Железнодорожный тормоз — это тип тормоза , используемый в вагонах железнодорожных поездов для обеспечения замедления, управления ускорением (на спуске) или для удержания их в неподвижном состоянии при стоянке. Хотя основной принцип аналогичен принципу использования дорожных транспортных средств, эксплуатационные особенности более сложны из-за необходимости контролировать несколько связанных вагонов и быть эффективными на транспортных средствах, оставшихся без первичного тягача . Дисковые тормоза — это один из типов тормозов, исторически использовавшихся в поездах.
На заре железных дорог технология торможения была примитивной. В первых поездах тормоза действовали на локомотивном тендере и на транспортных средствах в поезде, где тормозами управляли «носильщики» или, в Соединенных Штатах, тормозные мастера , путешествующие с этой целью на этих транспортных средствах. Некоторые железные дороги снабжали локомотивы специальным глубоким тормозным свистком, чтобы указать носильщикам на необходимость затормозить. Все тормоза на этом этапе разработки приводились в действие с помощью винта и соединения с тормозными колодками, прикрепленными к протекторам колес, и эти тормоза можно было использовать, когда транспортные средства были припаркованы. Раньше носильщики передвигались в грубых навесах снаружи транспортных средств, но их вытеснили «помощники охранников», которые передвигались внутри легковых автомобилей и имели доступ к тормозному колесу на своих постах. Достижимое тормозное усилие было ограниченным, а также ненадежным, поскольку применение тормозов охранниками зависело от их слуха и быстрой реакции на свисток о необходимости торможения. [1]
Первой разработкой стало применение парового тормоза на локомотивах, где давление котла можно было подавать на тормозные колодки на колесах локомотива. По мере увеличения скорости поездов стало необходимо обеспечить более мощную тормозную систему, способную мгновенно включать и отключать машинист поезда, описываемую как непрерывный тормоз, поскольку он будет действовать непрерывно по всей длине поезда.
В Соединенном Королевстве железнодорожная авария в Эбботс-Риптоне в январе 1876 года была усугублена большим тормозным путем экспрессов без непрерывных тормозов, который, как стало ясно, в неблагоприятных условиях мог значительно превышать предполагаемый при позиционировании сигналов. [2] Это стало очевидным из испытаний железнодорожных тормозов, проведенных в Ньюарке в прошлом году для оказания помощи Королевской комиссии , которая тогда рассматривала железнодорожные происшествия. По словам современного железнодорожного чиновника, эти
показали, что в нормальных условиях для остановки поезда при скорости от 45½ до 48½ миль в час требуется расстояние от 800 до 1200 ярдов, что намного ниже обычной скорости движения самых быстрых экспрессов. Железнодорожные чиновники не были готовы к такому результату, и сразу же была признана необходимость значительно большего тормозного усилия [3].
Испытания, проведенные после того, как Эбботс Риптон сообщил о следующем для экспресса, примерно соответствующего условиям (например, 1 из 200 спусков, но без торможения при благоприятных условиях): [2]
Однако четкого технического решения проблемы не было из-за необходимости достижения достаточно равномерной интенсивности тормозного усилия по всему поезду, а также из-за необходимости добавлять и удалять транспортные средства из поезда в частых точках пути. (В те времена поезда были редкостью).
Основными типами решений были:
Примечание: существует ряд вариантов и разработок всех этих систем.
Испытания в Ньюарке показали явно превосходящие тормозные характеристики пневматических тормозов Westinghouse: [14] , но по другим причинам [15] на железных дорогах Великобритании обычно применялась вакуумная система.
В британской практике примерно до 1930 года только пассажирские поезда оснащались постоянными тормозами; Товарные и минеральные поезда двигались с меньшей скоростью и полагались на тормозную силу локомотива, тендера и тормозного фургона — тяжелого транспортного средства, расположенного в задней части поезда и занятого охраной .
Грузовые и минеральные машины имели ручные тормоза, которые приводились в действие ручным рычагом, которым управлял персонал на земле. Эти ручные тормоза использовались при необходимости, когда транспортные средства были припаркованы, а также когда поезда спускались по крутому склону. Поезд остановился на вершине уклона, и охранник подошел вперед, чтобы «прижать» ручки тормозов, чтобы во время спуска тормоза были частично задействованы. Первые грузовые автомобили имели тормозные ручки только с одной стороны, но примерно с 1930 года тормозные ручки требовались с обеих сторон хороших автомобилей. Поезда с транспортными средствами с ручным тормозом описывались как «необорудованные»: они использовались в Великобритании примерно до 1985 года. Примерно с 1930 года были введены полуоснащенные поезда, в которых грузовые вагоны, оснащенные непрерывными тормозами, располагались рядом с локомотивом, что давало достаточная тормозная мощность для движения на более высоких скоростях, чем необорудованные поезда. В ходе испытаний, проведенных в январе 1952 года, угольный поезд с 52 вагонами и массой 850 тонн проехал 127 миль (204 км) со средней скоростью 38 миль в час (61 км/ч), по сравнению с обычной максимальной скоростью на главной линии Мидленда . 25 миль в час (40 км/ч) для необорудованных грузовых поездов. [16] В 1952 году 14% полувагонов, 55% крытых вагонов и 80% скотовозов имели вакуумные тормоза. [17]
На заре тепловозов к локомотиву прикреплялся специальный тормозной тестер для увеличения тормозного усилия при буксировке неприспособленных поездов. Тормозной тендер располагался низко, так что машинист все еще мог видеть линию и сигналы впереди, если тормозной тендер двигался (толкал) впереди локомотива, что часто случалось.
К 1878 году в разных странах было зарегистрировано более 105 патентов на тормозные системы, большинство из которых не получили широкого распространения. [18]
По мере увеличения нагрузки на поезда, уклонов и скоростей торможение становилось все более серьезной проблемой. В конце 19 века начали появляться значительно более совершенные непрерывные тормоза . Самым ранним типом непрерывного тормоза был цепной тормоз [19] , в котором использовалась цепь, проходящая по всей длине поезда, для одновременного торможения всех транспортных средств.
Цепной тормоз вскоре был заменен тормозами с пневматическим или вакуумным приводом . В этих тормозах использовались шланги, соединяющие все вагоны поезда, поэтому оператор мог включать или отпускать тормоза с помощью единственного клапана в локомотиве.
Эти постоянные тормоза могут быть простыми или автоматическими, причем существенная разница заключается в том, что произойдет, если поезд разделится на две части. При использовании простых тормозов для задействования тормозов требуется давление, и вся тормозная мощность теряется, если по какой-либо причине непрерывный шланг разрывается. Таким образом, простые неавтоматические тормоза бесполезны, когда что-то действительно идет не так, как это показывает железнодорожная катастрофа в Арме .
С другой стороны, автоматические тормоза используют давление воздуха или вакуума для удержания тормозов в резервуаре, установленном на каждом транспортном средстве, который задействует тормоза, если давление / вакуум теряется в трубопроводе поезда. Таким образом, автоматические тормоза в значительной степени « отказоустойчивы », хотя неправильное закрытие шланговых кранов может привести к авариям, таким как авария на Лионском вокзале .
Стандартный пневматический тормоз Westinghouse имеет дополнительные усовершенствования в виде тройного клапана и локального резервуара на каждом вагоне, что позволяет полностью задействовать тормоза лишь с небольшим снижением давления воздуха, что сокращает время, необходимое для отпускания тормозов, поскольку не все давление сбрасывается в атмосферу.
Неавтоматические тормоза по-прежнему используются в двигателях и первых нескольких вагонах, поскольку с их помощью можно управлять всем поездом без необходимости применения автоматических тормозов.
Большинство тягачей, пассажирских вагонов и некоторых грузовых вагонов оборудованы стояночным тормозом с ручным управлением (ручником). Это воздействует непосредственно (механически) на тормозную тягу автомобиля. Активация такого тормоза предотвращает вращение колес независимо от пневматического тормоза и поэтому подходит для защиты припаркованных вагонов и туристических автобусов от непреднамеренного движения. Для этой цели можно использовать только механические тормоза, поскольку удерживающая способность пневматических тормозов может снизиться из-за неизбежных утечек.
Есть два типа. Ручной тормоз , который можно использовать на борту транспортного средства, используется, во-первых, для предотвращения его откатывания, а во-вторых, для регулирования скорости при определенных маневровых операциях и для остановки поездов в случае отказа автоматического тормоза. Обычно он выполнен в виде винтового тормоза и приводится в действие с платформы тормозного мастера или, в случае пассажирских автобусов, изнутри вагона, обычно из зоны входа. На грузовых вагонах МСЖД этот тормозной груз обведен белой рамкой (белой, как и остальная часть тормозной надписи, или черной на белом или светлом фоне). Ручные тормоза на тендерах и локомотивах-цистернах часто выполняют как тормоза-противовесы .
Ручной стояночный тормоз предназначен только для предотвращения откатывания неподвижных железнодорожных транспортных средств. Он может быть выполнен в виде маховика или пружинного тормоза, на грузовых вагонах рукоятки управления обозначены красной рамкой.
В транспортных средствах на зубчатых железных дорогах часто устанавливают собачий тормоз, зависящий от направления движения. Тормозит только при спуске с горы. При движении в гору включенный храповой тормоз отпускается храповым механизмом и предотвращает скатывание поезда назад.
В начале 20-го века на многих британских железных дорогах использовались вакуумные тормоза, а не железнодорожные пневматические тормоза, используемые в большей части остального мира. Основное преимущество вакуума заключалось в том, что вакуум можно создать с помощью парового эжектора без движущихся частей (и который мог приводиться в действие паром паровоза ) , тогда как пневматическая тормозная система требует шумного и сложного компрессора .
Однако пневматические тормоза можно сделать гораздо более эффективными, чем вакуумные тормоза, при заданном размере тормозного цилиндра. Компрессор пневматического тормоза обычно способен создавать давление 90 фунтов на квадратный дюйм (620 кПа ; 6,2 бар ) против всего лишь 15 фунтов на квадратный дюйм (100 кПа; 1,0 бар) для вакуума. В вакуумной системе максимальный перепад давления равен атмосферному давлению (14,7 фунтов на квадратный дюйм или 101 кПа или 1,01 бар на уровне моря и меньше на высоте). Таким образом, пневматическая тормозная система может использовать тормозной цилиндр гораздо меньшего размера, чем вакуумная система, для создания той же тормозной силы. Это преимущество пневматических тормозов возрастает на большой высоте, например, в Перу и Швейцарии, где сегодня вакуумные тормоза используются на второстепенных железных дорогах. Гораздо более высокая эффективность пневматических тормозов и упадок паровозов привели к тому, что пневматические тормоза стали повсеместными; однако вакуумное торможение все еще используется в Индии , Аргентине и Южной Африке , но в ближайшем будущем его количество будет сокращаться. [ нужна цитация ] См. «Всемирные железные дороги Джейн ».
Визуальные различия между двумя системами проявляются в том, что пневматические тормоза работают под высоким давлением, а воздушные шланги на концах подвижного состава имеют небольшой диаметр; вакуумные тормоза отрабатывают низкое давление, а шланги на концах подвижного состава имеют больший диаметр. Пневматические тормоза в крайних вагонах поезда отключаются краном. Вакуумные тормоза крайних вагонов поезда герметизируются неподвижными заглушками («муляжами»), на которые надевается открытый конец вакуумной трубки. Он герметизирован резиновой шайбой с помощью вакуума и штифтом, удерживающим трубку на месте, когда вакуум падает во время торможения. [20] [21]
Одним из усовершенствований автоматического пневматического тормоза является установка второго воздушного шланга (основного резервуара или основной линии) вдоль поезда для зарядки воздушных резервуаров в каждом вагоне. Это давление воздуха также можно использовать для управления погрузочно-разгрузочными дверями вагонов с пшеницей , угля и балластных вагонов . В пассажирских автобусах главный резервуарный трубопровод также используется для подачи воздуха для управления дверями и пневмоподвеской.
В тормозах EP с более высокими характеристиками используется «магистраль главного резервуара», подающая воздух во все тормозные резервуары поезда, при этом тормозные клапаны управляются электрически с помощью трехпроводной цепи управления. Если провод отсоединен, тормоза срабатывают автоматически, поэтому надежность других тормозных систем сохраняется. Это обеспечивает от четырех до семи уровней торможения в зависимости от класса поезда. Это также позволяет быстрее задействовать тормоза, поскольку электрический сигнал управления мгновенно распространяется на все транспортные средства в поезде, тогда как изменение давления воздуха, которое активирует тормоза в обычной системе, может занять несколько секунд или десятков секунд, чтобы полностью распространиться на все транспортные средства в поезде. задняя часть поезда. Однако эта система не используется в грузовых поездах из-за стоимости. [ нужна цитата ]
Пневматические тормоза с электронным управлением (ECP) — это американская разработка конца 20-го века, предназначенная для работы с очень длинными и тяжелыми грузовыми поездами, и представляет собой развитие тормоза EP с еще более высоким уровнем управления. Кроме того, на пульт машиниста возвращается информация о работе тормозов каждого вагона.
При ЭКП линия электропитания и управления прокладывается от вагона к вагону, от передней части поезда к задней части. Электрические управляющие сигналы распространяются практически мгновенно, в отличие от изменений давления воздуха, которые распространяются с довольно медленной скоростью, ограниченной на практике сопротивлением потоку воздуха в трубопроводах, так что тормоза на всех вагонах могут применяться одновременно или даже одновременно. сзади вперед, а не спереди назад. Это предотвращает «толкание» вагонов, находящихся сзади, на передние, что приводит к сокращению тормозного пути и меньшему износу оборудования.
В Северной Америке доступны тормоза ECP двух марок: одна от New York Air Brake , а другая от Wabtec . Эти два типа взаимозаменяемы.
Тормозные соединения между вагонами можно упростить, если вагоны всегда направлены в одну сторону. Исключение составляют локомотивы, которые часто вращаются на поворотных кругах или треугольниках .
На новой железной дороге Фортескью , открытой в 2008 году, вагоны курсируют партиями, хотя их направление меняется на аэростатной петле в порту. Соединения ECP расположены только с одной стороны и являются однонаправленными.
Неисправные или неправильно применяемые тормоза могут привести к сходу поезда с места ; в некоторых случаях это приводило к крушению поездов :
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )