Energjia kineletike e «Sapsanit» në shpejtësi maksimale — mbi 1500 megajoul. Për ndalimin e plotë, ajo duhet të shpërndahet në pajisjet e frenimit.
Ka ndodhur që, pikërisht këtu, në Habra. Ka shumë artikuj informues mbi temën e hekurudhave, por kjo temë ende nuk është trajtuar plotësisht. Mendoj se do të ishte interesante të shkruaja për këtë, ndoshta edhe më shumë se një. Prandaj, iu lutem atyre që janë të interesuar se si funksionojnë sistemet e frenimit në transportin hekurudhor dhe pse ato janë të dizajnuara kështu.
1. Historia e shfaqjes së frenave pneumatike
Detyra e menaxhimit të çdo transporti përfshin rregullimin e shpejtësisë së tij të lëvizjes. Transporti hekurudhor nuk është përjashtim, për më tepër, karakteristikat e tij ndihmojnë në këtë proces me nuanca të rëndësishme. Një tren përbëhet nga një numër të madh vagonësh të lidhur me njëri-tjetrin dhe sistemi i krijuar ka një gjatësi dhe peshë të konsiderueshme me një shpejtësi të konsiderueshme lëvizjeje.
Sipas përkufizimit, frenat janë një kompleks pajisjesh të dizajnuara për të krijuar forca artificiale, të rregullueshme të rezistencës, të përdorura për zvogëlimin e kontrolluar të shpejtësisë së lëvizjes së mjeteve të transportit.
Mënyra më e dukshme e krijimit të forcës së frenimit është përdorimi i forcës së fërkimit. Që nga fillimet deri sot, përdoren frenat e fshirjes. Pajisjet speciale — fshesat e frenave, të bëra nga materiale me koeficient të lartë fërkimi, mekanikisht shtyhen në sipërfaqen e rrotës (ose në disqe speciale të vendosura në boshtin e çiftit të rrotave). Mes fshesave dhe rrotës krijohet një forcë fërkimi, që prodhon momentin e frenimit.
Rregullimi i forcës së frenimit bëhet përmes ndryshimit të forcës së shtypjes së fshesave në rrotë — shtypjes së frenave. Çështja është vetëm se çfarë mekanizmi përdoret për të shtypur fshesat, dhe historia e frenave, pjesërisht, është historia e zhvillimit të këtij mekanizmi.
Frenat e para të hekurudhave ishin mekanik dhe aktivizoheshin manualisht, veç e veç për çdo vagon nga njerëz të veçantë — frenuesit ose konduktorët. Konduktorët ndodheshin në ato që quheshin plataforma frenimi, të cilat ishin të pajisura në çdo vagon, dhe aktivizonin frenat sipas sinjalit të makinerit të lokomotivës. Shkëmbimi i sinjaleve mes makinerit dhe konduktorëve realizohej me ndihmën e një litarit sinjalizues, të shtrirë gjatë gjithë trenit, që aktivizonte një bilbil të veçantë.
Një vagon të vjetër dyaksor ngarkese me një platformë frenimi. Dallohet çelsi i frenit manual.
Freni me aktivizim mekanik vetë ka kapacitet të ulët. Sasia e forcës së frenimit varet nga fuqia dhe aftësia e konduktorit. Për më tepër, në operimin e kësaj sistemi frenimi përfshihej faktori njerëzor — konduktorët nuk e përmbushnin gjithmonë saktësisht detyrat e tyre. Nuk kishte fjalë për efikasitet të lartë të këtyre frenave, as për rritjen e shpejtësisë së lëvizjes së trenave që ishin të pajisur me to.
Zhvillimi i mëtejshëm i frenave kërkonte, së pari, rritjen e forcës së frenimit, dhe së dyti — mundësinë e menaxhimit në distancë të tyre nga vendi i punës i makinerit në të gjitha vagonet.
Aktivizimi hidraulik, i përdorur në frenat e automjeteve, ka marrë shpërndarje të gjerë për shkak të faktit se ofron një presion të lartë frenimi me kompaktësinë e pajisjeve të aktorëve. Megjithatë, kur një sistem i tillë aplikohet në tren, shfaqet mangësia e tij kryesore: nevoja për një mjet të veçantë të punës — lëng frenimi, humbja e të cilit nuk është e pranueshme. Gjatësia e madhe e linjave hidraulike të frenave në tren, së bashku me kërkesat e larta për hermetikën e tyre e bëjnë të pamundur dhe joefikase krijimin e një freni hidraulik hekurudhor.
Një tjetër çështje është aktivizimi pneumatik. Përdorimi i ajrit nën presion të lartë lejon që të arrihen presione të larta frenimi me përmasa të pranueshme të pajisjeve aktor — cylindrave të frenave. Nuk ka mungesë të mjetit të punës — ajri është rreth nesh, dhe edhe nëse ndodhin humbje të lëndës së punës nga sistemi i frenimit (që ndodhin patjetër), është relativisht e lehtë ta plotësosh.
Sistemi më i thjeshtë i frenave që përdor energjinë e ajrit të shpuar është freni me veprim të drejtpërdrejtë joautomatiku
Shema e frenit me veprim të drejtpërdrejtë joautomatiku: 1 — kompresori; 2 — rezervuari kryesor; 3 — tubacioni ushqyes; 4 — krani i trainit të drejtorit të trenit; 5 — tubacioni i frenave; 6 — silindri i vënies në punë; 7 — springu i lirimit; 8, 9 — transmetimi mekanik i frenave; 10 — pllakë e frenit.
Për të punuar një fryrë të tillë, është e nevojshme që të ketë një depozitë të ajrit të shpuar, e cila ruhet në lokomotivë në një rezervuar të veçantë të quajtur rezervuari kryesor (2). Shtimi i ajrit në rezervuari kryesor dhe mbajtja e një presioni konstant atje kryhet nga kompresori (1), i cili aktivizohet nga impiantin energjitik të lokomotivës. Dërgimi i ajrit të shpuar në instrumentet e kontrollit të frenave bëhet përmes një tubacioni të veçantë, të quajtur ushqyes (PМ) или presioni tubacioni (3).
Menaxhimi i frenave të vagonëve dhe dërgimi i ajrit të shpuar atyre bëhet përmes një tubacioni të gjatë, i cili kalon përmes tërë trenit dhe quhet tubacioni i frenave (TМ) (5). Kur ajri i shpuar dërgohet përmes TМ, ai mbush silindrat e frenave (ТЦ) (6) që lidhen drejtpërdrejt me TМ. Ajri i shpuar shtyp pistonin, duke shtypur pllakë e frenit 10 në rrota, si në lokomotivë, ashtu dhe në vagonë. Kjo shkakton frenimin.
Për të ndalur frenimin, dmth lirimin e frenave, është e nevojshme të lihet ajri nga tubacioni i frenave në atmosferë, që do të çojë në kthimin e mekanizmave të frenave në pozitat fillestare përmes forcës së springs lirojnë, të instaluar në ТЦ.
Për frenimin është e nevojshme të lidhësh tubacionin e frenave (TМ) me atë ushqyes (PМ). Për lirimin — lidh tubacionin e frenave me atmosferën. Këto funksione kryhen nga një pajisje të veçantë — krani i trainit të drejtorit të trenit (4) — gjatë frenimit ai lidh PМ dhe TМ, gjatë lirimit — ndan këto tubacione, duke lëshuar njëkohësisht ajrin nga TМ në atmosferë.
Në një sistem të tillë ekziston dhe një pozicion i tretë, ndërmjetësor i kranit të drejtorit të trenit — mbyllja kur PM dhe TM janë të ndara, por nuk ka asnjë shkarkim ajri nga TM në atmosferë — krani i makinistit e izolon plotësisht atë. Presioni i grumbulluar në TM dhe TC mbahet dhe koha e mbajtjes në nivele të caktuara përcaktohet nga sasia e rrjedhjeve të ajrit përmes mangësive të ndryshme, si dhe nga qëndrueshmëria termike e ferulave të frenave, të ngrohta gjatë frictionit me rrethe. Të pozicionuar në kapak, si gjatë frenimit ashtu dhe gjatë lirimit, lejon rregullimin e forcës së frenimit me hapa. Ky fren siguron si frenim në hapa, ashtu dhe lirimin në hapa.
Pavarësisht thjeshtësisë së tillë të sistemit të frenave, ka një mangësi fatale — kur trenet janë të ndara, ndodh një ndërprerje e linjës së frenimit, ajri del nga ajo dhe treni mbetet pa frenim. Pikërisht për këtë arsye, ky frein nuk mund të përdoret në transportin hekurudhor, çmimi i dështimit të tij është shumë i lartë. Edhe pa ndërprerjen e trenit, në rast të një rrjedhje të madhe ajri, efektiviteti i frenave do të ulet.
Duke u bazuar në atë që u tha më sipër, lind kërkesa që frenimi i trenit të iniciohet jo nga rritja, por nga ulja e presionit në TM. Por si mund të mbushen cilindrat e frenave? Kjo jep një kërkesë të dytë — në çdo njësinë lëvizëse në tren duhet të ruhet një rezervë ajri të kompresuar, e cila duhet të plotësohet operativisht pas çdo frenimi.
Mendimi inxhinierik i fund të shekullit XIX arriti në përfundime të ngjashme, e cila rezultoi në krijimin nga George Westinghouse në vitin 1872 të frenave të parë automatike hekurudhore.
Struktura e frenës së Westinghouse: 1 — kompresori; 2 — rezervuari kryesor; 3 — linja ushqyese; 4 — krani i makinistit në tren; 5 — linja e frenave; 6 — shpërndarësi i ajrit (valvul trive) i sistemit të Westinghouse; 7 — cilindri i frenave; 8 — rezervuari rezervë; 9 — krani i ndaluar.
Në skicë është paraqitur struktura e këtij frenimi (skica a — funksionimi i frenës gjatë lirimit; b — funksionimi i frenës gjatë frenimit). Elementi kryesor i frenës së Westinghouse është shpërndarësi i ajrit të frenave ose, siç quhet ndonjëherë, valvula trefishKy kyçja e ajrit (6) ka një organ të ndjeshëm — një piston, i cili vepron në diferencën e dy presioneve — në linjën e frenave (TM) dhe rezervuari rezervë (ZR). Nëse presioni në TM bëhet më i vogël se në ZR, pistoni lëviz në të majtë, duke hapur rrugën për ajrin nga ZR në TC. Nëse presioni në TM bëhet më i madh se në ZR — pistoni lëviz në të djathtë, duke lidhur TC me atmosferën dhe njëkohësisht lidh TM me ZR, duke siguruar mbushjen e fundit me ajrin e kompresuar nga TM.
Prandaj, kur presioni në TM zvogëlohet për çdo arsye, qofshin ato veprimet e shoferit, një rrjedhje e tepruar ajri nga TM ose një çarje e trenit — frena do të veprojnë. Do të thotë se këto frena kanë automatikë veprimi. Ky veçori e frenave lejon të shtohet një mundësi tjetër për kontrollin e frenave të trenit, të përdorur në trenat e pasagjerëve deri më sot — ndalimi urgjent i trenit nga pasagjeri, duke lidhur linjën e frenave me atmosferën përmes një valvule speciale — kalimi i ndalimit (9).
. Për ata që janë të njohur me këtë veçori të sistemit të frenave të trenit, është qesharake të shohin filma ku banditët-kovbojë lidhen me lehtësi një vagon me ari nga treni. Për ta bërë një gjë të tillë, kovbojët duhet të mbyllin valvulat fundore në linjën e frenave, që ndajnë linjën e frenave nga lidhjet ndërmjet wagonëve. Por ata kurrë nuk e bëjnë këtë. Nga ana tjetër, valvulat e mbyllura fundore shpesh kanë shkaktuar katastrofa të rënda të lidhura me dështimin e frenave, si në vendin tonë (Kamenk në vitin 1987, Yeral-Simsk në vitin 2011), ashtu edhe jashtë vendit.
Për shkak se mbushja e cilindrave të frenave ndodh nga një burim tjetër i ajrit të kompresuar (rezervuari rezervë), pa mundësinë e mbushjes së përhershme, një frenë e tillë quhet e pandjeshme. Mbushja e ZR me ajrin e kompresuar ndodh vetëm kur frenat janë liruar, që çon në faktin se në frenat e shpeshta me lirimin më pas, nëse nuk ka një kohë të mjaftueshme pas lirimit, ZR nuk arrin të mbushet në presionin e nevojshëm. Kjo mund të çojë në shterimin e plotë të frenave dhe humbjen e kontrollit të frenave të trenit.
Freni pneumatikë kanë edhe një tjetër disavantazh, i lidhur me faktin se rënia e presionit në sistemin e frenave, ashtu si çdo shqetësim, në mjedisin ajror përhapet me një shpejtësi të madhe, por gjithsesi të përfunduar — jo më shumë se 340 m/s. Pse jo më shumë? Sepse shpejtësia e zërit — është një variant ideal. Por në sistemin pneumatik të trenit ekzistojnë një sërë pengesash që zvogëlojnë shpejtësinë e përhapjes së rënies së presionit, të lidhura me rezistencën e rrjedhjes së ajrit. Prandaj, nëse nuk merren masa të veçanta, shpejtësia e rënies së presionit në TM do të jetë aq më e ulët, sa më larg nga lokomotiva ndodhet vagoni. Në rastin e frenit të Vestinghausit, shpejtësia e ashtuquajturë vala e frenimit nuk tejkalon 180 — 200 m/s.
Megjithatë, shfaqja e frenit pneumatik lejon të rritet si fuqia e frenave, ashtu edhe operativiteti i menaxhimit të tyre direkt nga vendi i punës i shoferit. Kjo shërbeu si një nxitje e fuqishme për zhvillimin e transportit hekurudhor, rritjen e shpejtësisë së lëvizjes dhe peshës së trenave dhe, si pasojë, një rritje kolosale të volumit të ngarkesës në hekurudhere, rritjen e gjatësihe të linjave hekurudhore në të gjithë botën.
George Vestinghaus ishte jo vetëm një shpikës, por edhe një afarist i zoti. Ai e patentoi shpikjen e tij që në vitin 1869, gjë që i mundësoi të zhvillonte prodhimin masiv të pajisjeve të frenave. Mjaft shpejt, frenit i Vestinghausit fitoi përhapje të gjerë në SHBA, Evropën Perëndimore dhe në Perandorinë Ruse.
Në Rusi, freni i Vestinghausit mbizotëroi pa ndal deri në Revolucionin e Tetorit, dhe gjithashtu për një periudhë të gjatë pas saj. Firma "Vestinghaus" ndërtuan në Petersburg fabrikën e tyre të frenave, si dhe zhvendosi me mjeshtri konkurentët nga tregu rus. Megjithatë, freni i Vestinghausit kishte një sërë disavantazheve themelore.
Së pari, ky freni ofronte vetëm dy modet e funksionimit: freni deri në mbushjen e plotë të cilindrave të frenave, dhe çlirimi - zbrazja e cilindrave të frenave. Të krijosh një vlerë të ndërmjetme të presionit të frenave me mbajtjen e saj të gjatë ishte e pamundur, pra në frenin e Vestinghausit mungonte një mod. mbylljeveKjo nuk lejonte realizimin e menaxhimit të saktë të shpejtësisë së trenit.
Së pari, brakes e Westinghouse nuk funksiononin mirë në trenat e gjatë, dhe nëse në transportin e pasagjerëve kjo mund të tolerohej disi, në transportin e mallrave shfaqeshin probleme. A e mbani mend valën e frenimit? Pra, frenimi i Westinghouse nuk dispononte mjete për të rritur shpejtësinë e saj, dhe në një tren të gjatë, rënia e presionit në TM në vagonin e fundit mund të fillonte shumë vonë, me një shpejtësi që ishte ndjeshëm më e ulët se sa në pjesën e përparme të trenit, gjë që krijonte një papërputhje të madhe në funksionimin e pajisjeve të frenimit për të gjithë trainin.
Duhet thënë se e gjithë veprimtaria e kompanisë 'Westinghouse', si në Rusi në atë kohë, ashtu edhe në të gjithë botën, ishte e përshkuar nga aroma kapitaliste e luftërave të patentave dhe konkurrencës së pandershme. Kjo e siguroi një jetë kaq të gjatë kësaj sistemi të papërperfectë, të paktën në atë periudhë historike.
Megjithatë, duhet të pranojmë - frenimi i Westinghouse vendosi themelet e shkencës së frenimit dhe principi i tij i veprimit ka mbetur i pandryshuar në frenat moderne të mjeteve të transportit.
2. Nga frenimi i Westinghouse te frenimi i Matrosov - formimi i shkencës vendase të frenimit.
Praktikisht menjëherë pas shfaqjes së frenimit të Westinghouse dhe ndjenjës së disavantazheve të tij, filluan përpjekjet për të përmirësuar këtë sistem, ose për të krijuar një tjetër, tërësisht të re. Vendi ynë nuk ishte një përjashtim. Në fillim të shekullit të XX, Rusia posedonte një rrjet të zhvilluar hekurudhor, i cili luante një rol të konsiderueshëm në sigurinë e zhvillimit ekonomik dhe mbrojtjes së vendit. Rritja e efikasitetit të transportit lidhej me rritjen e shpejtësisë së saj dhe masës së mallrave që transportoheshin në një kohë, kështu që problemet e përmirësimit të sistemeve të frenimit u ngritën me urgjencë.
Një nxitje e rëndësishme për zhvillimin e shkencës së frenimit në RSFSR dhe më pas në BS është reduktimi i ndikimit të kapitalit të madh perëndimor, veçanërisht të kompanisë 'Westinghouse', në zhvillimin e industrisë hekurudhore vendase pas tetorit 1917.
F.P. Kazanцев (majtas) dhe I.K. Matrosov (djathtas) - krijuesit e frenave hekurudhore vendase
Flamuri i parë, arritja e parë serioze e shkencës vendase të frenimit, ishin zhvillimet e inxhinierit Florenti Pimenovich Kazantsev. Në vitin 1921, Kazanцев ofroi një sistem freni automatikë me veprim direkt. Schemas e mëposhtme përshkruan të gjitha idetë kryesore, të sjella jo vetëm nga Kazancev, dhe qëllimi i saj është të shpjegojë parimet kryesore të funksionimit të frenit automatik të përmirësuar
Freni automatik me veprim direkt: 1 — kompresori; 2 — rezervuari kryesor; 3 — magjistralja ushqyese; 4 — krani i trenit të motorrës; 5 — pajisja e ushqimit të rrjedhjeve të magjistralës së frenit; 6 — magjistralja e frenit; 7 — mangësitë e lidhjes së frenit; 8 — krani përfundimtar; 9 — krani ndalues; 10 — valvula e rikthimit; 11 — rezervuari rezervë; 12 — shpërndarësi i ajrit; 13 — cilindri i frenit; 14 — transmetimi i frezërit të frenit.
Prandaj, ideja e parë kryesore është se menaxhimi i presionit në TM realizohet tërthorazi — përmes uljes/rritjes së presionit në një rezervuar të veçantë, i quajtur rezervuari balancues (RB). Ai paraqitet në figurën në të djathtë të kranisë së motorrës (4) dhe lart të pajisjes së ushqimit të rrjedhjeve nga TM (5). Densiteti i këtij rezervuari është teknikisht shumë më i lehtë për t'u siguruar sesa densiteti i magjistralës së frenit — tubat që kanë gjatësi që arrin rendit kilometrik dhe shtrihen për gjithë trenin. Stabiliteti relativ i presionit në RB lejon mbajtjen e presionit në TM, duke përdorur presionin në RB si referencë. Në të vërtetë, pistoni në pajisjen (5) gjatë uljes së presionit në TM zbritet poshtë, duke hapur valvulën që mbush TM nga magjistralja ushqyese, duke mbajtur kështu në TM një presion të barabartë me presionin në RB. Kjo ide kishte një rrugë të gjatë zhvillimi përpara, por tani presioni në TM nuk varej nga pranimi i rrjedhjeve të jashtme nga ajo (deri në kufijtë e njohur). Pajisja 5 u transferua në kranin e motorrës dhe mbetet atje, në një formë të modifikuar, deri sot.
Një tjetër ide e rëndësishme, e cila qëndron në bazën e dizajnit të këtij tipi freni, është ushqimi i ZR nga TM përmes valvulës së rikthimit 10. Kur presioni në TM tejkalon presionin në ZR, kjo valvulë hapet, duke mbushur ZR nga TM. Kështu ndodh një mbushje e vazhdueshme e rrjedhjeve nga rezervuari rezervë dhe sigurohet mosshterja e frenit.
Një ide tjetër e rëndësishme e propozuar nga Kazancevi është konstrukti i shpërndarësit të ajrit, i cili funksionon në bazë të diferencës së jo dy, por tre presioneve — presionit në linjën e frenimit, presionit në cilindrin e frenimit dhe presionit në një dhomë pune speciale (DH), e cila, kur lirohet, furnizohet me presion nga linja e frenimit, së bashku me një rezervuar rezervë. Në modin e frenimit, DH disassohet nga rezervuari rezervë dhe linja e frenimit, duke ruajtur magnitudën e presionit fillestar të ngarkesës. Ky tipar përdoret gjerësisht në frenat e mjeteve të lëvizshme për të siguruar një lirimin hapësiror dhe për të menaxhuar barasim e mbushjes së TC përgjatë trenit në trainat e ngarkesave, pasi dhoma e punës shërben si një referencë për presionin fillestar të ngarkesës. Duke marrë parasysh magnitudën e tij, mund të sigurohet lirimi hapësinor dhe të organizohet një mbushje më e hershme e TC në vagonat në fund. Një përshkrim më të detajuar të këtyre gjërave do ta lë për artikuj të tjerë mbi këtë temë, derisa të them se punimet e Kazancevit shërbyen si një stimul për zhvillimin e një shkence kërkimore në vendin tonë, që çoi në zhvillimin e sistemeve origjinale të frenimit të mjeteve të lëvizshme.
Një shpikës tjetër sovjetik, i cili ka patur një ndikim thelbësor në zhvillimin e frenave të mjeteve të lëvizshme në vend, është Ivan Konstantinoviç Matrosovi. Idetë e tij, esencialisht nuk ndryshonin nga idetë e Kazancevit, megjithatë provat eksperimentale të mëvonshme të sistemeve të frenave të Kazancevit dhe Matrosovit (së bashku me sistemet e tjera të frenave) treguan një superioritet të konsiderueshëm të sistemit të dytë në aspektin e karakteristikave operacionale, sidomos kur përdorej në trenat e ngarkesave. Pra, frenë e Matrosovit me shpërndarës ajri të regj. nr. 320 u bë baza për zhvillimin dhe projektimin e pajisjeve frenimi për hekurudhat me gjerësi 1520 milimetra. Freni automatik modern, i përdorur në Rusi dhe vendet e CIS, me të drejtë mund të mbahet me emrin e frenit të Matrosovit, pasi ka absorbuar, në fazën fillestare të zhvillimit të tij, idetë dhe zgjidhjet ndërtimore të Ivan Konstantinoviç.
Në përfundim
Cila është përfundimi? Puna mbi këtë artikull më ka bindur se tema meriton një cikël artikujsh. Në këtë artikel pilot, prekim historinë e zhvillimit të frenave të transportit. Në artikujt që do të pasojnë, do të hyjmë në detaje më të thella, duke prekur jo vetëm frenat vendase, por edhe zhvillimet e kolegëve tanë nga Evropa Perëndimore, duke ndriçuar strukturën e frenave të llojeve dhe shërbimeve të ndryshme të transportit. Kështu që, shpresoj se tema do të jetë interesante, dhe deri në takimet e reja në habrë!
Faleminderit për vëmendjen tuaj!
Burimi: habr.com
