Железнодорожный пневматический тормоз – это силовая тормозная система железнодорожного тормоза , в которой в качестве рабочей среды используется сжатый воздух . [1] В современных поездах используется надежная пневматическая тормозная система, основанная на конструкции, запатентованной Джорджем Вестингаузом 13 апреля 1869 года. [2] Впоследствии была организована компания Westinghouse Air Brake Company для производства и продажи изобретения Вестингауза. В различных формах он был принят почти повсеместно.
Система Westinghouse использует давление воздуха для зарядки воздушных резервуаров (баков) каждого автомобиля. Полное давление воздуха заставляет каждую машину отпустить тормоза. Последующее снижение или потеря давления воздуха заставляет каждый автомобиль тормозить, используя сжатый воздух, хранящийся в его резервуарах. [3]
В простейшей форме пневматического тормоза, называемой прямой воздушной системой , сжатый воздух воздействует на поршень в цилиндре. Поршень соединен посредством механической связи с тормозными колодками , которые могут тереться о колеса поезда, используя возникающее трение для замедления поезда. Механическая связь может быть весьма сложной, поскольку она равномерно распределяет усилие от одного цилиндра со сжатым воздухом на 8 или 12 колес.
Сжатый воздух поступает из воздушного компрессора локомотива и передается из вагона в вагон по железнодорожной линии , состоящей из труб под каждым вагоном и шлангов между вагонами. Основная проблема прямой пневматической тормозной системы заключается в том, что любое разделение шлангов и трубок приводит к потере давления воздуха и, следовательно, к потере силы, прилагающей тормоза. Это легко могло стать причиной ухода поезда из-под контроля . Прямые пневматические тормоза до сих пор используются на локомотивах, хотя и в виде двухконтурной системы, обычно с каждой тележкой (грузовиком) с собственным контуром.
Чтобы разработать систему, лишенную недостатков прямой воздушной системы, компания Westinghouse изобрела систему, в которой каждая часть железнодорожного подвижного состава была оборудована воздушным резервуаром и тройным клапаном , также известным как регулирующий клапан . [4]
В отличие от прямой воздушной системы, система Westinghouse использует снижение давления воздуха в железнодорожной линии для косвенного задействования тормозов.
_(14763894515).jpg/1280px-Air_brakes,_an_up-to-date_treatise_on_the_Westinghouse_air_brake_as_designed_for_passenger_and_freight_service_and_for_electric_cars_(1918)_(14763894515).jpg)
Тройной клапан назван так потому, что он выполняет три функции: пропускает воздух в воздушный резервуар, готовый к использованию, задействует тормоза и отпускает их. При этом он поддерживает некоторые другие действия (т.е. «удерживает» или поддерживает приложение и позволяет сбрасывать давление в тормозном цилиндре и пополнять резервуар во время отпускания). В своей патентной заявке Вестингауз ссылается на свое «трехклапанное устройство», поскольку оно состоит из трех составных клапанных частей: тарельчатого клапана с мембранным управлением , подающего воздух из резервуара в тормозной цилиндр, клапана зарядки резервуара и выпускного клапана тормозного цилиндра. . Вскоре компания Westinghouse улучшила устройство, удалив тарельчатый клапан. Этими тремя компонентами стали поршневой клапан, золотниковый клапан и выпускной клапан.
Когда машинист задействует тормоз, управляя тормозным клапаном локомотива, линия поезда выходит в атмосферу с контролируемой скоростью, снижая давление в линии поезда и, в свою очередь, запуская тройной клапан на каждом вагоне для подачи воздуха в тормозной цилиндр. Когда машинист отпускает тормоз, портал тормозного клапана локомотива в атмосферу закрывается, позволяя перезарядить линию поезда с помощью компрессора локомотива. Последующее увеличение давления в магистрали заставляет тройные клапаны каждого вагона сбрасывать содержимое тормозного цилиндра в атмосферу, отпуская тормоза и перезаряжая резервуары.
Таким образом, система Westinghouse является отказоустойчивой : любой сбой в поездной линии, включая разделение («разрыв») поезда, приведет к потере давления в поездной линии, что приведет к включению тормозов и поезд до остановки, предотвращая тем самым уход поезда из-под контроля.
Современные пневматические тормозные системы выполняют две функции:
Когда тормоза поезда задействуются во время нормальной работы, машинист выполняет «сервисную заявку» или «снижение скорости обслуживания», что означает, что давление в тормозной магистрали снижается с контролируемой скоростью. Для того, чтобы давление в тормозной магистрали стало нормальным, требуется несколько секунд. Скорость изменения давления во время снижения нагрузки ограничена способностью сжатого воздуха преодолевать гидравлическое сопротивление трубы относительно малого диаметра и многочисленных колен по всей длине. поезда и относительно небольшое выхлопное отверстие на головном локомотиве, что означает, что тормоза самых задних вагонов сработают через некоторое время после того, как сработают тормоза самых передних вагонов, поэтому можно ожидать некоторой слабой обкатки. Постепенное снижение давления в тормозной магистрали смягчит этот эффект.
В современных локомотивах используются две пневматические тормозные системы. Система, управляющая тормозной магистралью, называется автоматическим тормозом и обеспечивает управление техническим и экстренным торможением всего поезда. Локомотив(ы) в голове поезда («ведущий состав») имеет вторичную систему, называемую независимым тормозом. Независимый тормоз представляет собой систему «прямого воздуха», благодаря которой торможение на локомотиве в начале поезда осуществляется независимо от автоматического тормоза, что обеспечивает более детальное управление поездом. Две тормозные системы могут взаимодействовать по-разному в зависимости от предпочтений производителя локомотивов или железной дороги. В некоторых системах автоматические и независимые приложения будут дополнительными; в некоторых системах к составу локомотива применимо большее из двух значений. Независимая система также обеспечивает механизм аварийного отключения , который отпускает тормоза ведущих локомотивов, не влияя на торможение остальной части поезда.
В случае, если поезду необходимо сделать экстренную остановку, машинист может выполнить «аварийное приложение», которое быстро сбросит все давление в тормозной магистрали в атмосферу, что приведет к более быстрому срабатыванию тормозов поезда. Аварийное применение также приводит к потере целостности тормозной трубки, поскольку весь воздух также будет немедленно выпущен в атмосферу.
При экстренном торможении включается дополнительный компонент пневматической тормозной системы каждого автомобиля. Тройной клапан разделен на две части: сервисную секцию, которая содержит механизм, используемый при торможении во время снижения нагрузки, и аварийную секцию, которая определяет более быстрое аварийное снижение давления в магистрали поезда. Кроме того, бачок пневматического тормоза каждого автомобиля разделен на две секции — сервисную часть и аварийную часть — и известен как «двухкамерный резервуар». В обычных условиях эксплуатации давление воздуха передается из сервисной секции в тормозной цилиндр, в то время как В экстренных ситуациях тройной клапан направляет весь воздух из обеих секций двухкамерного резервуара в тормозной цилиндр, что приводит к усилению нагрузки на 20–30 процентов.
Аварийная часть каждого тройного клапана активируется при более высокой скорости снижения давления в тормозной магистрали. [ как? ] Из-за длины поезда и небольшого диаметра тормозной магистрали скорость снижения является самой высокой вблизи передней части поезда (в случае аварийного применения по инициативе машиниста) или вблизи разрыва тормозной магистрали ( в случае нарушения целостности тормозной трубки). Дальше от источника аварийного приложения скорость снижения может быть снижена до такой степени, что тройные клапаны не будут распознавать приложение как аварийное снижение. Чтобы предотвратить это, аварийная часть каждого тройного клапана содержит вспомогательное вентиляционное отверстие, которое при активации аварийного приложения также локально сбрасывает давление из тормозной трубки непосредственно в атмосферу. Это служит для более быстрого удаления воздуха из тормозной магистрали и ускорения распространения скорости аварийного снижения по всей длине поезда.
Использование распределенной мощности (т. е. дистанционно управляемых локомотивов в середине поезда и/или в задней части) несколько смягчает проблему задержки во времени в длинных поездах, поскольку телеметрический радиосигнал от машиниста в переднем локомотиве управляет удаленными единицами. чтобы инициировать снижение тормозного давления, которое быстро распространяется на ближайшие автомобили.
Во многих современных пневматических тормозных системах вместо тройных клапанов используются распределители [ необходимы разъяснения ] . Они выполняют ту же функцию, что и тройные клапаны, но имеют дополнительные функции, такие как возможность частичного отпускания тормозов. [6]
Воздушный компрессор локомотива обычно заряжает основной резервуар воздухом под давлением 125–140 фунтов на квадратный дюйм (8,6–9,7 бар; 860–970 кПа). Тормоза поезда отпускаются путем подачи пониженного и регулируемого давления воздуха в главном резервуаре в тормозную трубку через автоматический тормозной клапан машиниста. В Америке полностью заправленная тормозная трубка обычно работает при давлении 70–90 фунтов на квадратный дюйм (4,8–6,2 бар; 480–620 кПа) для грузовых поездов и 110 фунтов на квадратный дюйм (7,6 бар; 760 кПа) AAA [ развернуть аббревиатуру ] для пассажирских поездов. [ нужна цитата ] Тормоза срабатывают, когда инженер переводит ручку автоматического тормоза в «сервисное» положение, что вызывает снижение давления в тормозной магистрали.
Во время нормальной эксплуатации давление в тормозной трубке никогда не снижается до нуля, и фактически для сохранения давления в тормозной трубке используется минимальное снижение, которое обеспечивает удовлетворительную реакцию тормоза. Внезапное и существенное снижение давления, вызванное нарушением целостности тормозной магистрали (например, перегоранием шланга), разрывом поезда на две части и отсоединением воздушных шлангов или переводом машиниста автоматического тормозного клапана в аварийное положение, приведет к экстренному торможению . приложение . [7] С другой стороны, медленная утечка, которая постепенно снижает давление в тормозной магистрали до нуля, что может произойти, если воздушный компрессор не работает и, следовательно, не поддерживает давление в основном резервуаре, не приведет к экстренному торможению.
Электропневматические или EP-тормоза представляют собой тип пневматического тормоза, который позволяет немедленно задействовать тормоза по всему поезду вместо последовательного применения. Тормоза EP используются в британской практике с 1949 года, а также используются в немецких высокоскоростных поездах (в первую очередь ICE ) с конца 1980-х годов; они полностью описаны в разделе «Электропневматическая тормозная система британских железнодорожных поездов» . По состоянию на 2005 год [обновлять]электропневматические тормоза проходили испытания в Северной Америке и Южной Африке на поездах, перевозящих руду и уголь.
В пассажирских поездах издавна применяется трехпроводной вариант электропневматического тормоза, дающий до семи ступеней тормозного усилия.
В Северной Америке компания Westinghouse Air Brake Company поставила высокоскоростное тормозное оборудование для нескольких модернизированных пассажирских поездов, построенных после Второй мировой войны . Это была электроуправляемая накладка на обычное пассажирское тормозное оборудование Д-22 и локомотив 24-РЛ. Обычно регулирующий клапан устанавливает опорное давление в объеме, который устанавливает давление в тормозном цилиндре через релейный клапан. Что касается электрической части, давление из второй прямой линии контролировало релейный клапан через двухходовой обратный клапан. Этот поезд с «прямым воздухом» заряжался (из резервуаров на каждом вагоне) и выпускался с помощью магнитных клапанов на каждом вагоне, управляемых электрически с помощью трехпроводного поезда, который, в свою очередь, управлялся электропневматическим главным контроллером в управляющем локомотиве. Этот контроллер сравнивал давление в прямом воздушном трубопроводе с давлением, подаваемым самопритирочной частью инженерного клапана, сигнализируя всем клапанам «применить» или «освободить» магниты в поезде открыться одновременно, изменяя давление в прямом трубопроводе. -воздушная линия поездов гораздо быстрее и равномернее, чем это возможно за счет простой подачи воздуха непосредственно из локомотива. Релейный клапан был оснащен четырьмя диафрагмами, магнитными клапанами, электрооборудованием управления и датчиком скорости, установленным на оси, так что на скорости более 60 миль в час (97 км/ч) применялось полное тормозное усилие и уменьшалось ступенчато на 60,00. 40 и 20 миль в час (97, 64 и 32 км/ч), что приводит к плавной остановке поезда. Каждая ось также оснащалась антиблокировочной системой тормозов. Эта комбинация свела к минимуму тормозной путь, позволяя двигаться на полной скорости между остановками. Прямовоздушная (электропневматическая железнодорожная линия) , антиблокировочная и регулирующая части системы никоим образом не зависели друг от друга, и любая или все эти опции могли поставляться отдельно. [8]
Более поздние системы заменяют автоматический пневматический тормоз электрическим проводом, который проходит по кругу вокруг всего поезда и должен оставаться под напряжением, чтобы тормоза не работали. В Великобритании он известен как железнодорожный провод . Он проходит через различные «регуляторы» (переключатели, управляемые давлением воздуха), которые контролируют критически важные компоненты, такие как компрессоры, тормозные трубки и воздушные резервуары. Кроме того, если поезд разделится, провод будет разорван, что обеспечит выключение всех двигателей и немедленное экстренное торможение обеих частей поезда .
Более поздними инновациями являются пневматические тормоза с электронным управлением , в которых тормоза всех вагонов (вагонов) и локомотивов соединены своего рода локальной сетью , что позволяет индивидуально управлять тормозами каждого вагона и сообщать о работе каждого вагона. тормоза.
Пневматическая тормозная система Westinghouse очень надежна, но не безупречна. Резервуары автомобиля пополняются только тогда, когда давление в тормозной трубке превышает давление в резервуаре. Полная заправка резервуаров в длинном поезде может потребовать значительного времени (в некоторых случаях от 8 до 10 минут [9] ), в течение которого давление в тормозной магистрали будет ниже давления в резервуаре локомотива.
Если тормоза необходимо задействовать до завершения подзарядки, потребуется большее уменьшение тормозной магистрали для достижения желаемого тормозного усилия, поскольку система начинает работу в более низкой точке равновесия (более низкое общее давление). Если несколько сокращений тормозных трубок выполняются в короткой последовательности («раздувание тормозов» на железнодорожном сленге), может быть достигнута точка, в которой давление в резервуаре автомобиля будет сильно истощено, что приведет к существенному уменьшению силы поршня тормозного цилиндра, что приведет к выходу тормозов из строя. На нисходящей ступени результатом будет бегство.
В случае потери торможения из-за исчерпания резервуара машинист может восстановить управление с помощью экстренного торможения, поскольку аварийная часть двухкамерного резервуара каждого автомобиля должна быть полностью заряжена - на нее не влияют обычные сокращение услуг. Тройные клапаны определяют аварийное снижение давления в зависимости от скорости снижения давления в тормозной магистрали. Таким образом, пока из тормозной трубки можно быстро удалить достаточный объем воздуха, тройной клапан каждого автомобиля вызовет экстренное торможение. Однако, если давление в тормозной магистрали слишком низкое из-за чрезмерного количества нажатий на тормоза, аварийное применение не создаст достаточно большого объема воздуха для срабатывания тройных клапанов, в результате чего машинист не сможет остановить поезд.
Чтобы предотвратить снос из-за потери тормозного давления, можно использовать динамическое (реостатическое) торможение , чтобы локомотив(ы) помогали замедлять поезд. Часто смешанное торможение , то есть одновременное применение динамических и поездных тормозов, используется для поддержания безопасной скорости и предотвращения слабины на спусках. Затем необходимо будет соблюдать осторожность при отпускании рабочих и динамических тормозов, чтобы предотвратить повреждение тягового устройства, вызванное внезапным выходом поезда из-под контроля.
Еще одним решением проблемы потери тормозного давления является двухтрубная система, установленная на большинстве пассажирских локомотивов и многих грузовых вагонах. В дополнение к традиционной тормозной трубке это усовершенствование добавляет трубку основного резервуара , в которую постоянно загружается воздух непосредственно из основного резервуара локомотива. В основном резервуаре хранится мощность воздушного компрессора локомотива , и в конечном итоге он является источником сжатого воздуха для всех систем, которые его используют.
Поскольку локомотив постоянно поддерживает давление в основной трубе резервуара, резервуары вагона можно заправлять независимо от тормозной трубки, причем это осуществляется через обратный клапан , чтобы предотвратить обратную подачу жидкости в трубу. Такое расположение помогает уменьшить описанные выше проблемы с потерей давления, а также сокращает время, необходимое для отпускания тормозов, поскольку тормозная трубка должна только перезарядиться.
Давление в главном резервуаре также можно использовать для подачи воздуха во вспомогательные системы, такие как пневматические дверные приводы или пневматическая подвеска. Почти все пассажирские поезда (все в Великобритании и США) и многие грузовые поезда теперь имеют двухтрубную систему.
.jpg/1280px-%CE%A6%CE%A1%CE%95%CE%9D%CE%91-_%CE%A3%CF%8D%CF%83%CF%84%CE%B7%CE%BC%CE%B1_%CF%80%CE%AD%CE%B4%CE%B7%CF%82_KNORR_(%CE%9C%CE%91%CE%9D2000).jpg)
На обоих концах каждой кабины установлены угловые краны . Эти клапаны отсекают воздух от железнодорожной линии и выпускают воздух из соединительных шлангов для отцепки вагонов. Пневматический тормоз работает только в том случае, если угловые краны открыты, за исключением кранов в передней части локомотива и в конце поезда. [10]
Пневматический тормоз может выйти из строя, если один из угловых кранов случайно закроется. В этом случае тормоза вагонов за закрытым краном не смогут реагировать на команду машиниста. Это произошло во время крушения поезда на Пенсильванской железной дороге в 1953 году с участием « Федерал Экспресс» , пассажирского поезда Пенсильванской железной дороги , который сбежал, направляясь на станцию Юнион в Вашингтоне , в результате чего поезд врезался в пассажирский зал и провалился сквозь пол. Аналогичным образом, во время железнодорожной катастрофы на Лионском вокзале экипаж случайно закрыл клапан, что снизило тормозную мощность.
Существует ряд мер предосторожности, которые обычно принимаются для предотвращения подобных происшествий. На железных дорогах действуют строгие утвержденные правительством процедуры проверки пневматических тормозных систем при сборке поездов на складе или приеме вагонов в пути. Обычно они включают в себя подсоединение пневматических тормозных шлангов, заправку тормозной системы, настройку тормозов и ручную проверку автомобилей на предмет задействования тормозов, а затем отпускание тормозов и ручную проверку автомобилей на предмет отпущения тормозов. Особое внимание обычно уделяется самому заднему вагону поезда либо путем проверки вручную, либо с помощью автоматического концевого устройства , чтобы гарантировать непрерывность тормозной магистрали на протяжении всего поезда. Если по всему поезду существует непрерывность тормозной магистрали, отказ тормозов включать или отключать в одном или нескольких вагонах является признаком неисправности тройных клапанов вагонов. В зависимости от места проведения воздушных испытаний, имеющихся ремонтных мощностей и правил, регулирующих количество неработающих тормозов, разрешенных в поезде, вагон может быть отправлен в ремонт или доставлен на следующий терминал, где его можно отремонтировать.
Современный воздушный тормоз не идентичен оригинальному воздушному тормозу, поскольку в конструкцию тройного клапана были внесены небольшие изменения, которые не полностью совместимы между версиями и поэтому должны вводиться поэтапно. Однако основные пневматические тормоза, используемые на железных дорогах по всему миру, удивительно совместимы.
Европейские тормозные системы могут различаться в зависимости от страны, но принцип работы тот же, что и у пневматического тормоза Westinghouse. Европейские легковые автомобили, используемые на широко распространённых национальных железнодорожных сетях, должны соответствовать закону TSI LOC&PAS [11] , в пункте 4.2.4.3 которого говорится, что все тормозные системы должны соответствовать стандарту EN 14198:2004, который основан на ратифицированном многими поездами стандарте. эксплуатирующих компаний [12] Памятка МСЖД 540. Эти документы допускают следующие типы конструкций тормозов для вновь построенного подвижного состава:
Исторически и по UIC 540 выделяют системы, технически одобренные еще с 1927-1932 годов, такие как: Вестингауз W [a] , Кнорр К [b] , Кунце-Кнорр , Дролшаммер, Божич, Хильдебранд-Кнорр.
В эпоху пара британские железные дороги были разделены: некоторые использовали вакуумные тормоза, а некоторые - пневматические тормоза, но произошла постепенная стандартизация вакуумных тормозов. Некоторые локомотивы, например, на железной дороге Лондона, Брайтона и Южного побережья , имели двойное оснащение , поэтому они могли работать как с поездами с вакуумными, так и с пневматическими тормозами. В эпоху дизелей процесс пошел вспять, и в 1960-х годах Британские железные дороги перешли с подвижного состава с вакуумными тормозами на пневматические. [13]
.JPG/1280px-100_1463_(Small).JPG)
Основным конкурентом пневматического тормоза является вакуумный тормоз, работающий на отрицательном давлении. Вакуумный тормоз немного проще пневматического тормоза. Вместо воздушного компрессора паровые машины имеют эжектор без движущихся частей, а дизельные или электровозы — механический или электрический «вытяжной вентилятор». Разъединительные краны на концах вагонов не требуются, поскольку незакрепленные шланги присасываются к монтажному блоку.
Однако максимальное давление в вакуумной системе ограничено атмосферным давлением, поэтому для компенсации все оборудование должно быть намного больше и тяжелее. Этот недостаток усугубляется на большой высоте. Вакуумный тормоз также значительно медленнее включает и отпускает тормоз, что требует от водителя более высокого уровня навыков и предвкушения. И наоборот, вакуумный тормоз изначально имел преимущество, заключающееся в возможности постепенного отпускания, тогда как автоматический пневматический тормоз Westinghouse изначально был доступен только в форме прямого отпускания, которая все еще распространена в грузовых перевозках.
Основной недостаток вакуумных тормозов — невозможность легко обнаружить утечки. В системе принудительного подачи воздуха утечка быстро обнаруживается из-за выходящего воздуха под давлением. Обнаружить утечку вакуума сложнее, хотя ее легче отремонтировать, поскольку кусок резины (например) можно просто обвязать вокруг места утечки и он будет прочно удерживаться на месте вакуумом.
Электровакуумные тормоза со значительным успехом используются в южноафриканских электропоездах. Несмотря на необходимость более крупного и тяжелого оборудования, как указано выше, характеристики электровакуумного тормоза приблизились к характеристикам современных электропневматических тормозов. Однако их использование не было повторено.
Информация
