Влакова въздушна спирачка

Влаковата въздушна спирачка е ключова иновация в железопътния транспорт, която значително подобрява безопасността и ефективността на спирачните системи. За да разберем значението ѝ, нека проследим развитието от ръчните спирачки до появата на въздушните спирачки.

Както е добре известно, железопътното превозно средство е лесно за движение поради ниското му съпротивление при търкаляне – стоманени колела върху стоманени релси. Но въпросът е как да се спре безопасно влака?

Преди появата на въздушните спирачки

Преди появата на въздушни спирачки, влаковете са се спирали ръчно. Всеки вагон се е обслужвал от спирач, който е управлявал ръчна спирачка. Спирачките е трябвало да се задействат или освобождават при съответния звуков сигнал от машиниста.

Работата на спирачите е била изключително стресираща, тъй като специалните им седалки са били напълно незащитени за дълги периоди. Не е било необичайно спирачите да замръзват до смърт по време на работа през зимата. Едва по-късно така наречените спирачи кабини, предлагат известна защита срещу атмосферните условия.

Ето как функционира системата:

• Механизъм на ръчните спирачки: Всеки вагон е оборудван с ръчна спирачка, която се задейства чрез завъртане на колело или лост. Това притиска спирачни челюсти към колелата, за да се забави или спре движението.
• Процес на спиране: Локомотивният машинист сигнализира на спирачните работници чрез свирка или други сигнали. Работниците, разположени на различни вагони, бързо задействат ръчните спирачки. Това изисква координация и бързина, особено при дълги влакове.
• Проблеми:
  • Бавност и неефективност: Спирането е бавно, тъй като зависи от скоростта на реакция на хората.
  • Опасност: Спирачните работници често се движат по покривите на вагоните, дори при лошо време, което води до чести инциденти и наранявания.
  • Неравномерно спиране: Различните вагони спират с различна сила, което може да доведе до сблъсъци между вагоните или дерайлиране.
  • Ограничение за дълги влакове: При по-дълги влакове координацията става почти невъзможна, което ограничава размера и скоростта на влаковете.

Тези недостатъци правят ръчните спирачки непрактични за нарастващите нужди на железопътния транспорт, особено с увеличаването на скоростите и дължината на влаковете.

Поява на въздушната спирачка

Решението на тези проблеми идва с изобретяването на въздушната спирачка от Джордж Уестингхаус (George Westinghouse) през 1869 г. Тази иновация революционизира железопътния транспорт.

„Правилникът за строителство и експлоатация на железопътни линии“ (EBO) гласял:

Влаковете, предназначени да се движат със скорост над 50 км/ч, трябва да бъдат оборудвани с непрекъсната и автоматична спирачка.

Това изискване е правно обвързващо. Как се постига това? Нека първо изясним термините.

„ Непрекъсната “ означава просто, че спирачната система трябва да се простира през целия влак; всички вагони във влака трябва да бъдат свързани към тази система. Тази система се състои от тръбопровод за сгъстен въздух, който наричаме „главен въздухопровод“ (ГВП). Той трябва да покрива целия влак, чак до последния вагон.

„ Автоматично “ означава, че винаги когато налягането в главния въздухопровод падне, всички вагони във влака спират. В случай на инциденти, като например отделяне на влака (откъсване на вагон), спукан въздушен маркуч или задействане на аварийна спирачка, целият влак спира автоматично и много бързо.

Предимства на въздушната спирачка

• Едновременност: Всички вагони спират едновременно, което намалява риска от сблъсъци между вагоните.
• Безопасност: В случай на разкъсване на влака или изтичане на въздух налягането в магистралата пада автоматично, задействайки спирачките (т.нар. „fail-safe“ система).
• Ефективност: Машинистът може да управлява спирачките на целия влак от локомотива, елиминирайки нуждата от спирачни работници.
• Подходяща за дълги влакове: Въздушната спирачка позволява управление на по-дълги и по-тежки влакове, което увеличава капацитета на железниците.

Спирачната система е направена по такъв начин, че когато налягането в главния въздухопровод се намали до приблизително 3,5 бара (пълно спиране) и когато главният въздухопровод е напълно изпразнен (0 бара в случай на бързо, аварийно или принудително спиране), в спирачните цилиндри да има максимално налягане от 3,8 бара.

Контролният клапан (наричан още вентил) реагира на промените в налягането в главния въздухопровод, като насочва сгъстен въздух от резервоара за захранващ въздух към спирачните цилиндри.

Локомотивът има компресор (бутална въздушна помпа в парните локомотиви). Той пълни главния резервоар с въздух от 8 до 10 бара (в зависимост от типа на локомотива). Регулаторът на налягането в тръбопровода (известен преди като бързодействащ регулатор на налягането) след това повишава налягането в главния въздухопровод. Регулираното (работно) налягане е 5 бара. След като се достигнат тези 5 бара, всички спирачки на влака се освобождават.

Основният елемент за управление на спирачната система е така нареченият „кранмашинист“ на тяговия систав или локомотив и се управлява от машиниста.

Ако от главния въздухопровод се освободи налягане (обикновено контролиран от водача чрез кранмашиниста), управляващите клапани реагират. В зависимост от количеството освободено налягане, те насочват въздух от резервоарите със захранващ въздух към спирачните цилиндри, което задейства спирачната щанга срещу налягането на пружината, спирачните елементи се задействат и превозното средство спира. Колкото повече налягане се освобождава от главния въздухопровод, толкова повече налягане се натрупва в спирачните цилиндри и толкова по-силно се притискат спирачните накладки към колелата или спирачните дискове, т.е. толкова по-голям е спирачният ефект.

Съвременните влакове днес имат спирачен път от няколкостотин метра – стандартният спирачен път по главните линии на Deutsche Bahn AG е 1000 метра, достатъчен за скорости до 160 км/ч. Влак ICE, движещ се през страната с 300 км/ч, се нуждае от до 3000 метра, за да спре от пълна скорост и следователно може да се движи с тази висока скорост само по специално оборудвани линии.

Развитие и усъвършенстване

• Първоначален дизайн (1869): Първата версия на Уестингхаус изисква ръчно освобождаване на спирачките на всеки вагон след спиране, което все още е неефективно.
• Автоматична въздушна спирачка (1872): Уестингхаус подобрява системата, като въвежда тройния клапан, който позволява автоматично задействане и освобождаване на спирачките.
• По-късни подобрения: През годините системата е усъвършенствана с добавянето на допълнителни резервоари, по-прецизни клапани и електрическо управление за по-бърза реакция.

Влияние върху железопътния транспорт

• Безопасност: Намалява броя на инцидентите, причинени от лошо спиране или липса на координация.
• Скорост и капацитет: Позволява по-високи скорости и по-тежки товари, което подпомага индустриализацията и търговията.
• Стандартизация: Въздушната спирачка на Уестингхаус става стандарт в много страни, особено в САЩ и Европа, което улеснява международния железопътен транспорт.

Съвременни въздушни спирачки

Днес въздушните спирачки все още са основата на спирачните системи в повечето товарни и пътнически влакове, но са допълнени от модерни технологии:

• Електропневматични спирачки: Комбинират въздушни спирачки с електронно управление за по-бърза реакция и прецизност.
• Дискови спирачки: Използват се при високоскоростни влакове, като допълват или заменят традиционните челюстни спирачки.
• Автоматизация: Съвременните системи позволяват компютърно управление на спирачките, което подобрява ефективността и безопасността.

Заключение

Въздушната спирачка на Уестингхаус преобразява железопътния транспорт, заменяйки опасните и неефективни ръчни спирачки с надеждна, автоматизирана система. Тя не само подобрява безопасността и ефективността, но и позволява разрастването на железниците като гръбнак на индустриалната ера. Днес, въпреки напредъка в технологиите, принципът на въздушната спирачка остава основа на спирачните системи в железопътния транспорт.

Благодарим ви за прочитането на статията! Ако намерихте информацията за полезна, можете да дарите посредством бутоните по-долу:

Donate ☕️ Дарете с PayPalDonate 💳 Дарете с Revolut