Energjia kinetike e Sapsan me shpejtësi maksimale është mbi 1500 megaxhaule. Për një ndalesë të plotë, e gjithë ajo duhet të shpërndahet nga pajisjet e frenimit.
Kishte një gjë pikërisht këtu në Habré. Këtu janë botuar mjaft artikuj rishikues mbi temat e hekurudhave, por kjo temë ende nuk është trajtuar në detaje. Unë mendoj se do të ishte mjaft interesante të shkruaj një artikull në lidhje me këtë, dhe ndoshta më shumë se një. Ndaj kërkoj macen e atyre që janë të interesuar se si janë projektuar sistemet e frenimit të transportit hekurudhor dhe për çfarë arsye janë projektuar në këtë mënyrë.
1. Historia e frenimit të ajrit
Detyra e kontrollit të çdo automjeti përfshin rregullimin e shpejtësisë së tij. Transporti hekurudhor nuk bën përjashtim; për më tepër, tiparet e tij të projektimit sjellin nuanca të rëndësishme në këtë proces. Treni përbëhet nga një numër i madh vagonësh të ndërlidhur, dhe sistemi që rezulton ka një gjatësi dhe peshë të konsiderueshme me një shpejtësi shumë të mirë.
A-parësore, frenat janë një grup pajisjesh të krijuara për të krijuar forca rezistence artificiale, të rregullueshme, të përdorura për të ulur në mënyrë të kontrollueshme shpejtësinë e një automjeti.
Mënyra më e dukshme, në sipërfaqe, për të krijuar forcë frenimi është përdorimi i fërkimit. Që nga fillimi e deri më sot janë përdorur frenat e fërkimit të këpucëve. Pajisjet speciale - jastëkët e frenave, të bëra nga një material me një koeficient të lartë fërkimi, shtypen mekanikisht kundër sipërfaqes së rrotullimit të timonit (ose kundër disqeve speciale të montuara në boshtin e grupit të rrotave). Një forcë fërkimi lind midis jastëkëve dhe timonit, duke krijuar një çift rrotullues frenimi.
Forca e frenimit rregullohet duke ndryshuar forcën e shtypjes së jastëkëve kundër timonit - presioni i frenave. Pyetja e vetme është se çfarë disku përdoret për të shtypur jastëkët, dhe pjesërisht, historia e frenave është historia e zhvillimit të kësaj disku.
Frenat e para hekurudhore ishin mekanike dhe operoheshin me dorë, veçmas në secilën karrocë nga njerëz të veçantë - frenues ose përcjellës. Përçuesit ishin vendosur në të ashtuquajturat platforma të frenave me të cilat ishte e pajisur çdo makinë, dhe ata frenonin me sinjalin e shoferit të lokomotivës. Shkëmbimi i sinjaleve midis shoferit dhe përcjellësve u krye duke përdorur një litar të posaçëm sinjali të shtrirë përgjatë gjithë trenit, i cili aktivizoi një bilbil të veçantë.
Vagon mallrash me dy akse të cilësisë së mirë me jastëk frenash. Doreza e frenave të dorës është e dukshme
Vetë frena e drejtuar mekanikisht ka pak fuqi. Sasia e presionit të frenimit varej nga forca dhe shkathtësia e përcjellësit. Për më tepër, faktori njerëzor ndërhyri në funksionimin e një sistemi të tillë frenimi - përçuesit jo gjithmonë i kryenin detyrat e tyre si duhet. Nuk kishte nevojë të flitej për efikasitetin e lartë të frenave të tilla, si dhe rritjen e shpejtësisë së trenave të pajisur me to.
Zhvillimi i mëtejshëm i frenave kërkon, së pari, një rritje të presionit të frenimit, dhe së dyti, mundësinë e kontrollit të largët në të gjitha makinat nga vendi i punës i shoferit.
Makina hidraulike e përdorur në frenat e automobilave është bërë e përhapur për shkak të faktit se siguron presion të lartë me aktivizues kompakt. Sidoqoftë, kur përdorni një sistem të tillë në një tren, do të shfaqet pengesa kryesore e tij: nevoja për një lëng pune të veçantë - lëng frenash, rrjedhja e të cilit është e papranueshme. Gjatësia e madhe e linjave hidraulike të frenave në një tren, së bashku me kërkesat e larta për ngushtësinë e tyre, e bëjnë të pamundur dhe joracionale krijimin e një frenimi hidraulik hekurudhor.
Një tjetër gjë është ngasja pneumatike. Përdorimi i ajrit me presion të lartë bën të mundur marrjen e presioneve të larta të frenimit me dimensione të pranueshme të aktuatorëve - cilindrave të frenave. Nuk ka mungesë të lëngut të punës - ajri është kudo rreth nesh, dhe edhe nëse ka një rrjedhje të lëngut të punës nga sistemi i frenave (dhe sigurisht që po), ai mund të rimbushet relativisht lehtë.
Sistemi më i thjeshtë i frenimit që përdor energjinë e ajrit të kompresuar është frenim joautomatik me veprim të drejtpërdrejtë
Diagrami i një frenimi joautomatik me veprim të drejtpërdrejtë: 1 - kompresor; 2 - rezervuari kryesor; 3 - linja e furnizimit; 4 — vinçi i trenit të shoferit; 5 - linja e frenave; 6 — cilindri i frenave; 7 - pranverë lirimi; 8, 9 - transmetimi mekanik i frenave; 10 - jastëku i frenave.
Për të përdorur një frenim të tillë, kërkohet një furnizim me ajër të kompresuar, i ruajtur në lokomotivë në një rezervuar të veçantë të quajtur rezervuari kryesor (2). Injektimi i ajrit në rezervuarin kryesor dhe mbajtja e presionit të vazhdueshëm në të kryhet kompresor (1), i drejtuar nga termocentrali i lokomotivës. Ajri i kompresuar furnizohet me pajisjet e kontrollit të frenave përmes një tubacioni të veçantë të quajtur ushqyese (NM) ose presioni autostrada (3).
Frenat e makinave kontrollohen dhe ajri i kompresuar u furnizohet atyre përmes një tubacioni të gjatë që kalon nëpër të gjithë trenin dhe quhet linja e frenave (TM) (5). Kur ajri i kompresuar furnizohet përmes TM, ai mbushet cilindrat e frenave (TC) (6) i lidhur direkt me TM. Ajri i kompresuar shtyp në piston, duke shtypur jastëkët e frenave 10 kundër rrotave, si në lokomotivë ashtu edhe në makina. Ndodh frenimi.
Për të ndaluar frenimin, d.m.th largohem frenave, është e nevojshme të lëshohet ajri nga linja e frenave në atmosferë, gjë që do të çojë në kthimin e mekanizmave të frenave në pozicionin e tyre origjinal për shkak të forcës së burimeve lëshuese të instaluara në TC.
Për të frenuar, është e nevojshme të lidhni linjën e frenimit (TM) me linjën e furnizimit (PM). Për pushime, lidhni linjën e frenave me atmosferën. Këto funksione kryhen nga një pajisje speciale - vinç i trenit të shoferit (4) - kur frenon, lidh PM dhe PM, kur lirohet, i shkëput këto tubacione, duke lëshuar njëkohësisht ajrin nga PM në atmosferë.
Në një sistem të tillë, ekziston një pozicion i tretë, i ndërmjetëm i vinçit të shoferit - kulmi i ri kur PM dhe TM janë të ndara, por lëshimi i ajrit nga TM në atmosferë nuk ndodh, vinçi i shoferit e izolon plotësisht atë. Presioni i grumbulluar në TM dhe TC ruhet dhe koha e mbajtjes së tij në nivelin e caktuar përcaktohet nga sasia e rrjedhjes së ajrit përmes rrjedhjeve të ndryshme, si dhe nga rezistenca termike e tabelave të frenave, të cilat nxehen gjatë fërkimit kundër gomat e rrotave. Vendosja e tij në tavan si gjatë frenimit ashtu edhe gjatë lëshimit ju lejon të rregulloni forcën e frenimit me hapa. Ky lloj frenimi siguron si frenimin e hapave ashtu edhe çlirimin e hapit.
Megjithë thjeshtësinë e një sistemi të tillë frenimi, ai ka një të metë fatale - kur treni shkëputet, linja e frenave çahet, ajri ikën prej tij dhe treni mbetet pa frena. Është për këtë arsye që një frenim i tillë nuk mund të përdoret në transportin hekurudhor, kostoja e dështimit të tij është shumë e lartë. Edhe pa një këputje treni, nëse ka një rrjedhje të madhe ajri, efikasiteti i frenimit do të reduktohet.
Bazuar në sa më sipër, lind kërkesa që frenimi i trenit të inicohet jo nga një rritje, por nga një ulje e presionit në TM. Por si të mbushni cilindrat e frenave? Kjo krijon kërkesën e dytë - çdo njësi lëvizëse në tren duhet të ruajë një furnizim me ajër të kompresuar, i cili duhet të plotësohet menjëherë pas çdo frenimi.
Mendimi inxhinierik në fund të shekullit të 1872-të arriti në përfundime të ngjashme, gjë që u pasqyrua në krijimin nga George Westinghouse në XNUMX të frenave të para automatike hekurudhore.
Pajisja e frenave Westinghouse: 1 - kompresor; 2 - rezervuari kryesor; 3 - linja e furnizimit; 4 — vinçi i trenit të shoferit; 5 - linja e frenave; 6 — shpërndarës ajri (valvula e trefishtë) e sistemit Westinghouse; 7 — cilindri i frenave; 8 — rezervuar rezervë; 9 - valvula e ndalimit.
Figura tregon strukturën e këtij freni (Figura a - funksionimi i frenimit gjatë lëshimit; b - funksionimi i frenimit gjatë frenimit). Elementi kryesor i frenave Westigauze ishte shpërndarës i ajrit të frenave ose, siç quhet ndonjëherë, valvula e trefishtë. Ky shpërndarës ajri (6) ka një organ të ndjeshëm - një piston që funksionon në ndryshimin midis dy presioneve - në linjën e frenimit (TM) dhe rezervuarin e rezervës (R). Nëse presioni në TM bëhet më i vogël se në TC, atëherë pistoni lëviz në të majtë, duke hapur rrugën për ajrin nga CM në TC. Nëse presioni në TM bëhet më i madh se presioni në SZ, pistoni lëviz në të djathtë, duke komunikuar TC me atmosferën, dhe në të njëjtën kohë duke komunikuar TM dhe SZ, duke siguruar që kjo e fundit të jetë e mbushur me ajër të kompresuar nga TM.
Kështu, nëse presioni në TM zvogëlohet për ndonjë arsye, qofshin veprimet e shoferit, rrjedhje e tepërt e ajrit nga TM, ose këputje treni, frenat do të funksionojnë. Kjo është, frena të tilla kanë veprim automatik. Kjo veçori e frenave bëri të mundur shtimin e një mundësie tjetër për kontrollin e frenave të trenit, e cila përdoret në trenat e pasagjerëve edhe sot e kësaj dite - një ndalesë emergjente e trenit nga një pasagjer duke komunikuar linjën e frenimit me atmosferën përmes një valvule të veçantë - frena emergjente (9).
Për ata që janë të njohur me këtë veçori të sistemit të frenimit të trenit, është qesharake të shikosh filma ku hajdutët-kaubojs shkulin një karrocë me ar nga treni. Në mënyrë që kjo të jetë e mundur, kaubojët duhet që, përpara se të shkëputen, të mbyllin valvulat fundore në vijën e frenave që ndajnë linjën e frenave nga zorrët lidhëse midis makinave. Por ata nuk e bëjnë kurrë. Nga ana tjetër, valvulat fundore të mbyllura kanë shkaktuar më shumë se një herë fatkeqësi të tmerrshme të lidhura me dështimin e frenave, si këtu (Kamensk në 1987, Eral-Simskaya në 2011) ashtu edhe jashtë saj.
Për shkak të faktit se mbushja e cilindrave të frenave ndodh nga një burim dytësor i ajrit të kompresuar (rezervuari rezervë), pa mundësinë e rimbushjes së tij të vazhdueshme, një frenim i tillë quhet duke vepruar në mënyrë indirekte. Ngarkimi i frenave me ajër të kompresuar ndodh vetëm kur lirohet frena, gjë që çon në faktin se me frenim të shpeshtë të ndjekur nga lëshimi, nëse nuk ka kohë të mjaftueshme pas lëshimit, frena nuk do të ketë kohë të ngarkohet në presionin e kërkuar. Kjo mund të rezultojë në rraskapitje të plotë të frenave dhe humbje të kontrollit të frenave të trenit.
Frena pneumatike ka gjithashtu një pengesë tjetër që lidhet me faktin se rënia e presionit në vijën e frenimit, si çdo shqetësim, përhapet në ajër me një shpejtësi të lartë, por ende të kufizuar - jo më shumë se 340 m/s. Pse jo më shumë? Sepse shpejtësia e zërit është ideale. Por në sistemin pneumatik të trenit ka një sërë pengesash që zvogëlojnë shpejtësinë e përhapjes së rënies së presionit të lidhur me rezistencën ndaj rrjedhës së ajrit. Prandaj, nëse nuk merren masa të veçanta, shkalla e uljes së presionit në TM do të jetë më e ulët, sa më larg që makina të jetë nga lokomotiva. Në rastin e frenave të Westinghouse, shpejtësia e të ashtuquajturës valë frenimi nuk i kalon 180 - 200 m/s.
Megjithatë, ardhja e frenave pneumatike bëri të mundur rritjen e fuqisë së frenave dhe efikasitetit të kontrollit të tyre direkt nga vendi i punës së shoferit.Kjo shërbeu si një shtysë e fuqishme për zhvillimin e transportit hekurudhor, duke rritur shpejtësinë dhe peshën e trenat, dhe si rezultat, një rritje kolosale e qarkullimit të mallrave në hekurudhë, rritja e gjatësisë së linjave hekurudhore në mbarë botën.
George Westinghouse nuk ishte vetëm një shpikës, por edhe një biznesmen sipërmarrës. Ai e patentoi shpikjen e tij në vitin 1869, gjë që e lejoi atë të nisë prodhimin masiv të pajisjeve të frenave. Shumë shpejt, frena Westinghouse u përhap në SHBA, Evropën Perëndimore dhe Perandorinë Ruse.
Në Rusi, frena Westinghouse mbretëroi suprem deri në Revolucionin e Tetorit, dhe për një kohë mjaft të gjatë pas tij. Kompania Westinghouse ndërtoi fabrikën e saj të frenave në Shën Petersburg, dhe gjithashtu dëboi me mjeshtëri konkurrentët nga tregu rus. Sidoqoftë, frena Westinghouse kishte një sërë disavantazhesh themelore.
Së pari, ky frenim siguronte vetëm dy mënyra funksionimi: frenim derisa cilindrat e frenave të mbushen plotësisht, dhe Pushime - zbrazja e cilindrave të frenave. Ishte e pamundur të krijohej një sasi e ndërmjetme e presionit të frenimit me mirëmbajtjen e tij afatgjatë, domethënë, frena Westinghouse nuk kishte një modalitet kulmi i ri. Kjo nuk lejonte kontrollin e saktë të shpejtësisë së trenit.
Së dyti, frena Westinghouse nuk funksionoi mirë në trenat e gjatë, dhe ndërsa kjo mund të tolerohej disi në trafikun e pasagjerëve, u shfaqën probleme në trafikun e mallrave. E mbani mend valën e frenimit? Pra, frena Westinghouse nuk kishte mjetet për të rritur shpejtësinë e saj, dhe në një tren të gjatë, ulja e presionit në lëngun e frenave në makinën e fundit mund të fillonte shumë vonë, dhe me një ritëm dukshëm më të ulët se në krye të makinës. treni, i cili krijoi funksionimin e egër të pabarabartë të pajisjeve të frenimit përgjatë trenit.
Duhet thënë se të gjitha aktivitetet e kompanisë Westinghouse, si në Rusi në atë kohë ashtu edhe në të gjithë botën, janë plotësisht të ngopura me aromën kapitaliste të luftërave të patentave dhe konkurrencës së pandershme. Kjo është ajo që i siguroi një sistemi kaq të papërsosur një jetë kaq të gjatë, të paktën në atë periudhë historike.
Me gjithë këtë, duhet pranuar se frena Westinghouse hodhi themelet e shkencës së frenimit dhe parimi i funksionimit të tij ka mbetur i pandryshuar në frenat moderne të mjeteve lëvizëse.
2. Nga frena Westinghouse te frena Matrosov - formimi i shkencës së frenimit të brendshëm.
Pothuajse menjëherë pas shfaqjes së frenave Westinghouse dhe realizimit të mangësive të tij, u ngritën përpjekje për të përmirësuar këtë sistem, ose për të krijuar një tjetër, thelbësisht të ri. Vendi ynë nuk ishte përjashtim. Në fillim të shekullit të XNUMX-të, Rusia kishte një rrjet të zhvilluar hekurudhor, i cili luajti një rol të rëndësishëm në sigurimin e zhvillimit ekonomik dhe aftësive mbrojtëse të vendit. Rritja e efikasitetit të transportit shoqërohet me një rritje të shpejtësisë së lëvizjes së tij dhe masës së ngarkesave të transportuara njëkohësisht, që do të thotë se çështjet e përmirësimit të sistemeve të frenimit janë ngritur urgjentisht.
Një shtysë e rëndësishme për zhvillimin e shkencës së frenimit në RSFSR dhe më vonë në BRSS ishte ulja e ndikimit të kapitalit të madh perëndimor, veçanërisht kompanisë Westinghouse, në zhvillimin e industrisë së brendshme hekurudhore pas tetorit 1917.
F.P. Kazantsev (majtas) dhe I.K. Detarët (djathtas) - krijuesit e frenave hekurudhore vendase
Shenja e parë, arritja e parë serioze e shkencës së re të frenimit vendas, ishte zhvillimi i inxhinierit Florenty Pimenovich Kazantsev. Në 1921, Kazantsev propozoi një sistem frenim automatik me veprim të drejtpërdrejtë. Diagrami më poshtë përshkruan të gjitha idetë kryesore të prezantuara jo vetëm nga Kazantsev, dhe qëllimi i tij është të shpjegojë parimet themelore të funksionimit të frenave automatike të përmirësuara
Frena automatike me veprim të drejtpërdrejtë: 1 - kompresor; 2 - rezervuari kryesor; 3 - linja e furnizimit; 4 — vinçi i trenit të shoferit; 5 — pajisja e furnizimit të rrjedhjes së linjës së frenave; 6 — linja e frenave; 7 — zorrët lidhëse të frenave; 8 - valvula fundore; 9 - valvula e ndalimit; 10 - valvula e kontrollit; 11 — rezervuar rezervë; 12 — shpërndarës ajri; 13 — cilindri i frenave; 14 - transmetimi i levës së frenave.
Pra, ideja e parë kryesore është që presioni në TM kontrollohet në mënyrë indirekte - nëpërmjet një ulje/rritje të presionit në një rezervuar të veçantë të quajtur rezervuari i mbitensionit (UR). Tregohet në figurën në të djathtë të rubinetit të shoferit (4) dhe në krye të pajisjes së furnizimit me energji elektrike për rrjedhje nga TM (5). Dendësia e këtij rezervuari është teknikisht shumë më e lehtë për t'u siguruar sesa dendësia e linjës së frenimit - një tub që arrin disa kilometra në gjatësi dhe kalon nëpër të gjithë trenin. Stabiliteti relativ i presionit në UR bën të mundur ruajtjen e presionit në TM, duke përdorur presionin në UR si referencë. Në të vërtetë, pistoni në pajisjen (5) kur presioni në TM zvogëlohet, hap valvulën që mbush TM nga linja e furnizimit, duke mbajtur kështu një presion në TM të barabartë me presionin në UR. Kjo ide kishte ende një rrugë të gjatë për të bërë në zhvillim, por tani presioni në TM nuk varej nga prania e rrjedhjeve të jashtme prej saj (deri në kufij të caktuar). Pajisja 5 migroi në vinçin e operatorit dhe mbetet atje, në një formë të modifikuar, deri më sot.
Një ide tjetër e rëndësishme që qëndron në themel të dizajnit të këtij lloji të frenave është furnizimi me energji nga lëngu i frenave përmes valvulës së frenimit 10. Kur presioni në valvulën e frenimit tejkalon presionin në valvulën e frenimit, kjo valvul hapet, duke mbushur valvulën nga frena lëng. Në këtë mënyrë, rrjedhjet plotësohen vazhdimisht nga rezervuari i rezervës dhe frena nuk mbaron.
Ideja e tretë e rëndësishme e propozuar nga Kazantsev është dizenjimi i një shpërndarësi ajri që funksionon në ndryshimin e jo dy presioneve, por tre - presionit në vijën e frenimit, presionit në cilindrin e frenave dhe presionit në një dhomë të veçantë pune (WC). i cili, gjatë lëshimit, ushqehet nga presioni nga linja e frenimit, së bashku me një rezervuar rezervë. Në modalitetin e frenimit, presioni i karikimit shkëputet nga rezervuari i rezervës dhe linja e frenimit, duke ruajtur vlerën e presionit fillestar të karikimit. Kjo veti përdoret gjerësisht në frenat e mjeteve lëvizëse si për të siguruar lëshimin hap pas hapi ashtu edhe për të kontrolluar uniformitetin e mbushjes së TC përgjatë trenit në trenat e mallrave, pasi dhoma e punës shërben si standard për presionin fillestar të karikimit. Bazuar në vlerën e tij, është e mundur të sigurohet lëshimi hap pas hapi dhe organizimi i mbushjes më të hershme të qendrës tregtare në makinat bisht. Do të lë një përshkrim të hollësishëm të këtyre gjërave për artikuj të tjerë mbi këtë temë, por tani për tani do të them vetëm se puna e Kazantsev shërbeu si një nxitje për zhvillimin e një shkolle shkencore në vendin tonë, e cila çoi në zhvillimin e origjinalit. sistemet e frenimit të mjeteve lëvizëse.
Një tjetër shpikës sovjetik që ndikoi rrënjësisht në zhvillimin e frenave vendase të mjeteve lëvizëse ishte Ivan Konstantinovich Matrosov. Idetë e tij nuk ishin thelbësisht të ndryshme nga idetë e Kazantsev, megjithatë, testet e mëvonshme operacionale të sistemeve të frenave Kazantsev dhe Matrosov (së bashku me sistemet e tjera të frenave) treguan epërsinë e konsiderueshme të sistemit të dytë për sa i përket karakteristikave të performancës kur përdoren kryesisht në trenat e mallrave. Kështu, frena Matrosov me një shpërndarës ajri është e kushtëzuar. Nr. 320 u bë baza për zhvillimin dhe projektimin e mëtejshëm të pajisjeve të frenimit për hekurudhat me matës 1520 mm. Një fren automatik modern i përdorur në Rusi dhe vendet e CIS me të drejtë mund të mbajë emrin e frenave të Matrosovit, pasi thithi, në fazën fillestare të zhvillimit të tij, idetë dhe zgjidhjet e projektimit të Ivan Konstantinovich.
Në vend të një përfundimi
Cili është përfundimi? Puna për këtë artikull më bindi se tema është e denjë për një seri artikujsh. Në këtë artikull pilot, ne prekëm historinë e zhvillimit të frenave të mjeteve lëvizëse. Në vijim do të kalojmë në detaje plot lëng, duke prekur jo vetëm frenimin e brendshëm, por edhe zhvillimet e kolegëve nga Evropa Perëndimore, duke vënë në pah dizajnin e frenave të llojeve dhe llojeve të ndryshme të shërbimit të mjeteve lëvizëse. Pra, shpresoj se tema do të jetë interesante dhe do të shihemi përsëri në qendër!
Faleminderit per vemendjen!
Burimi: www.habr.com