Войти
Схема трубопроводов 1909 года для Westinghouse Пневматическая тормозная система 6-ET на локомотиве 
Ручка управления и клапан для пневматического тормоза Westinghouse A железнодорожный пневматический тормоз - это железнодорожный тормоз система силового торможения с сжатый воздух в качестве рабочей среды. В современных поездах используется безотказная пневматическая тормозная система, основанная на конструкции, запатентованной Джорджем Вестингаузом 13 апреля 1869 года. Westinghouse Air Brake Company впоследствии была организована для производства и продажи изобретения Westinghouse. В различных формах он принят почти повсеместно.
Система Westinghouse использует давление воздуха для наполнения резервуаров (баков) воздуха на каждой машине. Полное давление воздуха дает сигнал каждой машине отпустить тормоза. Снижение или потеря давления воздуха сигнализирует каждому автомобилю задействовать тормоза с использованием сжатого воздуха в резервуарах.
Сравнительно простой тормозной механизм В простейшей форме пневматического тормоза, называемой прямой пневматической системой, сжатый воздух проталкивает поршень в цилиндре. Поршень посредством механической связи соединен с тормозными колодками, которые могут тереться о колеса поезда, используя возникающее трение для замедления поезда. Механическое соединение может быть довольно сложным, так как оно равномерно распределяет усилие от одного пневмоцилиндра на 8 или 12 колес.
Сжатый воздух поступает из воздушного компрессора в локомотиве и пересылается 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 между шлангами и трубопроводами вызывает потерю давления воздуха и, следовательно, потерю усилия, прилагаемого к тормозам. Это легко могло вызвать сбой поезда. Прямые воздушные тормоза по-прежнему используются на локомотивах, хотя и в виде двухконтурной системы, обычно с каждой тележкой (грузовиком), имеющей свой собственный контур.
Чтобы спроектировать систему без недостатков прямой пневмосистемы, Westinghouse изобрела систему, в которой каждый железнодорожный подвижной состав был оборудован резервуаром для воздуха. и тройной клапан, также известный как регулирующий клапан.
Rotair Valve Westinghouse Air Brake Company В отличие от прямой воздушной системы, система Westinghouse использует снижение давления воздуха в железнодорожной магистрали для приведения в действие тормозов.
Тройной клапан назван так, поскольку он выполняет три функции: нагнетание воздуха в готовый к использованию воздушный резервуар, включение тормозов и их отпускание. При этом он поддерживает некоторые другие действия (то есть он «удерживает» или поддерживает приложение и позволяет сбросить давление в тормозном цилиндре и пополнять резервуар во время выпуска). В своей патентной заявке Вестингауз ссылается на свое «трехклапанное устройство» из-за трех составляющих клапанных частей, составляющих его: управляемый диафрагмой тарельчатый клапан, подающий воздух из резервуара в тормозной цилиндр, клапан зарядки резервуара, и выпускной клапан тормозного цилиндра. Вскоре компания Westinghouse улучшила устройство, убрав тарельчатый клапан, эти три компонента стали поршневым клапаном, золотниковым клапаном и градуировочным клапаном.
Когда машинист задействует тормоз, управляя тормозным клапаном локомотива, магистраль поезда выходит в атмосферу с контролируемой скоростью, снижая давление в магистрали поезда и, в свою очередь, срабатывая тройной клапан на каждой машине для подачи воздуха в тормозной цилиндр. Когда машинист отпускает тормоз, портал тормозного клапана локомотива в атмосферу закрывается, позволяя перезарядить поездную линию компрессором локомотива. Последующее повышение давления в магистрали поезда заставляет тройные клапаны на каждом вагоне выпускать содержимое тормозного цилиндра в атмосферу, отпуская тормоза и заряжая резервуары.
Таким образом, система Westinghouse отказоустойчива - любой отказ на железнодорожной линии, включая разделение («разрушение двух частей») поезда, вызовет потерю железнодорожной линии. давление, в результате чего срабатывают тормоза и поезд останавливается, предотвращая таким образом сбегающий поезд.
Современные пневматические тормозные системы выполняют две функции:
Когда тормоза поезда срабатывают во время нормальной работы, машинист оказывает «услугу» применение »или« снижение скорости обслуживания », что означает, что давление в линии поезда снижается с контролируемой скоростью. Для снижения давления в линии поезда требуется несколько секунд и, следовательно, требуется несколько секунд для срабатывания тормозов по всему поезду. если поезду необходимо произвести аварийную остановку, машинист может подать «экстренную заявку», которая немедленно быстро и быстро сбрасывает все давление в магистрали поезда до атмосферы, что приводит к быстрому торможению поезда. Аварийное приложение также возникает, когда железнодорожная линия разваливается или выходит из строя по иным причинам, так как весь воздух также будет немедленно выпущен в атмосферу.
Кроме того, приложение для экстренной помощи включает дополнительный компонент пневматической тормозной системы каждого автомобиля: аварийный. Тройной клапан разделен на две части: сервисную часть, которая содержит механизм, используемый во время торможения, производимого во время сокращений времени обслуживания, и аварийную часть, которая определяет немедленное и быстрое снижение давления в магистрали поезда. Кроме того, резервуар пневматического тормоза каждого автомобиля разделен на две части - служебную и аварийную - и известен как «двухкамерный резервуар». При нормальных условиях эксплуатации давление воздуха передается от служебной части к тормозному цилиндру, в то время как В аварийных условиях тройной клапан направляет весь воздух как в служебной, так и в аварийной части двухкамерного резервуара к тормозному цилиндру, что приводит к усилению нагрузки на 20–30%.
Аварийная часть каждый тройной клапан активируется за счет чрезвычайно быстрого снижения давления в линии поезда. Из-за длины составов и небольшого диаметра линии поезда скорость снижения высока в передней части поезда (в случае аварийное приложение, инициированное машинистом) или около разрыва в железнодорожной линии (в случае разрыва железнодорожной линии). Чем дальше от источника аварийного приложения, тем меньше скорость сокращения может быть уменьшена до t Точка, в которой тройные клапаны не распознают применение как аварийное снижение. Чтобы предотвратить это, аварийная часть каждого тройного клапана содержит вспомогательное вентиляционное отверстие, которое при активации аварийным приложением также локально сбрасывает давление в линии поезда непосредственно в атмосферу. Это служит для быстрого распространения аварийного приложения по всей длине поезда.
Использование распределенной мощности (т. Е. Дистанционно управляемые локомотивы в середине и / или в задней части поезда) в некоторой степени смягчает проблему запаздывания с длинными поездами, поскольку телеметрический радиосигнал от машиниста переднего локомотива дает команду удаленным единицам инициировать снижение тормозного давления, которое быстро распространяется по ближайшим вагонам.
Компрессор на локомотиве заряжает главный резервуар воздухом под давлением 125–140 фунтов на квадратный дюйм (8,6–9,7 бар; 860–970 кПа). Тормоза поезда отпускаются путем впуска воздуха в трубопровод поезда через тормозной клапан инженера. Полностью заряженная тормозная магистраль обычно составляет 70–90 фунтов на кв. Дюйм (4,8–6,2 бар; 480–620 кПа) для грузовых поездов и 110 фунтов на кв. Дюйм (7,6 бар; 760 кПа) для пассажирских поездов. Тормоза срабатывают, когда инженер переводит ручку тормоза в «рабочее» положение, что вызывает снижение давления в магистрали поезда. При обычном торможении давление в магистрали не снижается до нуля. Если он упадет до нуля (например, из-за поломки), будет произведено срабатывание аварийного тормоза.
Электропневматические или EP тормоза - это тип пневматического тормоза, который позволяет немедленно применять тормоза в поезде вместо последовательного. 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 Электропневматическая тормозная система на британских железнодорожных поездах. Электропневматические тормоза в настоящее время проходят испытания в Северной Америке и Южной Африке на поездах для транспортировки руды и угля.
Пассажирские поезда долгое время имели трехпроводную версию электропневматического тормоза, обеспечивающего до семи уровней тормозного усилия.
В Северной Америке Westinghouse Air Brake поставила тормозное оборудование High Speed Control для нескольких модернизированных пассажирских поездов после Второй мировой войны. Это была электрически управляемая накладка на обычное пассажирское тормозное оборудование Д-22 и локомотив 24-RL. На обычной стороне, регулирующий клапан установить опорное давление в объеме, в котором давление набора тормозного цилиндра через реле клапан. Что касается электрической части, давление из второй прямой пневмопровод управляло релейным клапаном через двухходовой обратный клапан. Эта «прямая воздушная» железнодорожная линия заряжалась (из резервуаров на каждом вагоне) и отпускалась с помощью магнитных клапанов на каждом вагоне, электрически управляемая трехпроводной железнодорожной линией, в свою очередь управляемая «электропневматическим главным контроллером» в управляющем локомотиве. Этот контроллер сравнил давление в прямой воздушной магистрали с давлением, подаваемым самоперекрывающейся частью инженерного клапана, сигнализируя о том, что все магнитные клапаны «задействовать» или «отпускать» в линии открываются одновременно, изменяя давление в «прямой». air »поезд намного быстрее и равномернее, чем это возможно, просто за счет подачи воздуха непосредственно от локомотива. Релейный клапан был оснащен четырьмя диафрагмами, магнитными клапанами, электрическим оборудованием управления и датчиком скорости на оси, так что на скоростях более 60 миль в час (97 км / ч) прилагалось полное тормозное усилие, которое постепенно уменьшалось на скорости 60 миль в час. (97 км / ч) 40 и 20 миль / ч (64 и 32 км / ч), в результате чего поезд плавно останавливается. Каждая ось была также оснащена антиблокировочной тормозной системой. Комбинация минимизировала тормозной путь, позволяя работать на полной скорости между остановками. Части системы «прямой воздух» (электропневматический поезд), антиблокировочная система и ступенчатая регулировка скорости никоим образом не зависели друг от друга, и любые или все эти опции могли поставляться отдельно.
В более поздних системах автоматический воздушный тормоз заменяется электрическим проводом, который проходит по кругу вокруг всего поезда и должен оставаться под напряжением, чтобы тормоза были выключены. В Великобритании он известен как «железнодорожный трос». Он проходит через различные «регуляторы» (переключатели, управляемые давлением воздуха), которые контролируют критические компоненты, такие как компрессоры, тормозные трубопроводы и воздушные резервуары. Кроме того, если поезд разделяет, провод будет разорван, чтобы убедиться, что все двигатели выключены и обе части поезда немедленно задействованы экстренное торможение.
Более недавние инновации - пневматические тормоза с электронным управлением где тормоза всех вагонов (вагонов) и локомотивов соединены своего рода локальной вычислительной сетью, которая позволяет индивидуально управлять тормозами на каждом вагоне и сообщать о работе тормозов каждого вагона.
Пневматическая тормозная система Westinghouse очень надежна, но не безошибочна. Резервуары автомобиля перезаряжаются только тогда, когда давление в тормозной магистрали выше, чем давление в резервуаре, и что давление в резервуаре автомобиля повышается только до точки термодинамического равновесия. Для полной перезарядки резервуаров в длинном поезде может потребоваться значительное время (в некоторых случаях от 8 до 10 минут), в течение которого давление в тормозной магистрали будет ниже давления в резервуаре локомотива.
Если тормоза должны быть задействованы до завершения перезарядки, потребуется большее сокращение тормозной магистрали для достижения желаемого тормозного усилия, поскольку система запускается в более низкой точке равновесия ( более низкое общее давление). Если несколько сокращений тормозных магистралей производятся в короткой последовательности («раздутие тормоза» на железнодорожном сленге), может быть достигнута точка, когда давление в резервуаре автомобиля будет сильно истощено, что приведет к значительному снижению усилия поршня тормозного цилиндра, что приведет к отказу тормозов. На нисходящей оценке результат будет неконтролируемым.
В случае потери торможения из-за истощения резервуара водитель двигателя может восстановить управление с помощью экстренного торможения, поскольку аварийная часть двухкамерного резервуара каждого автомобиля должна быть полностью заряжена - на него не влияют обычные сокращения услуг. Тройные клапаны обнаруживают аварийное снижение на основе скорости снижения давления в тормозной магистрали. Следовательно, до тех пор, пока из тормозной магистрали можно быстро выпустить достаточный объем воздуха, тройной клапан каждого автомобиля вызовет экстренное торможение. Однако, если давление в тормозной магистрали слишком низкое из-за чрезмерного количества нажатий на педаль тормоза, экстренное применение не приведет к созданию достаточно большого объема воздушного потока для срабатывания тройных клапанов, в результате чего машинист двигателя не сможет остановить поезд.
Чтобы предотвратить разгон из-за потери тормозного давления, можно использовать динамическое (реостатическое) торможение, чтобы локомотив (-ы) помогал замедлить поезд. Часто смешанное торможение, одновременное применение динамических тормозов и тормозов поезда, используется для поддержания безопасной скорости и удержания слабины на спусках. Затем следует соблюдать осторожность при отпускании рабочего и динамического тормозов, чтобы предотвратить повреждение ходовой части, вызванное внезапным выбегом из провисания поезда.
Дуплексный датчик тормозов на британском электрическом многоканальном блоке. Левая стрелка показывает воздух, подаваемый из трубопровода главного резервуара, правая стрелка показывает давление в тормозном цилиндре Еще одно решение проблемы потери тормозного давления - двухтрубная система, установленная на большинстве пассажирских вагонов локомотивов и многих грузовых вагонах. В дополнение к традиционной тормозной магистрали, это усовершенствование добавляет трубку главного резервуара, которая непрерывно заряжается воздухом непосредственно из основного резервуара локомотива. В основном резервуаре хранится выходная мощность воздушного компрессора локомотива, и, в конечном итоге, он является источником сжатого воздуха для всех систем, которые его используют.
Поскольку локомотив поддерживает постоянное давление в магистрали резервуара, резервуары вагона могут заряжаться независимо от тормозной магистрали, это достигается через обратный клапан, чтобы предотвратить обратную подачу в трубопровод.. Такое расположение помогает уменьшить описанные выше проблемы потери давления, а также сокращает время, необходимое для отпускания тормозов, поскольку тормозная магистраль должна только подзарядиться.
Давление в трубопроводе основного резервуара также можно использовать для подачи воздуха во вспомогательные системы, такие как пневматические приводы дверей или пневматическая подвеска. Почти все пассажирские поезда (все в Великобритании и США) и многие грузы теперь имеют двухтрубную систему.
Пневматический тормоз может выйти из строя, если случайно закроется один из кранов, где соединяются трубы каждой каретки. В этом случае тормоза вагонов за закрытым краном не будут реагировать на команду водителя. Это произошло во время крушения поезда Пенсильванской железной дороги в 1953 году с участием Federal Express, поезда Пенсильванской железной дороги, который сбежал с места, когда направлялся на Union Station в Вашингтоне, в результате чего поезд врезался в пассажирский вестибюль и провалился на пол. Аналогичным образом, в аварии поезда Лионский вокзал экипаж случайно закрыл клапан, уменьшив тормозное усилие.
Существует ряд мер предосторожности, которые обычно принимаются для предотвращения подобного рода происшествий. На железных дорогах действуют строгие утвержденные правительством процедуры проверки пневматических тормозных систем при сборке поездов на верфи или при подборе вагонов в пути. Обычно они включают в себя подсоединение шлангов пневматического тормоза, зарядку тормозной системы, установку тормозов и ручной осмотр автомобилей, чтобы убедиться, что тормоза задействованы, а затем отпускание тормозов и ручной осмотр автомобилей, чтобы убедиться, что тормоза отпущены. Особое внимание обычно уделяется самому заднему вагону поезда либо путем ручного осмотра, либо с помощью автоматического конечного устройства, чтобы убедиться, что тормозная магистраль существует на протяжении всего поезда. Когда существует непрерывность тормозных магистралей по всему поезду, отказ тормозов одного или нескольких вагонов 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 пневматический тормоз не идентичен оригинальному пневматическому тормозу, поскольку в конструкцию тройного клапана были внесены небольшие изменения, которые не полностью совместимы между версиями, и поэтому должны вводиться поэтапно. Однако основные воздушные тормоза, используемые на железных дорогах по всему миру, удивительно совместимы.
Европейские железнодорожные пневматические тормоза включают тормоз Кунце-Кнорра (изобретен Георгом Кнорром и изготовлен Knorr-Bremse ) и Oerlikon. Принцип работы такой же, как и у пневматического тормоза Westinghouse. В эпоху пара британские железные дороги были разделены - некоторые использовали вакуумные тормоза, а некоторые - воздушные, но постепенно стандартизовались вакуумные тормоза. Некоторые локомотивы, например на железной дороге Лондона, Брайтона и Южного побережья были двойные, чтобы они могли работать с поездами с вакуумным или воздушным тормозом. В эпоху дизельного топлива процесс был обратным, и British Railways перешли с вакуумного тормоза на пневматический подвижной состав в 1960-х.
Кунце-Кнорр тормоз для товарного поезда (диаграмма)
Oerlikon тормозной клапан
ČD контроллер тормоза и тормозной клапан (Чехия)
Лондон, Брайтон и Южный берег железной дороги локомотив. Обратите внимание на три трубки: одна для вакуумного тормоза, одна для пневматического тормоза и одна для нагрева пара
Основным конкурентом пневматического тормоза является вакуумный тормоз, который работает на отрицательном давлении. Вакуумный тормоз немного проще, чем воздушный тормоз, с эжектором без движущихся частей на паровых двигателях или механическим или электрическим «вытяжным устройством» на дизельном или электрическом локомотиве, заменяющим воздушный компрессор. Отводы на концах вагонов не требуются, так как ослабленные шланги засасываются на монтажный блок.
Однако максимальное давление 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 действует как при включении, так и при отпускании тормоза; это требует от водителя более высокого уровня навыков и предвкушения. И наоборот, вакуумный тормоз имел преимущество постепенного отпускания задолго до автоматического пневматического тормоза Westinghouse, который изначально был доступен только в форме прямого отпускания, все еще распространенной в грузовых перевозках. Основной недостаток вакуумных тормозов - невозможность легко обнаружить утечки. В системе нагнетания воздуха утечка быстро обнаруживается из-за выходящего сжатого воздуха; Обнаружить утечку вакуума труднее, хотя ее легче устранить, когда она обнаружена, потому что кусок резины (например) можно просто привязать к утечке и будет надежно удерживаться там вакуумом.
Электровакуумные тормоза также со значительным успехом использовались в южноафриканских электропоездах. Несмотря на то, что, как указывалось выше, требовалось более крупное и тяжелое оборудование, характеристики электровакуумного тормоза приближались к характеристикам современных электропневматических тормозов. Однако повторного их использования не было.
Информация
Патенты
