Кинетичка енергија Сапсана при максималној брзини је преко 1500 мегаџула. За потпуно заустављање, све то мора бити распршено кочионим уређајима.

То је била ствар замолио ме да елаборирам ову тему баш овде на Хабреу. Овде је објављено доста прегледних чланака о железничким темама, али ова тема још увек није детаљно обрађена. Мислим да би било прилично занимљиво написати чланак о овоме, а можда и више од једног. Зато молим за мачку оних које занима како су пројектовани кочиони системи железничког транспорта и из којих разлога су овако пројектовани.

1. Историја ваздушне кочнице

Задатак управљања било којим возилом укључује регулисање његове брзине. Железнички транспорт није изузетак, штавише, његове карактеристике дизајна уносе значајне нијансе у овај процес. Воз се састоји од великог броја међусобно повезаних вагона, а резултујући систем има значајну дужину и тежину при веома пристојној брзини.

А-приоритет, кочнице су скуп уређаја дизајнираних да створе вештачке, подесиве силе отпора које се користе за контролно смањење брзине возила.

Најочигледнији, на површини, начин стварања силе кочења је коришћење трења. Од самог почетка до данас коришћене су фрикционе кочнице. Специјални уређаји – кочионе плочице, направљене од материјала са високим коефицијентом трења, механички се притискају на котрљајућу површину точка (или на специјалне дискове постављене на осовину коловоза). Између јастучића и точка настаје сила трења, стварајући кочиони момент.

Сила кочења се подешава променом силе притиска јастучића на точак - притисак кочнице. Питање је само који погон се користи за притискање плочица, а делом и историја кочница је историја развоја овог погона.

Прве железничке кочнице су биле механичке и њима су управљали ручно, посебно на сваком вагону, од посебних људи - кочничара или кондуктера. Кондуктери су се налазили на такозваним кочионим платформама којима је сваки вагон био опремљен и кочили су на знак машиновође. Размена сигнала између машиновође и кондуктера вршена је помоћу специјалног сигналног ужета развученог дуж целог воза, који је активирао посебан звиждук.

Стари двоосовински теретни вагон са кочионом плочицом. Видљиво дугме ручне кочнице


Сама кочница на механички погон има малу снагу. Количина кочионог притиска зависила је од снаге и спретности проводника. Поред тога, људски фактор је ометао рад таквог кочионог система - проводници нису увек исправно обављали своје дужности. О високој ефикасности таквих кочница, као и о повећању брзине возова опремљених њима, није требало говорити.

Даљи развој кочница захтевао је, прво, повећање кочионог притиска, а друго, могућност даљинског управљања свим аутомобилима са радног места возача.

Хидраулички погон који се користи у аутомобилским кочницама постао је широко распрострањен због чињенице да обезбеђује висок притисак са компактним актуаторима. Међутим, када се такав систем користи у возу, појавиће се његов главни недостатак: потреба за посебном радном течношћу - кочионом течношћу, чије је цурење неприхватљиво. Велика дужина кочионих хидрауличних водова у возу, заједно са високим захтевима за њихову непропусност, онемогућавају и нерационалним стварање хидрауличне железничке кочнице.

Друга ствар је пнеуматски погон. Употреба ваздуха високог притиска омогућава добијање високих притисака кочница са прихватљивим димензијама актуатора - кочионих цилиндара. Радне течности не недостаје – ваздух је свуда око нас, а чак и ако дође до цурења радне течности из кочионог система (а свакако јесте), може се релативно лако допунити.

Најједноставнији кочиони систем који користи енергију компримованог ваздуха је неаутоматска кочница директног дејства

Дијаграм неаутоматске кочнице директног дејства: 1 - компресор; 2 - главни резервоар; 3 - доводни вод; 4 — машинска дизалица; 5 - кочни вод; 6 — кочиони цилиндар; 7 — отпусна опруга; 8, 9 — механички кочиони пренос; 10 - кочиона плочица.


За рад такве кочнице потребан је довод компримованог ваздуха, ускладиштеног на локомотиви у посебном резервоару тзв. главни резервоар (2). Изводи се убризгавање ваздуха у главни резервоар и одржавање константног притиска у њему компресор (1), коју покреће локомотива. Компримовани ваздух се доводи до уређаја за контролу кочница преко посебног цевовода тзв нутритивна (НМ) или притисак аутопут (3).

Кочнице вагона су контролисане и компримовани ваздух им се доводи дугим цевоводом који пролази кроз цео воз и тзв. кочни вод (ТМ) (5). Када се компримовани ваздух доводи кроз ТМ, он се пуни кочиони цилиндри (ТЦ) (6) директно повезан са ТМ. Компримовани ваздух притиска на клип, притискајући кочионе плочице 10 на точкове, како на локомотиви, тако и на вагонима. Долази до кочења.

Да заустави кочење, тј одмор кочнице, потребно је избацивање ваздуха из кочионог вода у атмосферу, што ће довести до враћања кочионих механизама у првобитни положај услед силе отпуштајућих опруга уграђених у ТЦ.

За кочење потребно је спојити кочиони вод (ТМ) са доводном линијом (ПМ). За одмор повежите кочиону линију са атмосфером. Ове функције обавља посебан уређај - машиновођа железничка дизалица (4) - при кочењу повезује ПМ и ПМ, када се пусти, искључује ове цевоводе, истовремено испуштајући ваздух из ПМ у атмосферу.

У таквом систему постоји трећи, средњи положај дизалице возача - рерооф када су ПМ и ТМ раздвојени, али не дође до ослобађања ваздуха из ТМ у атмосферу, дизалица возача га потпуно изолује. Притисак акумулиран у ТМ и ТЦ се одржава и време одржавања на задатом нивоу је одређено количином цурења ваздуха кроз различита цурења, као и термичким отпором кочионих плочица које се загревају током трења о гуме на точковима. Постављање у плафон и током кочења и током отпуштања омогућава вам да постепено подешавате силу кочења. Ова врста кочнице обезбеђује и степенасто кочење и отпуштање корака.

Упркос једноставности таквог кочионог система, он има фаталну ману – када се воз одвоји, кочни вод пуца, из њега излази ваздух и воз остаје без кочница. Из тог разлога се таква кочница не може користити у железничком транспорту, цена њеног квара је превисока. Чак и без руптуре воза, ако постоји велико цурење ваздуха, ефикасност кочнице ће бити смањена.

На основу наведеног, намеће се захтев да се кочење воза иницира не повећањем, већ смањењем притиска у ТМ. Али како онда напунити кочионе цилиндре? Ово доводи до другог захтева - свака покретна јединица у возу мора да складишти залихе компримованог ваздуха, који се мора одмах допунити након сваког кочења.

Инжењерска мисао је крајем 1872. века дошла до сличних закључака, што је резултирало стварањем прве аутоматске железничке кочнице Џорџа Вестингхауса XNUMX. године.

Вестингхаус кочни уређај: 1 - компресор; 2 - главни резервоар; 3 - доводни вод; 4 — машинска дизалица; 5 - кочни вод; 6 — разводник ваздуха (троструки вентил) система Вестингхоусе; 7 — кочиони цилиндар; 8 — резервни резервоар; 9 - зауставни вентил.

На слици је приказана структура ове кочнице (слика а – рад кочнице при отпуштању; б – рад кочнице при кочењу). Главни елемент кочнице Вестигаузе био је разводник кочионог ваздуха или, како се то понекад назива, троструки вентил. Овај разводник ваздуха (6) има осетљиви орган - клип који ради на разлици између два притиска - у кочионом воду (ТМ) и резервном резервоару (Р). Ако притисак у ТМ постане мањи него у ТЦ, тада се клип помера улево, отварајући пут ваздуху од ЦМ до ТЦ. Ако притисак у ТМ постане већи од притиска у СЗ, клип се помера удесно, комуницирајући ТЦ са атмосфером, и истовремено комуницирајући ТМ и СЗ, обезбеђујући да се потоњи напуни компримованим ваздухом из тхе ТМ.

Дакле, ако се притисак у ТМ из било ког разлога смањи, било да је то радња машиновође, прекомерно цурење ваздуха из ТМ или пукнуће воза, кочнице ће радити. То јест, такве кочнице имају аутоматска акција. Ово својство кочнице омогућило је да се дода још једна могућност управљања кочницама воза, која се до данас користи у путничким возовима - хитно заустављање воза од стране путника комуницирањем кочионог вода са атмосфером преко посебног вентила - кочница за случај опасности (КСНУМКС).

За оне који су упознати са овом функцијом кочионог система воза, смешно је гледати филмове у којима лопови-каубоји славно откидају вагон са златом са воза. Да би то било могуће, каубоји морају, пре одвајања, да затворе крајње вентиле на кочионом воду који одвајају кочиони вод од спојних црева између аутомобила. Али никада не раде. С друге стране, вентили затвореног краја су више пута изазвали страшне катастрофе повезане са кваром кочница, како код нас (Каменск 1987., Ерал-Симскаја 2011.) тако и у иностранству.

Због чињенице да се пуњење кочионих цилиндара одвија из секундарног извора компримованог ваздуха (резервни резервоар), без могућности његовог сталног допуњавања, таква кочница се назива посредно делујући. Пуњење кочнице компримованим ваздухом настаје тек када се кочница отпусти, што доводи до тога да честим кочењем праћеним отпуштањем, ако нема довољно времена након отпуштања, кочница неће имати времена да се напуни до потребног притиска. То може довести до потпуног исцрпљивања кочнице и губитка контроле над кочницама воза.

Пнеуматска кочница такође има још један недостатак везан за чињеницу да се пад притиска у кочионој линији, као и сваки поремећај, шири у ваздуху великом, али ипак коначном брзином - не већом од 340 м/с. Зашто не више? Зато што је брзина звука идеална. Али у пнеуматском систему воза постоји низ препрека које смањују брзину ширења пада притиска повезаног са отпором протока ваздуха. Стога, уколико се не предузму посебне мере, брзина смањења притиска у ТМ ће бити мања, што је аутомобил даље од локомотиве. У случају кочнице Вестингхоусе, брзина тзв кочни талас не прелази 180 - 200 м/с.

Међутим, појава пнеуматске кочнице омогућила је повећање како снаге кочница, тако и ефикасности њиховог управљања директно са радног места возача.То је послужило као снажан подстицај за развој железничког транспорта, повећавајући брзину и тежину кочница. возова, а као резултат тога, колосалан пораст теретног промета на железници, повећање дужине железничких пруга широм света.

Џорџ Вестингхаус није био само проналазач, већ и предузимљив бизнисмен. Свој проналазак је патентирао давне 1869. године, што му је омогућило да покрене масовну производњу опреме за кочење. Врло брзо, Вестингхаусова кочница постала је распрострањена у САД, Западној Европи и Руском царству.

У Русији је Вестингхаусова кочница владала све до Октобарске револуције, и још дуго после ње. Компанија Вестингхоусе је изградила сопствену фабрику кочница у Санкт Петербургу, а такође је вешто истиснула конкуренте са руског тржишта. Међутим, Вестингхоусе кочница је имала низ фундаменталних недостатака.

Прво, ова кочница је обезбедила само два режима рада: кочење док се кочиони цилиндри потпуно не напуне, и одмор — пражњење кочионих цилиндара. Било је немогуће створити средњу количину кочионог притиска са његовим дуготрајним одржавањем, односно Вестингхоусе кочница није имала режим рерооф. То није омогућило прецизну контролу брзине воза.

Друго, Вестингхоусе кочница није добро радила на дугим возовима, и док се то некако могло толерисати у путничком саобраћају, проблеми су се појавили у теретном саобраћају. Сећате се таласа кочења? Дакле, Вестингхоусе кочница није имала средства да повећа брзину, а у дугом возу, смањење притиска у кочионој течности на последњем вагону могло би да почне прекасно, и то брзином знатно нижом него на челу воз, што је створило дивље неравномерно деловање кочионих уређаја широм воза.

Мора се рећи да су све активности компаније Вестингхоусе, како у Русији у то време тако и широм света, у потпуности засићене капиталистичким мирисом патентних ратова и нелојалне конкуренције. То је оно што је тако несавршеном систему обезбедило тако дуг живот, барем у том историјском периоду.

Уз све ово, треба признати да је кочница Вестингхоусе поставила темеље науке о кочењу и да је принцип њеног рада остао непромењен у савременим кочницама возног парка.

2. Од Вестингхаусове кочнице до Матросовске кочнице – формирање домаће науке о кочењу.

Готово одмах након појаве Вестингхаусове кочнице и увиђања њених недостатака, појавили су се покушаји да се овај систем унапреди, или да се створи други, суштински нови. Наша земља није била изузетак. Почетком 20. века Русија је имала развијену мрежу железница, које су имале значајну улогу у обезбеђивању економског развоја и одбрамбене способности земље. Повећање ефикасности транспорта повезано је са повећањем брзине његовог кретања и масе терета који се истовремено превози, што значи да су хитно покренута питања побољшања кочионих система.

Значајан подстицај за развој науке о кочењу у РСФСР, а касније и у СССР-у, било је смањење утицаја крупног западног капитала, посебно компаније Вестингхоусе, на развој домаће железничке индустрије након октобра 1917.

Ф.П. Казанцев (лево) и И.К. Морнари (десно) - творци домаће железничке кочнице


Први знак, прво озбиљно достигнуће младе домаће науке о кочењу, био је развој инжењера Флорентија Пименовича Казанцева. 1921. Казанцев је предложио систем аутоматска кочница директног дејства. Дијаграм испод описује све главне идеје које је увео не само Казантсев, а његова сврха је да објасни основне принципе рада побољшане аутоматске кочнице

Аутоматска кочница директног дејства: 1 - компресор; 2 - главни резервоар; 3 - доводни вод; 4 — машинска дизалица; 5 — уређај за довод цурења кочионог вода; 6 — кочни вод; 7 — прикључна црева кочнице; 8 - крајњи вентил; 9 - зауставни вентил; 10 - неповратни вентил; 11 — резервни резервоар; 12 — разводник ваздуха; 13 — кочиони цилиндар; 14 — пренос ручице кочнице.


Дакле, прва главна идеја је да се притисак у ТМ контролише индиректно – кроз смањење/повећање притиска у посебном резервоару тзв. додатни резервоар за гориво (УР). То је приказано на слици десно од славине за возача (4) и на врху уређаја за напајање због цурења из ТМ (5). Густину овог резервоара је технички много лакше обезбедити него густину кочионог вода - цеви која досеже неколико километара дужине и пролази кроз цео воз. Релативна стабилност притиска у УР омогућава одржавање притиска у ТМ, користећи притисак у УР као референтни. Заиста, клип у уређају (5) када се притисак у ТМ смањи, отвара вентил који пуни ТМ из доводног вода, чиме се одржава притисак у ТМ једнак притиску у УР. Ова идеја је још имала дуг пут у развоју, али сада притисак у ТМ није зависио од присуства спољних цурења из њега (до одређених граница). Уређај 5 мигрирао је у дизалицу оператера и ту је остао, у модификованом облику, до данас.

Још једна важна идеја која лежи у основи дизајна ове врсте кочнице је напајање из кочионе течности преко неповратног вентила 10. Када притисак у кочионом вентилу пређе притисак у кочионом вентилу, овај вентил се отвара, пунећи вентил из кочнице. течност. На овај начин, цурења се континуирано допуњују из резервног резервоара и кочница не истиче.

Трећа важна идеја коју је предложио Казанцев је дизајн дистрибутера ваздуха који ради на разлици не два притиска, већ три - притисак у кочионом воду, притисак у кочионом цилиндру и притисак у посебној радној комори (ВЦ), који се током отпуштања напаја притиском из кочионог вода, заједно са резервним резервоаром. У режиму кочења, притисак пуњења се одваја од резервног резервоара и кочионог вода, одржавајући вредност почетног притиска пуњења. Ово својство има широку примену код кочница шинских возила како за постепени отпуштање тако и за контролу уједначености пуњења ТЦ дуж воза у теретним возовима, пошто радна комора служи као стандард за почетни притисак пуњења. На основу његове вредности, могуће је обезбедити поступно ослобађање и организовати раније пуњење тржног центра у репним колима. Оставићу детаљан опис ових ствари за друге чланке на ову тему, али за сада ћу само рећи да је Казанцевов рад послужио као подстицај за развој научне школе у ​​нашој земљи, што је довело до развоја оригиналног кочиони системи возних средстава.

Још један совјетски проналазач који је радикално утицао на развој домаћих кочница за возна возила био је Иван Константинович Матросов. Његове идеје се нису суштински разликовале од идеја Казанцева, међутим, каснија испитивања кочионих система Казанцева и Матросова (заједно са другим кочионим системима) показала су значајну супериорност другог система у погледу карактеристика перформанси када се користи првенствено на теретним возовима. Дакле, кочница Матросов са дистрибутером ваздуха је условна. Број 320 постао је основа за даљи развој и пројектовање кочионе опреме за пруге колосека 1520 мм. Модерна аутоматска кочница која се користи у Русији и земљама ЗНД може с правом носити име Матросовљеве кочнице, јер је у почетној фази свог развоја апсорбовала идеје и дизајнерска решења Ивана Константиновича.

Уместо закључка

Шта је закључак? Рад на овом чланку ме је уверио да је тема вредна серије чланака. У овом пилот чланку дотакли смо се историје развоја кочница на возном парку. У наставку ћемо ући у сочне детаље, дотичући се не само домаће кочнице, већ и развоја колега из западне Европе, истичући дизајн кочница различитих типова и типова сервиса возних средстава. Дакле, надам се да ће тема бити занимљива, и видимо се поново на хабу!

Хвала на пажњи!

Извор: ввв.хабр.цом