Магнитный рельсовый тормоз (тормоз Mg) — это тормоз для рельсовых транспортных средств . Он состоит из тормозных магнитов, полюсных башмаков , подвески, силовой передачи и, в случае магистральных железных дорог , тяги. Когда ток протекает через катушку магнита, магнит притягивается к рельсу, что прижимает полюсные башмаки к рельсу, тем самым замедляя транспортное средство. [1]
В то время как тормоза, такие как дисковые тормоза или колодочные тормоза, зависят от фрикционного соединения между колесом и рельсом , магнитный рельсовый тормоз действует непосредственно на рельс. Поэтому его тормозной эффект не ограничивается контактом колеса с рельсом. Таким образом, факторы окружающей среды, такие как влажность или загрязнение рельса, оказывают меньшее влияние на тормозное усилие. [2]
Магнитные рельсовые тормоза используются на рельсовых транспортных средствах в дополнение к основным, эффективным для колес тормозным системам. В качестве дополнительной тормозной системы они помогают обеспечить соблюдение предписанных тормозных путей рельсовых транспортных средств.
Поскольку магнитные путевые тормоза всегда действуют нерегулируемо и с максимальным тормозным усилием, они используются только как предохранительные и аварийные тормоза. Они могут использоваться на скоростях до 280 км/ч (170 миль/ч). При использовании специальных фрикционных материалов они могут использоваться на скоростях до 350 км/ч (220 миль/ч).
Благодаря эффекту очистки пути магнитные путевые тормоза увеличивают коэффициент сцепления между следующими колесами и рельсом в процессе торможения. Это дополнительно приводит к улучшению колесно-эффективных тормозных систем. [3]
Магнитные гусеничные тормоза различаются на жесткие и шарнирные. [4]
5 апреля 1900 года патент (AT11554) на первый электромагнитный тормоз для рельсовых транспортных средств был зарегистрирован компанией Westinghouse Air Brake Company London. Три года спустя электромагнитный рельсовый тормоз был представлен в Германии компанией Westinghouse Company.
Тормоз Mg характеризовался тем, что электромагниты были намагничены в разной степени катушками возбуждения, что делало силу торможения зависимой от силы тока торможения. Даже число витков катушек возбуждения было разным, чтобы можно было регулировать силу торможения. Таким образом, рельсовый тормоз также был оснащен несколькими колодками, чтобы иметь возможность адаптироваться к возможным неровностям рельсов.
В 1905 году Рейнская железнодорожная компания провела первые испытания . Это были путевые магниты с силой притяжения около 4 кН , которые автоматически опускались на рельсы при включении тока, надавливая на тормозные колодки и на колеса вагонов через рычажную оснастку. В то время еще не было осознано, что путевые тормоза должны работать независимо от трения между рельсом и колесом.
В 1908 году г-н Жорес взял на себя представительство Westinghouse по рельсовым тормозам в Германии и сыграл важную роль в их продолжении. После Первой мировой войны Жорес возглавил производство собственных рельсовых тормозов после истечения срока действия патентных прав. Рельсовые тормоза были основаны на чертежах, взятых у Westinghouse. Они производились до 1929 года без каких-либо серьезных изменений. Главной особенностью рельсового тормоза в то время были рельсовые башмаки, которые изготавливались из специального прокатного профиля.
В 1920 году компания Magnetic Brake Company во главе с г-ном М. Мюллером вышла на рынок с рельсовыми тормозами. Мюллер попытался усовершенствовать рельсовый тормоз новыми конструкциями. Например, он заменил профилированный башмак на полюсный башмак, изготовленный из имеющегося в продаже плоского железа. До этого рельсовые тормоза использовались только для трамваев и, следовательно, для скоростей до 40 км/ч (25 миль/ч).
В начале 1930 года Немецкие императорские железные дороги инициировали проект высокоскоростной железной дороги, который предусматривал скорость до 160 км/ч (99 миль/ч) и имел большое значение для рельсового тормоза.
В 1931 году компания Йореса была куплена Knorr-Bremse AG, и технический директор Мюллер из Magnetic Brake Company был убежден присоединиться к компании. Впервые рельсовый тормоз для быстроходных транспортных средств был разработан в компании Knorr-Bremse. В сотрудничестве с Германскими имперскими железными дорогами были проведены первые испытания с «Летучим гамбургцем» . Для торможения использовались специальные тормозные колодки с накладками из синтетических фрикционных материалов, которые действовали на тормозные барабаны и крепились к крестовинам колес. Также был доступен электромагнитный рельсовый тормоз, который, однако, должен был использоваться только как дополнительный аварийный тормоз.
Стало очевидно, что полюсный башмак, обычно используемый до того времени, больше не мог справляться с требованиями высокой скорости и связанным с этим высоким уровнем нагрева. Поэтому полюсные башмаки сначала разрезали, затем разделили и изготовили из отдельных сегментов. Это увеличило эффективность тормоза на 20%. Теперь катушка была прикреплена к сердечнику, а затем вставлена в коробку с торца вместе с сердечником. Коробка катушки была плотно прикручена между сердечником и перемычками магнитной катушки, что делало ослабление невозможным. Дальнейшее развитие рельсового тормоза теперь, казалось, было завершено на данный момент.
Коэффициент трения между башмаком рельса и рельсом зависит от скорости, т. е. с ростом скорости коэффициент трения уменьшается. Когда проект «скорость до 350 км/ч» стал официальным, казалось, что рельсовый тормоз больше не может быть использован для этой цели.
Только когда скорость пассажирских поездов превысила 140 км/ч (87 миль/ч) и возникла необходимость в независимой от трения тормозной системе, планы по рельсовому тормозу были вновь выдвинуты на первый план, а конструкция улучшена. Для улучшения поверхностей контакта с рельсом были разработаны и запатентованы сочлененные магниты. [5]
Основным компонентом магнитного путевого тормоза является тормозной магнит. Следуя принципу электромагнита , он состоит из катушки, намотанной вокруг железного сердечника, который окружен подковообразными магнитами.
Постоянный ток проходит через эту магнитную катушку, создавая магнитное поле . Это вызывает силу притяжения между тормозным магнитом с прикрепленными к нему полюсными башмаками и рельсом. Полюсные башмаки прижимаются к рельсу, и возникающее трение преобразует кинетическую энергию движения в тепло ( рассеивание ) до тех пор, пока кинетическая энергия не будет израсходована или тормоз не будет деактивирован. [6]
Магнитные тормоза должны также работать безопасно в случае отказа контактной линии. Поэтому тормозная система должна быть спроектирована таким образом, чтобы в случае отключения электроэнергии питание от аккумуляторов транспортного средства было гарантировано в любое время.
Жесткие магниты содержат один стальной сердечник, проходящий по всей длине корпуса магнита, с полюсными башмаками, расположенными на нижней стороне в качестве изнашиваемых деталей. [7]
Жесткие магниты обычно используются в трамваях, где они обычно подвешиваются в низком положении.
Подвеска отвечает за удержание выключенного магнита над рельсом. В случае торможения магнит автоматически притягивается к рельсам, преодолевая действие пружин подвески. После выключения пружины подвески возвращают магнит в положение готовности. [8]
Водители отвечают за передачу тормозного усилия от магнита к тележке. Это происходит через стяжки или башни водителей .
Стяжки крепятся к переднему и заднему концам тормозного магнита соответственно. Они являются предпочтительным и наиболее эффективным способом передачи тормозного усилия.
Если перед или за тормозным магнитом недостаточно места для установки драйверов, они устанавливаются сверху магнита. Они называются башнями драйверов . Этот тип драйверов следует использовать только в исключительных случаях. [9]
Полюсные башмаки расположены на нижней стороне тормозного магнита. Между двумя полюсными башмаками немагнитная полоса гарантирует, что магнитное короткое замыкание не произойдет. [10]
Фрикционный материал рельсовых башмаков может быть изготовлен из различных материалов, каждый из которых определяет срок службы и эффективность торможения рельсовых башмаков. [11]
Шарнирные магниты имеют магнитные сердечники, разделенные на две концевые части и несколько промежуточных звеньев, разделенных перегородками. В то время как концевые части плотно прикручены к корпусу катушки, промежуточные элементы могут свободно перемещаться в отверстиях корпуса катушки. Таким образом, они могут лучше приспосабливаться к неровностям рельсов в процессе торможения. [12]
Тяги используются для удержания тормозных магнитов на расстоянии. Они также обеспечивают их параллельность и устойчивость. Вместе с двумя тормозными магнитами тяги образуют так называемую тормозную раму . Тяги должны быть индивидуально адаптированы для каждой модели транспортного средства. [13]
Исполнительные цилиндры расположены наверху тормозного квадрата. Они отвечают за опускание тормозной рамы на рельсы и ее повторный подъем. [14]
Встроенные пружины удерживают тормозную раму в высоком положении, когда тормоза не задействованы. Когда тормоза задействованы, тормозная рама пневматически опускается на рельсы против силы пружин. Необходимая для этого подача сжатого воздуха обеспечивается отдельным резервуаром сжатого воздуха. Это гарантирует, что тормозная система все еще работает, даже если тормозная магистраль транспортного средства выходит из строя. Когда тормоза отпускаются, пружины в исполнительных цилиндрах поднимают тормозную раму обратно в высокое положение. [15]
В деактивированном состоянии магниты обесточены, и тормозной квадрат приводится в верхнее положение. В этом случае центрирующее устройство обеспечивает центрирование тормозного квадрата и фиксацию его положения. Во время торможения тормозные магниты активируются и центрируются на рельсах под действием магнитной силы. [16]
Также с помощью шарнирных магнитов водители обеспечивают передачу тормозного усилия от тормозных магнитов к транспортному средству. Они расположены во всех четырех углах на внутренней стороне тормозной рамы. [17]
При необходимости на тормозной раме может быть установлен буферный выключатель. Он подает сигнал, когда тормозная рама покидает свое высокое положение, и таким образом предоставляет информацию о состоянии гусеничного тормоза. [18]
Полюсные башмаки в магнитных рельсовых тормозах могут быть изготовлены из разных материалов. Они различаются прежде всего своими магнитными свойствами, коэффициентом тормозной силы и износом . [19]
Сталь является стандартным фрикционным материалом для гусеничных тормозов. Износ стальных полюсных башмаков невелик, но они образуют сварные швы , которые приходится регулярно сбивать.
Полюсные башмаки из спекания обеспечивают повышенную эффективность торможения и не образуют сварных швов, но их износ выше. Спекание используется в случаях, когда тормозное усилие имеет решающее значение. В настоящее время его использует, например, Vy в Норвегии.
Полюсные башмаки из чугуна используются только на магистральных линиях. Они снижают тормозное усилие и увеличивают износ, но не образуют сварных швов. Во Франции чугун является стандартным фрикционным материалом, используемым для магнитных путевых тормозов.
Магнитные рельсовые тормоза установлены практически на всех рельсовых транспортных средствах. Только высокоскоростные поезда используют вихретоковые тормоза вместо магнитных рельсовых тормозов по техническим причинам.
Жесткие магниты обычно подвешиваются в низкой подвеске и используются на трамваях. В особых случаях возможно использование тяговых штанг.
Шарнирные магниты обычно подвешиваются в высоком положении и используются на магистральных железных дорогах. Однако их можно использовать и в низком подвешивании, например, в метро .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )