Железнодорожный тормоз — это тип тормоза, используемый на вагонах железнодорожных поездов для замедления, управления ускорением (на спуске) или для удержания их неподвижными при стоянке. Хотя основной принцип аналогичен принципу использования дорожного транспортного средства , эксплуатационные характеристики более сложны из-за необходимости управления несколькими связанными вагонами и эффективности на транспортных средствах, оставшихся без основного двигателя . Колпачковые тормоза — один из типов тормозов, исторически используемых на поездах.
На заре железных дорог тормозная технология была примитивной. Первые поезда имели тормоза, работающие на локомотивном тендере и на транспортных средствах в поезде, где «носильщики» или, в Соединенных Штатах, тормозные мастера , путешествующие для этой цели на этих транспортных средствах, приводили в действие тормоза. Некоторые железные дороги оснащали локомотивы специальным пронзительным тормозным свистком, чтобы указать носильщикам на необходимость задействовать тормоза. Все тормоза на этом этапе развития приводились в действие винтом и тягой к тормозным колодкам, прикладываемым к протекторам колес, и эти тормоза можно было использовать, когда транспортные средства были припаркованы. В самые ранние времена носильщики путешествовали в грубых укрытиях снаружи транспортных средств, но «помощники охранников», которые путешествовали внутри пассажирских транспортных средств и имели доступ к тормозному колесу на своих постах, вытеснили их. Достижимое тормозное усилие было ограничено, и оно также было ненадежным, поскольку применение тормозов охранниками зависело от их слуха и быстрой реакции на свисток тормозов. [1]
Ранним достижением стало применение парового тормоза на локомотивах, где давление котла могло применяться к тормозным колодкам на колесах локомотива. По мере увеличения скорости поездов стало необходимым обеспечить более мощную тормозную систему, способную мгновенно включаться и выключаться машинистом поезда, описанную как непрерывный тормоз, поскольку она будет действовать непрерывно по всей длине поезда.
В Соединенном Королевстве авария на железной дороге Эбботс-Риптон в январе 1876 года была усугублена длинным тормозным путем экспресс-поездов без постоянных тормозов, которые, как стало ясно, в неблагоприятных условиях могли значительно превышать предполагаемые при установке сигналов. [2] Это стало очевидным из испытаний железнодорожных тормозов, проведенных в Ньюарке годом ранее, чтобы помочь Королевской комиссии, которая тогда рассматривала железнодорожные аварии. По словам современного железнодорожного чиновника, эти
показал, что при нормальных условиях требуется расстояние от 800 до 1200 ярдов, чтобы остановить поезд, движущийся со скоростью 45½–48½ миль в час, что намного ниже обычной скорости движения самых быстрых экспрессов. Железнодорожные чиновники не были готовы к такому результату, и необходимость в гораздо большей тормозной мощности была сразу признана [3]
Испытания, проведенные после того, как Эбботс Риптон сообщил о следующих результатах для экспресс-поезда, примерно соответствующих условиям (например, 1 из 200 спусков, но без торможения при благоприятных условиях): [2]
Однако четкого технического решения этой проблемы не существовало из-за необходимости достижения достаточно равномерной скорости торможения по всему поезду, а также из-за необходимости добавлять и удалять вагоны из поезда в частых точках пути. (В те времена составные поезда были редкостью).
Основными типами решений были:
Примечание: существует множество вариантов и модификаций всех этих систем.
Испытания в Ньюарке показали, что эффективность торможения воздушными тормозами Westinghouse явно выше: [14] но по другим причинам [15] именно вакуумная система была в основном принята на железных дорогах Великобритании.
В британской практике вплоть до 1930 года постоянными тормозами оснащались только пассажирские поезда; товарные и минеральные поезда двигались с меньшей скоростью и полагались на тормозное усилие локомотива, тендера и тормозного вагона — тяжелого транспортного средства, размещавшегося в задней части поезда и занимаемого охранником .
Грузовые и минеральные вагоны имели ручные тормоза, которые приводились в действие ручным рычагом, управляемым персоналом на земле. Эти ручные тормоза использовались при необходимости, когда транспортные средства были припаркованы, а также когда поезда спускались по крутому склону. Поезд останавливался наверху склона, и охранник шел вперед, чтобы «прижать» ручки тормозов, поэтому тормоза частично применялись во время спуска. Ранние грузовые вагоны имели тормозные ручки только с одной стороны, но примерно с 1930 года тормозные ручки стали обязательными с обеих сторон грузовых вагонов. Поезда, в которых были вагоны с ручными тормозами, описывались как «неприспособленные»: они использовались в Великобритании примерно до 1985 года. Примерно с 1930 года были введены полуприспособленные поезда, в которых грузовые вагоны, оснащенные непрерывными тормозами, выстраивались рядом с локомотивом, что давало достаточную тормозную мощность для движения на более высоких скоростях, чем у неприспособленных поездов. Испытание в январе 1952 года показало, что 52-вагонный угольный поезд весом 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 не оборудованных грузовых поездов. [16] В 1952 году 14% открытых вагонов, 55% крытых вагонов и 80% скотовозов имели вакуумные тормоза. [17]
В ранние дни тепловозов , специально сконструированный тормозной тендер был прикреплен к локомотиву для увеличения тормозного усилия при буксировке неподготовленных поездов. Тормозной тендер был низким, так что машинист все еще мог видеть линию и сигналы впереди, если тормозной тендер продвигался (толкался) 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 поезда, уклонов и скоростей торможение стало более существенной проблемой. В конце 19 века начали появляться значительно лучшие непрерывные тормоза . Самым ранним типом непрерывного тормоза был цепной тормоз [19] , который использовал цепь, проходящую по всей длине поезда, для одновременного управления тормозами всех транспортных средств.
Цепной тормоз вскоре был заменен пневматическими или вакуумными тормозами. Эти тормоза использовали шланги, соединяющие все вагоны поезда, так что оператор мог включать или выключать тормоза с помощью одного клапана в локомотиве.
Эти непрерывные тормоза могут быть простыми или автоматическими, существенное различие заключается в том, что произойдет, если поезд разломится надвое. При простых тормозах для срабатывания тормозов требуется давление, и вся тормозная сила теряется, если непрерывный шланг по какой-либо причине порван. Таким образом, простые неавтоматические тормоза бесполезны, когда что-то действительно идет не так, как это было показано в случае с железнодорожной катастрофой в Армахе .
С другой стороны, автоматические тормоза используют давление воздуха или вакуума, чтобы удерживать тормоза в выключенном состоянии, используя резервуар, установленный на каждом транспортном средстве, который включает тормоза, если в трубопроводе поезда теряется давление/вакуум. Таким образом, автоматические тормоза в значительной степени « отказоустойчивы », хотя неправильное закрытие кранов шлангов может привести к авариям, таким как авария на Лионском вокзале .
Стандартный пневматический тормоз Westinghouse имеет дополнительное усовершенствование в виде тройного клапана и локального резервуара на каждом вагоне, что позволяет полностью задействовать тормоза при небольшом снижении давления воздуха, сокращая время, необходимое для отпускания тормозов, поскольку не все давление сбрасывается в атмосферу.
Неавтоматические тормоза по-прежнему используются на локомотивах и первых нескольких вагонах, поскольку их можно использовать для управления всем составом без необходимости применения автоматических тормозов.
Это не полный список всех железнодорожных тормозов, но в нем перечислены наиболее распространенные примеры.
Большинство тягачей, пассажирских вагонов и некоторые грузовые вагоны оснащены ручным стояночным тормозом (ручным тормозом). Он воздействует непосредственно (механически) на тормозную тягу транспортного средства. Активация такого тормоза предотвращает вращение колеса независимо от пневматического тормоза и поэтому подходит для защиты припаркованных вагонов и междугородных автобусов от непреднамеренного движения. Для этой цели можно использовать только механические тормоза, поскольку удерживающая сила пневматических тормозов может снизиться из-за неизбежных утечек.
Существует два типа. Ручной тормоз , который может быть задействован 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 управляется с платформы тормозного или, в случае пассажирских вагонов, изнутри вагона, обычно из зоны входа. На грузовых вагонах UIC этот тормозной груз обрамлен белым цветом (белым, как и остальная часть надписи тормоза, или черным на белом или светлом фоне). Ручные тормоза на тендерах и цистернах часто выполнены в виде противовесных тормозов .
Ручной стояночный тормоз подходит только для предотвращения скатывания неподвижных железнодорожных транспортных средств. Он может быть выполнен в виде ручного колеса или пружинного тормоза.
На зубчатых железных дорогах часто устанавливают собачий тормоз, зависящий от направления. Он тормозит только при движении под уклон. При движении под уклон задействованный храповой тормоз отключается храповым механизмом и не дает поезду катиться назад.
В начале 20-го века многие британские железные дороги использовали вакуумные тормоза вместо железнодорожных воздушных тормозов, используемых в большинстве других стран мира. Главным преимуществом вакуума было то, что вакуум мог быть создан паровым эжектором без подвижных частей (и который мог работать от пара паровоза ), тогда как для воздушной тормозной системы требовался шумный и сложный компрессор .
Однако воздушные тормоза можно сделать гораздо более эффективными, чем вакуумные тормоза для данного размера тормозного цилиндра. Воздушный компрессор тормоза обычно способен создавать давление 90 фунтов на квадратный дюйм (620 кПа ; 6,2 бар ) по сравнению с 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, меньше на высоте). Поэтому воздушная тормозная система может использовать гораздо меньший тормозной цилиндр, чем вакуумная система, для создания того же тормозного усилия. Это преимущество воздушных тормозов увеличивается на большой высоте, например, в Перу и Швейцарии, где сегодня вакуумные тормоза используются второстепенными железными дорогами. Гораздо более высокая эффективность воздушных тормозов и упадок паровозов привели к тому, что воздушные тормоза стали повсеместными; однако вакуумное торможение все еще используется в Индии , Аргентине и Южной Африке , но в ближайшем будущем это будет снижаться. [ необходима ссылка ] См. Jane's World Railways .
Визуальные различия между двумя системами показаны воздушными тормозами, работающими от высокого давления, при этом воздушные шланги на концах подвижного состава имеют малый диаметр; вакуумные тормоза работают от низкого давления, а шланги на концах подвижного состава имеют больший диаметр. Воздушные тормоза на крайних вагонах поезда отключаются с помощью крана. Вакуумные тормоза на крайних вагонах поезда герметизируются фиксированными заглушками («пустышками»), на которые надевается открытый конец вакуумной трубы. Он герметизируется вакуумом против резиновой шайбы со штифтом, удерживающим трубу на месте, когда вакуум падает во время торможения. [20] [21]
Одним из усовершенствований автоматического воздушного тормоза является наличие второго воздушного шланга (главного резервуара или магистральной линии) вдоль поезда для подзарядки воздушных резервуаров в каждом вагоне. Это давление воздуха также может использоваться для управления погрузочно-разгрузочными дверями в пшеничных вагонах , а также угольных и балластных вагонах . В пассажирских вагонах главный трубопровод резервуара также используется для подачи воздуха для управления дверями и пневматической подвеской.
Тормоз с противодавлением — это тип тормоза паровоза, который тормозит локомотив с помощью приводных цилиндров. Тормоз работает, используя цилиндры в качестве воздушных компрессоров и преобразуя кинетическую энергию в тепло.
Общей особенностью электрических и дизель-электрических локомотивов является динамический тормоз; он работает за счет использования электродвигателей, которые обычно вращают колеса, в качестве электрогенератора, тем самым замедляя поезд.
Вихретоковый тормоз замедляет или останавливает поезд, генерируя вихревые токи и рассеивая его кинетическую энергию в виде тепла.
Более производительный тормоз EP использует «главный резервуарный трубопровод», подающий воздух во все тормозные резервуары поезда, с тормозными клапанами, управляемыми электрически с помощью трехпроводной схемы управления. Если провод отсоединен, тормоза автоматически включаются, поэтому сохраняется отказоустойчивый характер других тормозных систем. Это обеспечивает от четырех до семи уровней торможения, в зависимости от класса поезда. Это также позволяет быстрее применять тормоза, поскольку электрический сигнал управления распространяется эффективно мгновенно 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 заднюю часть поезда. Однако эта система не используется в грузовых поездах из-за стоимости. [ необходима цитата ]
Пневматические тормоза с электронным управлением (ECP) — американская разработка конца 20-го века для очень длинных и тяжелых грузовых поездов, и являются развитием тормоза EP с еще более высоким уровнем контроля. Кроме того, информация о работе тормозов на каждом вагоне возвращается на панель управления машиниста.
С ECP линия электропитания и управления устанавливается от вагона к вагону от передней части поезда к задней. Электрические сигналы управления распространяются эффективно мгновенно, в отличие от изменений давления воздуха, которые распространяются с довольно медленной скоростью, ограниченной на практике сопротивлением потоку воздуха в трубопроводе, так что тормоза на всех вагонах могут быть применены одновременно или даже сзади вперед, а не спереди назад. Это предотвращает «толкание» вагонами сзади вагонов спереди и приводит к сокращению тормозного пути и меньшему износу оборудования.
В Северной Америке доступны два бренда тормозов ECP: New York Air Brake и Wabtec . Эти два типа взаимозаменяемы.
Тормоз Хеберляйна — это непрерывный железнодорожный тормоз, используемый в Германии, который приводится в действие с помощью механического троса. Поэтому торможение поезда инициируется централизованно с локомотива с помощью лебедки. Это приводит к применению тормозных зажимов на отдельных вагонах с помощью сервосистемы, которая использует вращение оси. Тормоза срабатывают автоматически, если трос обрывается.
Паровой тормоз — тип тормоза для паровозов и их тендеров, в котором паровой цилиндр воздействует непосредственно на тормозные тяги.
Тормозные соединения между вагонами могут быть упрощены, если вагоны всегда направлены в одну сторону. Исключение будет сделано для локомотивов, которые часто поворачиваются на поворотных кругах или треугольниках .
На новой железной дороге Фортескью , открытой в 2008 году, вагоны эксплуатируются в составе, хотя их направление меняется на воздушном шаре в порту. Соединения ECP находятся только с одной стороны и являются однонаправленными.
Неисправные или неправильно примененные тормоза могут привести к неуправляемому поезду ; в некоторых случаях это приводило к крушениям поездов :
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)