeliť do dvoch hlavných typov: treciepomocou trecej sily a dynamický, pomocou trakčného pohonu na vytvorenie brzdného momentu.

Medzi trecie brzdy patria čeľusťové brzdy všetkých prevedení, vrátane kotúčových bŕzd, ako aj magnetická koľajnicová brzda, ktorý sa používa vo vysokorýchlostnej diaľkovej doprave hlavne v západnej Európe. Na trati 1520 sa tento typ brzdy používal výlučne na elektrickom vlaku ER200. Pokiaľ ide o rovnaký Sapsan, ruské železnice odmietli použiť na ňom magnetickú koľajovú brzdu, hoci prototyp tohto elektrického vlaku, nemecký ICE3, je vybavený takouto brzdou.

Vlakový podvozok ICE3 s magnetickou koľajnicovou brzdou

Vlak Sapsan

K dynamickému, resp elektrodynamické brzdy zahŕňajú všetky brzdy, ktorých činnosť je založená na prepnutí trakčných motorov do generátorového režimu (regeneračné и brzda reostatu), ako aj brzdenie opozície

U rekuperačných a reostatických bŕzd je všetko pomerne jasné - motory sa tak či onak prepnú do generátorového režimu a v prípade rekuperácie púšťajú energiu do kontaktnej siete a v prípade reostatu je generovaná energia. vypálené na špeciálnych odporoch. Obidve brzdy sa používajú tak na vlakoch s rušňovou trakciou, ako aj na viacjednotných železničných koľajových vozidlách, kde je elektrodynamická brzda hlavnou prevádzkovou brzdou z dôvodu veľkého počtu trakčných motorov rozmiestnených vo vlaku. Jedinou nevýhodou elektrodynamického brzdenia (EDB) je nemožnosť brzdenia až do úplného zastavenia. Pri poklese účinnosti EDT je ​​automaticky nahradená pneumatickou trecou brzdou.

Čo sa týka protibrzdenia, zabezpečuje brzdenie až do úplného zastavenia, keďže spočíva v reverzácii trakčného motora počas pohybu. Tento režim je však vo väčšine prípadov núdzovým režimom - jeho bežné používanie je spojené s poškodením trakčného pohonu. Ak si vezmeme napríklad komutátorový motor, tak keď sa zmení polarita napájaného napätia, spätné EMF, ktoré vzniká v rotujúcom motore, sa neodčíta od napájacieho napätia, ale sa k nemu pripočíta - kolesá sa otáčajú aj otáčajte v rovnakom smere ako v trakčnom režime! To vedie k lavínovému zvýšeniu prúdu a najlepšie, čo sa môže stať, je, že budú fungovať elektrické ochranné zariadenia.

Z tohto dôvodu sa na rušňoch a elektrických vlakoch prijímajú všetky opatrenia, aby sa zabránilo cúvaniu motorov počas jazdy. Rukoväť spätného chodu je zablokovaná mechanicky, keď je ovládač vodiča v prevádzkových polohách. A na rovnakých vozidlách Sapsan a Lastochka povedie otočenie spiatočky pri rýchlosti nad 5 km/h k okamžitému núdzovému brzdeniu.

Niektoré domáce lokomotívy, napríklad elektrická lokomotíva VL65, však využívajú spätné brzdenie ako štandardný režim pri nízkych rýchlostiach.

Reverzné brzdenie je štandardný režim brzdenia, ktorý zabezpečuje riadiaci systém na elektrickej lokomotíve VL65

Treba povedať, že napriek vysokej účinnosti elektrodynamického brzdenia je každý vlak, zdôrazňujem, vždy vybavený automatickou pneumatickou brzdou, teda aktivovanou vypustením vzduchu z brzdového vedenia. Ako v Rusku, tak aj na celom svete, staré dobré trecie čeľusťové brzdy strážia bezpečnosť premávky.

Podľa funkčného účelu sa brzdy typu trenia delia na

1. Parkovanie, manuálne alebo automatické
2. Vlak - pneumatické (PT) alebo elektropneumatické (EPT) brzdy, inštalované na každej jednotke železničných koľajových vozidiel vo vlaku a ovládané centrálne z kabíny rušňovodiča
3. Lokomotíva - pneumatické priamočinné brzdy určené na spomalenie lokomotívy bez spomalenia vlaku. Riadia sa oddelene od vlakov.

2. Ručná brzda

Ručná brzda s mechanickým pohonom z vozového parku nezmizla, je inštalovaná na lokomotívach aj vozňoch - len zmenila svoju špecializáciu, a to, že sa zmenila na parkovaciu brzdu, ktorá umožňuje zabrániť samovoľnému pohybu valenia. sklad v prípade úniku vzduchu z jeho pneumatického systému. Červené koleso, podobne ako lodné, je pohon ručnej brzdy, jeden z jeho variantov.

Ručná brzda volant v kabíne elektrickej lokomotívy VL60pk

Ručná brzda vo vestibule osobného auta

Ručná brzda na modernom nákladnom vagóne

Ručná brzda pomocou mechanického pohonu tlačí na kolesá tie isté doštičky, ktoré sa používajú pri bežnom brzdení.

Na moderných koľajových vozidlách, najmä na elektrických vlakoch EVS1/EVS2 „Sapsan“, ES1 „Lastochka“, ako aj na elektrickej lokomotíve EP20, je parkovacia brzda automatická a doštičky sú pritlačené na brzdový kotúč. pružinové akumulátory energie. Niektoré kliešťové mechanizmy pritláčajúce doštičky k brzdovým kotúčom sú vybavené výkonnými pružinami, ktoré sú také silné, že uvoľnenie vykonáva pneumatický pohon s tlakom 0,5 MPa. Pneumatický pohon v tomto prípade pôsobí proti pružinám, ktoré stláčajú podložky. Táto parkovacia brzda sa ovláda tlačidlami na konzole vodiča.

Tlačidlá na ovládanie parkovacej pružinovej brzdy (SPT) na elektrickom vlaku ES1 „Lastochka“

Konštrukcia tejto brzdy je podobná ako na výkonných nákladných automobiloch. Ale ako hlavná brzda vo vlakoch takýto systém úplne nevhodné, a prečo, podrobne vysvetlím po príbehu o fungovaní vzduchových bŕzd vlaku.

3. Pneumatické brzdy typu nákladného auta

Každý nákladný vagón je vybavený nasledujúcou sadou brzdových zariadení

Brzdové zariadenie nákladného vagóna: 1 - brzdová spojovacia hadica; 2 - koncový ventil; 3 - uzatvárací ventil; 5 - zberač prachu; 6, 7, 9 — stav modulov rozdeľovača vzduchu. Č. 483; 8 - odpojovací ventil; VR - rozdeľovač vzduchu; TM - brzdové vedenie; ZR - rezervná nádrž; TC - brzdový valec; AR - automatický režim nákladu


Brzdové potrubie (TM) - potrubie s priemerom 1,25" prechádzajúce pozdĺž celého auta, na koncoch je vybavené koncové ventily, na odpojenie brzdového vedenia pri odpájaní auta pred odpojením pružných spojovacích hadíc. V brzdovom vedení sa v normálnom režime tzv nabíjačka tlak je 0,50 - 0,54 MPa, takže odpojenie hadíc bez vypnutia koncových ventilov je pochybná úloha, ktorá vás môže doslova pripraviť o hlavu.

Prívod vzduchu privádzaného priamo do brzdových valcov je uložený v rezervná nádrž (ZR), ktorého objem je vo väčšine prípadov 78 litrov. Tlak v rezervnej nádržke sa presne rovná tlaku v brzdovom potrubí. Ale nie, nie je to 0,50 - 0,54 MPa. Faktom je, že takýto tlak bude v brzdovom potrubí na rušni. A čím ďalej od lokomotívy, tým je tlak v brzdovom potrubí nižší, pretože v ňom nevyhnutne vznikajú netesnosti vedúce k úniku vzduchu. Takže tlak v brzdovom potrubí posledného vozňa vo vlaku bude o niečo menší ako v nabíjacom potrubí.

Brzdový valeca na väčšine áut je len jeden, pri plnení z rezervnej nádrže cez pákový brzdový prevod pritlačí všetky doštičky na aute ku kolesám. Objem brzdového valca je asi 8 litrov, takže pri plnom brzdení je v ňom vytvorený tlak maximálne 0,4 MPa. Na rovnakú hodnotu klesá aj tlak v rezervnej nádrži.

Hlavným „aktérom“ tohto systému je rozdeľovač vzduchu. Toto zariadenie reaguje na zmeny tlaku v brzdovom potrubí a vykonáva jednu alebo druhú operáciu v závislosti od smeru a rýchlosti zmeny tohto tlaku.

Keď sa tlak v brzdovom potrubí zníži, dôjde k brzdeniu. Nie však pri akomkoľvek poklese tlaku – k poklesu tlaku musí dôjsť určitou rýchlosťou, tzv pomer prevádzkového brzdenia. Toto tempo je zabezpečené žeriav vodiča v kabíne lokomotívy a pohybuje sa od 0,01 do 0,04 MPa za sekundu. Keď tlak klesá pomalším tempom, brzdenie nenastane. Deje sa tak preto, aby brzdy nefungovali v prípade štandardných netesností z brzdového potrubia a tiež nefungovali pri eliminácii preplňovacieho tlaku, o ktorom budeme hovoriť neskôr.

Keď je rozdeľovač vzduchu aktivovaný na brzdenie, vykoná dodatočné odbrzdenie brzdového vedenia v prevádzkovom množstve 0,05 MPa. Deje sa tak s cieľom zabezpečiť stabilný pokles tlaku po celej dĺžke vlaku. Ak nedôjde k dodatočnému uvoľneniu, potom posledné vozne dlhého vlaku nemusia byť vôbec spomalené. Vykonáva sa dodatočné vybitie brzdového vedenia všetko moderné rozdeľovače vzduchu vrátane osobných.

Pri aktivácii brzdenia rozdeľovač vzduchu odpojí rezervnú nádržku od brzdového vedenia a pripojí ju k brzdovému valcu. Brzdový valec sa plní. Vyskytuje sa presne tak dlho, ako pokračuje pokles tlaku v brzdovom potrubí. Keď sa zastaví znižovanie tlaku v brzdovej kvapaline, plnenie brzdového valca sa zastaví. Prichádza režim strecha. Tlak zabudovaný v brzdovom valci závisí od dvoch faktorov:

1. hĺbka vybitia brzdového potrubia, to znamená veľkosť poklesu tlaku v ňom vzhľadom na nabíjanie
2. prevádzkový režim rozdeľovača vzduchu

Rozdeľovač nákladného vzduchu má tri prevádzkové režimy: naložený (L), stredný (C) a prázdny (E). Tieto režimy sa líšia maximálnym tlakom získaným do brzdových valcov. Prepínanie medzi režimami sa vykonáva ručne otáčaním špeciálnej rukoväte režimu.

Suma sumárum, závislosť tlaku v brzdovom valci na hĺbke výtlaku brzdového vedenia s rozdeľovačom 483 vzduchu v rôznych režimoch vyzerá takto

Nevýhodou použitia prepínača režimov je, že obsluha auta musí prejsť pozdĺž celého vlaku, podliezť každý vagón a prepnúť prepínač režimu do požadovanej polohy. Podľa klebiet pochádzajúcich z prevádzky sa to nie vždy robí. Nadmerné plnenie brzdových valcov na prázdnom aute je spojené so šmykom, zníženou účinnosťou bŕzd a poškodením dvojkolesí. Na prekonanie tejto situácie na nákladných vagónoch sa používa tzv automatický režim (AR), ktorý mechanicky určuje hmotnosť vozidla a plynule reguluje maximálny tlak v brzdovom valci. Ak je vozidlo vybavené automatickým režimom, potom je prepínač režimu na VR nastavený do polohy „naložené“.

Brzdenie sa zvyčajne vykonáva v etapách. Minimálna úroveň vybíjania brzdového potrubia pre BP483 bude 0,06 - 0,08 MPa. V tomto prípade je v brzdových valcoch vytvorený tlak 0,1 MPa. V tomto prípade vodič umiestni ventil do polohy prekrytia, v ktorej sa udržiava tlak nastavený po brzdení v brzdovom potrubí. Ak je brzdná účinnosť z jedného stupňa nedostatočná, vykoná sa ďalší stupeň. V tomto prípade je distribútorovi vzduchu jedno, akou rýchlosťou dochádza k výtlaku - pri akomkoľvek poklese tlaku sa brzdové valce naplnia úmerne k veľkosti poklesu tlaku.

Úplné odbrzdenie (úplné vyprázdnenie brzdových valcov na celom vlaku) sa vykonáva zvýšením tlaku v brzdovom potrubí nad plniaci tlak. Navyše v nákladných vlakoch je tlak v TM výrazne zvýšený nad nabíjací, takže vlna zvýšeného tlaku zasiahne aj posledné vagóny. Úplné uvoľnenie bŕzd na nákladnom vlaku je zdĺhavý proces a môže trvať až minútu.

BP483 má dva dovolenkové režimy: rovinatý a horský. V plochom režime, keď sa zvýši tlak v brzdovom potrubí, dôjde k úplnému, plynulému uvoľneniu. V horskom režime je možné odbrzdiť postupne, čo znamená, že brzdové valce nie sú úplne vyprázdnené. Tento režim sa používa pri jazde po zložitom profile s veľkými sklonmi.

Rozdeľovač vzduchu 483 je vo všeobecnosti veľmi zaujímavé zariadenie. Podrobný rozbor jeho štruktúry a fungovania je témou na samostatný veľký článok. Tu sme sa pozreli na všeobecné princípy fungovania nákladnej brzdy.

3. Vzduchové brzdy typu spolujazdca

Brzdové zariadenie osobného automobilu: 1 - spojovacia hadica; 2 - koncový ventil; 3, 5 — spojovacie skrine pre elektropneumatické brzdové vedenie; 4 - uzatvárací ventil; 6 — rúrka s elektropneumatickým vedením brzdy; 7 — izolované zavesenie spojovacej objímky; 8 - zberač prachu; 9 — výstup do rozdeľovača vzduchu; 10 - odpojovací ventil; 11 — pracovná komora elektrického rozdeľovača vzduchu; TM - brzdové vedenie; VR - rozdeľovač vzduchu; EVR - elektrický rozdeľovač vzduchu; TC - brzdový valec; ZR - náhradná nádrž

Okamžite upúta veľké množstvo zariadení, počnúc skutočnosťou, že už existujú tri uzatváracie ventily (jeden v každej predsieni a jeden v oddiele vodiča), končiac skutočnosťou, že domáce osobné automobily sú vybavené pneumatickými a elektropneumatická brzda (EPT).

Pozorný čitateľ si hneď všimne hlavný nedostatok pneumatického ovládania bŕzd – konečnú rýchlosť šírenia brzdnej vlny, limitovanú vyššie rýchlosťou zvuku. V praxi je táto rýchlosť nižšia a dosahuje 280 m/s pri prevádzkovom brzdení a 300 m/s pri núdzovom brzdení. Navyše táto rýchlosť silne závisí od teploty vzduchu a napríklad v zime je nižšia. Večným spoločníkom pneumatických bŕzd je preto nerovnomernosť ich chodu v zložení.

Nerovnomerná prevádzka vedie k dvom veciam – k výskytu výrazných pozdĺžnych reakcií vo vlaku, ako aj k predĺženiu brzdnej dráhy. Prvý nie je pre osobné vlaky až taký typický, hoci nádoby s čajom a inými nápojmi poskakujúce na stolíku v kupé nikoho nepotešia. Zväčšenie brzdnej dráhy je vážny problém najmä v osobnej doprave.

Navyše domáci distribútor vzduchu pre cestujúcich je ako starý štandard. č. 292 a nový stav. č. 242 (ktorých je, mimochodom, vo vozovom parku osobných automobilov stále viac a viac), obe tieto zariadenia sú priamymi potomkami toho istého trojventilu Westinghouse a fungujú na rozdiel medzi dvoma tlakmi - v brzdovom potrubí a rezervnej nádržke. Od trojitého ventilu sa líšia prítomnosťou režimu prekrytia, to znamená možnosťou stupňovitého brzdenia; prítomnosť dodatočného vybitia brzdového potrubia počas brzdenia; prítomnosť akcelerátora núdzového brzdenia v dizajne. Tieto rozdeľovače vzduchu nezabezpečujú postupné odbrzďovanie - okamžite poskytujú úplné odbrzďovanie, akonáhle tlak v brzdovom potrubí prekročí tlak v rezervnej nádrži, ktorá je tam vytvorená po brzdení. A stupňovité uvoľnenie je veľmi užitočné pri nastavovaní brzdenia pre presné zastavenie na pristávacej plošine.

Oba problémy - nerovnomerný chod bŕzd a chýbajúce uvoľnenie schodov na trati 1520 mm sú vyriešené inštaláciou elektricky ovládaného rozdeľovača vzduchu na autá - elektrický rozdeľovač vzduchu (EVR), arb. č. 305.

Domáce EPT - elektropneumatická brzda - priamočinná, neautomatická. Na osobných vlakoch s rušňovou trakciou premáva EPT na dvojvodičovom okruhu.

Bloková schéma dvojvodičového EPT: 1 - riadiaci ovládač na žeriave vodiča; 2 - batéria; 3 - menič statického výkonu; 4 — panel kontrolných svetiel; 5 — riadiaca jednotka; 6 — svorkovnica; 7 — spojovacie hlavy na rukávoch; 8 — izolované zavesenie; 9 - polovodičový ventil; 10 - uvoľnenie elektromagnetického ventilu; 11 — elektromagnetický ventil brzdy.

Pozdĺž celého vlaku sú natiahnuté dva drôty: č. 1 a č. 2 na obrázku. Na chvostovom voze sú tieto vodiče navzájom elektricky spojené a výslednou slučkou prechádza striedavý prúd s frekvenciou 625 Hz. Toto sa vykonáva na monitorovanie integrity riadiacej línie EPT. Ak sa preruší vodič, preruší sa obvod striedavého prúdu, vodič dostane signál vo forme kontrolky „O“ (dovolenka), ktorá zhasne v kabíne.

Riadenie sa vykonáva jednosmerným prúdom rôznej polarity. V tomto prípade je drôt s nulovým potenciálom koľajnice. Keď sa na vodič EPT privedie kladné (vzhľadom na koľajnice) napätie, aktivujú sa obidva elektromagnetické ventily inštalované v rozdeľovači elektrického vzduchu: vypúšťací ventil (OV) a brzdový ventil (TV). Prvý z nich izoluje pracovnú komoru (WC) elektrického rozdeľovača vzduchu od atmosféry, druhý ju plní z rezervnej nádrže. Ďalej vstupuje do hry tlakový spínač inštalovaný v EVR, ktorý pracuje na rozdiele tlakov v pracovnej komore a brzdovom valci. Keď tlak v RC prekročí tlak v TC, tento sa naplní vzduchom zo rezervnej nádrže až na tlak, ktorý sa nahromadil v pracovnej komore.

Keď sa na vodič privedie záporný potenciál, brzdový ventil sa vypne, pretože prúd do neho je prerušený diódou. Aktívny zostáva iba vypúšťací ventil, ktorý udržiava tlak v pracovnej komore. Takto sa realizuje poloha stropu.

Po odstránení napätia vypúšťací ventil stratí výkon a otvorí pracovnú komoru do atmosféry. Pri poklese tlaku v pracovnej komore tlakový spínač uvoľní vzduch z brzdových valcov. Ak sa po krátkej dovolenke ventil vodiča vráti späť do uzavretej polohy, pokles tlaku v pracovnej komore sa zastaví a zastaví sa aj vypúšťanie vzduchu z brzdového valca. Týmto spôsobom sa dosiahne možnosť postupného odbrzdenia.

Čo sa stane, ak sa drôt pretrhne? Presne tak – EPT vyjde. Preto táto brzda (na domácich koľajových vozidlách) nie je automatická. Ak EPT zlyhá, vodič má možnosť prepnúť na pneumatické ovládanie bŕzd.

EPT sa vyznačuje súčasným plnením brzdových valcov a ich vyprázdňovaním v celom vlaku. Rýchlosť plnenia a vyprázdňovania je pomerne vysoká - 0,1 MPa za sekundu. EPT je nevyčerpateľná brzda, keďže konvenčný rozdeľovač vzduchu je počas svojej prevádzky v odbrzďovacom režime a zásobuje rezervné zásobníky z brzdového potrubia, ktoré sú zasa napájané kohútikom rušňovodiča z hlavných zásobníkov. Preto je možné EPT brzdiť pri akejkoľvek frekvencii potrebnej na prevádzkové ovládanie bŕzd. Možnosť krokového uvoľnenia umožňuje veľmi presne a plynulo ovládať rýchlosť vlaku.

Pneumatické ovládanie bŕzd osobného vlaku sa príliš nelíši od nákladnej brzdy. Existuje rozdiel v spôsoboch ovládania, napríklad vzduchová brzda sa uvoľní na plniaci tlak bez toho, aby sa precenil. Vo všeobecnosti je nadmerné nadhodnotenie tlaku v brzdovom potrubí osobného vlaku spojené s problémami, preto pri úplnom uvoľnení EPT sa tlak v brzdovom potrubí zvýši maximálne o 0,02 MPa nad hodnotu nastaveného nabíjania. tlak.

Minimálna hĺbka výtlaku ťažkých kovov pri brzdení na osobnej brzde je 0,04 - 0,05 MPa, pričom v brzdových valcoch vzniká tlak 0,1 - 0,15 MPa. Maximálny tlak v brzdovom valci osobného automobilu je obmedzený objemom rezervnej nádrže a zvyčajne nepresahuje 0,4 MPa.

Záver

Teraz sa obrátim na niektorých komentátorov, ktorí sú prekvapení (a podľa mňa aj pobúrení, ale nemôžem povedať) zložitosťou vlakovej brzdy. Pripomienky navrhujú použitie okruhu automobilu s akumulátormi energie. Samozrejme, z pohovky alebo počítačového kresla v kancelárii, cez okno prehliadača, sú mnohé problémy viditeľnejšie a ich riešenia sú očividnejšie, ale dovoľte mi poznamenať, že väčšina technických rozhodnutí v reálnom svete má svoje jasné opodstatnenie.

Ako už bolo uvedené, hlavným problémom pneumatickej brzdy vo vlaku je konečná rýchlosť pohybu poklesu tlaku pozdĺž dlhého (do 1,5 km vo vlaku 100 vozňov) brzdového potrubia - brzdovej vlny. Na zrýchlenie tejto brzdnej vlny je potrebný dodatočný výtlak rozdeľovačom vzduchu. Nebude existovať žiadny rozdeľovač vzduchu a nebude existovať žiadne ďalšie vypúšťanie. To znamená, že brzdy na akumulátoroch energie budú z hľadiska jednotnosti chodu evidentne citeľne horšie, čím sa vrátime do čias Westinghouse. Nákladný vlak nie je kamión, existujú rôzne váhy, a teda aj rôzne princípy ovládania bŕzd. Som si istý, že to nie je len tak a nie je to náhoda, že smer svetovej vedy o brzdení nasledoval cestu, ktorá nás priviedla k tomuto druhu konštrukcie. Bodka.

Tento článok je akýmsi prehľadom brzdových systémov existujúcich na moderných koľajových vozidlách. Ďalej, v ďalších článkoch tejto série sa budem venovať každému z nich podrobnejšie. Dozvieme sa, aké zariadenia slúžia na ovládanie bŕzd a ako sú riešené rozdeľovače vzduchu. Pozrime sa bližšie na problematiku regeneratívneho a reostatického brzdenia. A samozrejme, vezmime do úvahy brzdy vysokorýchlostných vozidiel. Uvidíme sa znova a ďakujem za pozornosť!

PS: Priatelia! Chcel by som sa osobitne poďakovať za množstvo osobných správ s uvedením chýb a preklepov v článku. Áno, som hriešnik, ktorý sa nekamaráti s ruským jazykom a zamotáva sa na kľúčoch. Pokúsil som sa opraviť vaše komentáre.

Zdroj: hab.com