Frânele de cale ferată sunt dispozitive care creează forțe artificiale de rezistență necesare atât pentru controlul vitezei, cât și pentru oprirea materialului rulant.
|
Cele mai comune sunt frânele pneumatice, care sunt acționate de aer comprimat. În ele, aerul pătrunde în cilindrii de frână și apasă pe piston, care transformă presiunea aerului într-o forță transmisă prin tija de frână către plăcuțele de frână, apăsându-le pe janta roții sau pe discul de frână de pe axă. Prima frână cu aer a fost propusă în 1869 de Westinghouse și de atunci a fost îmbunătățită constant. Frâna Westinghouse are doar două moduri - frânare și eliberare, în prezent este încă folosită în trenurile subterane . În schimb, frânele pneumatice moderne vă permit să reglați forța de frânare prin schimbarea presiunii aerului din cilindrii de frână. Șoferul controlează frânele folosind automatizarea pneumatică . Schimbând presiunea în conducta de frână , cu ajutorul macaralei șoferului , acesta descarcă conducta de frână (frânare), menține presiunea setată ( suprapunere ) și încarcă conducta de frână (eliberarea frânei). Schema pneumatică a locomotivei include și o supapă de frână auxiliară care vă permite să controlați frânele locomotivei independent de frânele trenului.
Pe fiecare unitate de material rulant , un distribuitor de aer conectat la cilindrul de frână și un rezervor de rezervă este conectat la conducta de frână printr-un T și o supapă de deconectare . La vagoanele de marfă, între distribuitorul de aer și cilindrul de frână, modul automat de marfă poate fi activat . Presiunea de încărcare în linia de frână depinde de tipul de tren, deci pentru un tren de călători este de 4,5–5,2 kg/cm² (aproximativ 0,44–0,51 MPa). Când presiunea din conducta de frână scade, distribuitorul de aer umple cilindrul de frână cu aer comprimat din rezervorul de rezervă. Presiunea în cilindrul de frână este setată în funcție de cantitatea de descărcare a conductei de frână, de modul de funcționare al distribuitorului de aer (gol, mediu, încărcat) și de încărcarea mașinii la utilizarea modului automat. În modul de suprapunere în frânele cu acțiune directă, scurgerea de aer din cilindrul de frână este compensată din rezervorul de rezervă, iar rezervorul de rezervă poate fi completat de la conducta de frână prin supapa de reținere. La frânele indirecte, scurgerea de aer din cilindrii de frână nu este compensată.
Odată cu creșterea presiunii în conducta de frână, cilindrul de frână este descărcat în atmosferă fie complet, în modul de funcționare plat (nerigid) al distribuitorului de aer, fie printr-o treaptă proporțională cu creșterea presiunii în frână. linie în modul de funcționare montan (semi-hard), iar rezervorul este reîncărcat (trebuie amintit că rezervorul nu este o rezervă, ci o rezervă, pentru că nu el este cel care bâjbește în rezervă, ci o rezervă de aer bâjbâie în ea) a rezervorului. În caz de deteriorare a conductei de frână (inclusiv atunci când trenul se rupe) și eliberarea aerului din acesta în atmosferă, distribuitorul de aer conectează direct rezervorul de rezervă la cilindrul de frână. În acest caz, are loc frânarea de urgență - aerul intră în cilindri sub presiune maximă, datorită căreia se realizează forța maximă de frânare. Frânarea de urgență poate fi și forțată - prin punerea mânerului macaralei șoferului în poziția „Frânare de urgență” sau prin deschiderea supapei de oprire - în acest caz, conducta de frână este, de asemenea, conectată direct la atmosferă.
Principalul dezavantaj al franei pneumatice este ca viteza de propagare a impactului de la macaraua soferului catre distribuitoarele de aer, si de aici functionarea franelor din punct de vedere al compozitiei, nu poate depasi viteza sunetului (331 m/s). Propagarea unei zone de presiune redusă de-a lungul liniei de frână se numește undă de aer, viteza sa este apropiată de viteza sunetului. Procesul de distribuție a presiunii crescânde în cilindrii de frână pe tot parcursul trenului se numește val de frână. Viteza undei de frânare depinde de proiectarea distribuitoarelor de aer, de temperatura aerului, de presiunea de încărcare. Pentru a menține viteza undei de frână, distribuitoarele de aer produc o descărcare suplimentară a liniei de frână. Viteza undei de frânare poate atinge 280 m/s în timpul frânării de serviciu și 300 m/s în timpul frânării de urgență.
Non-simultaneitatea acționării frânelor poate duce la șocuri longitudinale, care în trenurile de călători duce la disconfort pentru călători, iar în trenurile lungi de marfă la o pauză de tren. Prin urmare, frânele electropneumatice sunt utilizate pe trenurile de călători și marfă. În acest caz, un fir electric trece paralel cu linia de frână, prin care semnalele sunt transmise distribuitoarelor de aer (acesta din urmă se numește distribuitor de aer electric, datorită prezenței unei părți electrice în proiectare). Avantajul acestui tip de frână este că frânele sunt aplicate aproape simultan pe toată lungimea trenului, ceea ce reduce și distanța de oprire.
Pentru a verifica funcționarea frânelor pneumatice, după finalizarea formării trenului, acestea sunt testate complet. În același timp, se verifică funcționarea frânelor tuturor vagoanelor din tren, precum și rata de scurgere a aerului din conducta de frână. După o testare completă a frânelor, inspectorul vagoanelor îi dă conducătorului locomotivei conducătoare un certificat de asigurare a trenului cu frâne și funcționalitatea acestora (certificat al formularului VU-45). La trenurile cu mai multe unități, datele privind testarea completă a frânelor sunt introduse în jurnalul de stare tehnică. Căile ferate rusești efectuează și un test de frânare redus, frânele fiind testate doar pe ultimele două vagoane. Un test prescurtat este efectuat în următoarele cazuri:
De asemenea, de-a lungul traseului, în locurile specificate, frânele sunt verificate pentru eficiență - șoferul reduce viteza cu o anumită cantitate prin frânare, verificând în același timp lungimea traseului de frânare.
Pentru funcționarea sincronă a tuturor frânelor de tren, indiferent de viteza de propagare a undelor de aer de frânare și eliberare, puteți utiliza controlul electric al frânelor pneumatice - o astfel de frână se numește electro-pneumatic (EPT). În metrourile fostei URSS, EPT nu este utilizat, deoarece frâna de serviciu există o frână reostatică electrică, este absentă și pe vagoanele de marfă din cauza complexității implementării și a fiabilității insuficiente în trenurile lungi și este absentă și pe vagoanele de marfă. Trenuri vest-europene - sunt echipate cu frane automate de tip KEs cu eliberare in trepte. Pe căile ferate din fosta URSS, EPT este utilizat pe trenurile de pasageri (circuit de control cu două fire) și trenuri cu unități multiple (circuit cu cinci fire).
Cu un circuit cu două fire , contactele firului EPT sunt instalate pe capetele de conectare ale manșoanelor liniei de frână și sunt conectate atunci când manșoanele sunt conectate. Distribuitoarele electrice de aer (EVR) sunt conectate la firul direct, nimic nu este conectat la firul de retur - servește ca unul de control. Pe capul manșonului, neconectat la un alt manșon, contactele firelor directe și de control se apropie sub acțiunea unui arc, creând un circuit de control. Fiecare EVR are două supape conectate între firul direct și carcasă - una (supapa de frânare) este conectată printr-o diodă, a doua (supapa de eliberare) este conectată direct.
Când linia este dezactivată, ambele supape sunt în poziția eliberată, iar EVR-ul este în modul vacanță. Între frâna automată VR și EVR este instalată o supapă de comutare, care conectează VR-ul care dă mai multă presiune cilindrilor de frână, astfel încât atunci când EPT este oprit, autofrânele funcționează ca de obicei. Când se aplică o tensiune „plus” de 50 de volți pe un fir direct și un „minus pe șine”, ambele supape sunt excitate și EVR-ul funcționează pentru a frâna - lasă aerul să intre în centrul comercial. În cazul inversării polarității („minus” pe linie, „plus” pe șine), supapa de frânare se eliberează, deoarece este conectată printr-o diodă care trece curent numai atunci când există un „plus” în fir și numai supapa de eliberare rămâne atrasă, oferind un mod de suprapunere - în cilindrii de frână se menține presiunea.
Astfel, prin simpla comutare a sursei de alimentare a liniei EPT („plus” la linia de frânare, „minus” la linia de oprire, dezactivarea liniei pentru eliberare), puteți controla cu ușurință frânele întregului antrenați, efectuați frânarea în trepte sau eliberarea cu mare precizie. Pentru a furniza tensiune liniei de polaritate directă și inversă, sunt utilizate relee de frână și, respectiv, OP. Aceste două relee sunt controlate de contactele de pe macaraua șoferului, lampa „P” de pe consola șoferului indică faptul că OP este pornit, iar lampa „T” indică faptul că TR este pornit. Pentru control, linia de la convertor este furnizat un curent alternativ cu o frecvență de 625 Hz, care nu trece prin supape datorită rezistenței lor inductive ridicate , ci revine prin contactele capului mașinii din coada și firul de retur la locomotiva și excită releul de comandă (CR) EPT.
Dacă curentul de control nu trece (nu există contact într-unul dintre fire) și CD-ul nu se aprinde, lampa de control „O” (sau „C”) nu se aprinde și TP și OP nu se vor aprinde . În acest caz, este necesar fie să găsiți și să eliminați defecțiunea, fie să urmați fără EPT (pe frânele automate), fie să porniți sursa de alimentare duplicată a EPT - cu un comutator special, firele directe și retur sunt conectate. direct pe locomotivă și EVR-ul este alimentat nu printr-un fir, ci prin două. Pentru ca circuitul să nu fie duplicat în mod constant prin contactele de pe manșonul capului locomotivei, care nu este conectat la tren, pe locomotivă sunt instalate suspensii cu manșoane izolate, care deschid contactele.
Pe trenurile electrice, locomotivele electrice, precum și locomotivele diesel cu transmisie electrică, pe lângă frâne pneumatice, se mai folosesc și frâne electrice, care transformă energia mecanică a trenului în energie electrică . În acest caz, se utilizează reversibilitatea motorului electric , adică capacitatea sa de a funcționa ca generator . Energia electrică primită este fie convertită în căldură în reostate ( frânare reostat , este, de asemenea, electrodinamică - EDT), fie returnată la rețeaua de contact ( frânare regenerativă ), combinația lor este și posibilă ( frânare regenerativă-reostatică ). Frânarea regenerativă face posibilă creșterea eficienței tracțiunii electrice datorită returnării unei părți a energiei electrice, în timp ce frânarea reostatică asigură autonomie completă față de sursele externe, ceea ce face posibilă utilizarea acesteia pe locomotivele diesel. Locomotivele electrice VL8 , VL10 , VL80 r , VL85 , seria EP1 și E5K „Ermak” sunt echipate cu frânare regenerativă . Locomotive diesel TEP70 , 2TE116 de la numărul 1610 și toate 2TE116U și 3TE116U , trenuri electrice ER9 T, ER200 , locomotive electrice VL80 t și VL80 s , VL82 și VL82 m , ChS2 t și ChS2 t și ChS 70 , ChS 20 și ChS 70 , 200 și 2000 , sunt echipate cu frana reostatica vagoane de metrou si toate trenurile de mare viteza. Trenurile electrice ER2R , ER2T , ET2 , locomotivele electrice 2ES6 , 2es10, EP10 si EP20 sunt echipate cu frana regenerativa-reostatica .
Există și o frână magnetică pe șină . Este format din doi (mai rar patru) pantofi, fiecare fiind suspendat între roți și este un electromagnet în design . La frânare, saboții sunt coborâți pe șine, iar bobinele acestora este alimentat cu curent electric. Forța magnetică rezultată apasă pantofii de șine, crescând astfel forța de frânare, în timp ce distanța de frânare este redusă cu 30-35%. Această frână este utilizată la tramvaie, trenuri de mare viteză și unități de tracțiune. Principalul lor avantaj este compactitatea, ceea ce face posibilă utilizarea împreună cu ele de frâne cu disc, care ocupă o cantitate relativ mare de spațiu sub mașină.
Vitezele reduse ale trenurilor de marfă din Rusia în secolul al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea nu au contribuit la introducerea frânelor automate. Mașinile erau echipate cu frâne de mână de tip pârghie. Mânerul frânei de mână era amplasat pe zona deschisă a mașinii. Conductorul controla frâna. Fiecare tren era însoțit de o echipă de conducători condusă de un conducător senior. Frânarea s-a efectuat la semnalul fluierului locomotivei. O frânghie de semnalizare a fost folosită pentru a lega conductorii cu mecanicul de locomotivă. Era întins peste acoperișurile vagoanelor. Uneori frânghia era ciupită de trapele vagoanelor; conducătorii neexperimentați nu știau să-l folosească [12] .
În 1897, a avut loc un accident cu un tren militar pe calea ferată Alexander. După aceea, s-a format o comisie care să elaboreze o decizie privind procedura de introducere a autofrânării în traficul de mărfuri. La acea vreme, în traficul de pasageri, autofrânele erau folosite peste tot (din 1878), iar pe diverse drumuri existau aproximativ 9 sisteme de frânare diferite, dintre care frâna Westinghouse ocupa poziția de lider. În 1899, a fost emis un ordin pentru căile ferate de stat, care indica procedura de dotare a vagoanelor de marfă cu frână Westinghouse în 3 etape, la Sankt Petersburg, Westinghouse JSC a construit o fabrică de producție de frâne. Însă Comisia de frânare auto nu a ajuns atunci la un consens asupra sistemului căruia să-i acorde preferință, deoarece până la acest moment au fost relevate deficiențe serioase ale sistemului Westinghouse, în special în ceea ce privește traficul de marfă, iar din 1901 a permis utilizarea Sistemele New York și Lipkovsky. Dar în curând Westinghouse JSC a reușit să-l falimenteze pe Lipkovsky și și-a închis fabrica.
Etapa pregătitoare pentru introducerea frânelor auto a continuat, iar apoi a început războiul ruso-japonez. Drept urmare, procesul a fost întrerupt, iar după război nu au existat fonduri pentru continuarea lucrărilor, iar problema a fost înlăturată. S-a luat însă un început - majoritatea vechilor locomotive de marfă (și vagoane de licitație) erau echipate cu frâne automate, iar cele noi au fost echipate cu echipament de frână imediat la fabrica producătorului.
Înainte de izbucnirea Primului Război Mondial, doar 20% dintre vagoanele de marfă erau echipate cu frâne. Înainte de alcătuirea trenului a fost necesar să se calculeze numărul necesar de vagoane echipate cu frâne, în funcție de greutatea trenului [13] . Datorită creșterii vitezei trenurilor, problema introducerii frânelor automate a devenit mai acută. Această problemă urma să fie luată în considerare la un congres extraordinar al inginerilor de tracțiune, care urma să aibă loc în 1914, dar din nou războiul a intervenit.
Prima propunere postbelică pentru un nou sistem de frânare a fost făcută în 1921 de mașinistul F. P. Kazantsev . În cadrul dezvoltării sale, o fabrică a fost alocată imediat la Moscova (viitoarea MTZ - Moscow Brake Plant ). Frâna Kazantsev a fost testată din 1924, iar după testele din 1925 pe drumul Transcaucazian a unei noi versiuni cu un singur fir a frânei Kazantsev cu rute lichide, a fost lăsată în funcțiune acolo. În 1926, au fost primite două propuneri pentru sistemul lor de frânare de la inventatorul I. K. Matrosov. . În următorii 2 ani, aceste două sisteme de frânare au fost perfecționate în mod activ. În același timp, în 1927-1928, au fost primite propuneri pentru sistemele lor de frânare de la alți inventatori. Și la sfârșitul anului 1930, pe șoseaua Transcaucaziană au fost efectuate teste comparative a trei sisteme de frânare automate, în urma cărora sistemul Matrosov a câștigat în unanimitate . Pe baza acestui fapt, consiliul de conducere al NKPS din 8 februarie 1931 a decis: să accepte frâna Matrosov (distribuitorul de aer M-320) ca model pentru materialul rulant de marfă al căilor ferate URSS. I. K. Matrosov a fost distins cu Ordinul lui Lenin pentru nr. 35 pentru aceasta.
La începutul anilor 1930, ponderea mașinilor echipate cu frâne automate era de aproximativ 25% din flota de marfă, iar frânele a trei sisteme erau operate - Westinghouse, Kazantsev și Matrosov . Dar datorită acțiunilor energice, până la începutul anului 1941, 93% din flota de mărfuri era echipată cu frâne automate, la baza cărora se afla distribuitorul de aer M-320, inventat de Matrosov.
Din 1947, flota auto a început să fie echipată cu regulatoare automate ale legăturii de frână, iar din 1966 - cu un mod automat de marfă. Din 1953, noul distribuitor de aer MTZ-135 pentru trenuri lungi a început să fie produs și instalat pe material rulant , patentat de Matrosov în 1946. Din 1959, au început să fie instalate noi sisteme de frânare, distribuitoare de aer nr. 270, la dezvoltarea cărora a participat I. K. Matrosov , și din 1979 nr. 483, care sunt în funcțiune până în prezent.
Utilizarea pe scară largă a frânelor electropneumatice pe trenurile electrice a început în 1948, iar pe trenurile de călători cu tracțiune locomotivă - din 1958. După introducerea sistemelor de frânare automată, profesia de dirijor a dispărut. Conductorii au început să fie numiți conducători.
| Frânele materialului rulant feroviar | |
|---|---|
| Elemente ale sistemului de frânare | |
| Terminologie | |
| frane | |
| Inventatorii sistemelor de frânare | |