Воздушный тормоз Вестингауза

Воздушный тормоз Вестингауза — название для систем привода тормозов в железнодорожном транспорте, использующих для работы сжатый воздух.

Первая надёжная (автоматическая) система воздушных тормозов была запатентована Джорджем Вестингаузом 5 марта 1872 года. Изобретение Вестингауза стало поистине революционным для железных дорог, обеспечивая надёжное торможение, что, в свою очередь, расширило диапазон скоростей, с которыми могли двигаться составы тех лет. Вестингауз также предложил множество дополнений к своему изобретению, давшие возможность применять его в самых различных системах автоматического торможения. В 1893 году Конгресс США даже принял специальный «Закон об обеспечении безопасности на железнодорожном транспорте» (англ. Railroad Safety Appliance Act), делающий использование таких систем обязательным. Только в Соединённых Штатах к 1905 году более 2 млн грузовых, пассажирских, почтовых и багажных вагонов, а также около 89 тыс. локомотивов были оборудованы автоматическими тормозами Вестингауза.

Введение

В самой простой системе воздушного тормоза, которая называется системой прямого действия (или прямодействующий тормоз), сжатый воздух давит на поршень в цилиндре. Поршень соединён с тормозной колодкой, которая трётся о колесо вагона или локомотива, заставляя его остановиться. Сжатый воздух подаётся компрессором локомотива от вагона к вагону через специальную тормозную магистраль (систему труб), проходящую через весь состав, и имеющую гибкие вставки между вагонами. Принципиальной проблемой такой системы является то, что в случае нарушения герметичности магистрали или её соединений, давление в системе будет падать, и его может не хватить для надежного торможения, что может привести к аварии. Системы прямого действия применяются только на локомотивах, имеют двухконтурную схему, когда на каждой тележке устанавливается свой независимый контур.

Для устранения указанного недостатка систем прямого действия Вестингауз предложил оборудовать каждый вагон воздушным резервуаром, а также специальным «тройным клапаном», также называемым управляющим клапаном.

Зачастую говорят, что «тройным» клапан назван потому, что он выполняет три функции. На самом деле это миф, потому что на самом деле функций у него всего две: он прикладывает усилие к тормозам и отпускает их. Конечно, параллельно он выполняет и другие сопутствующие операции, например, поддерживает усилие, или позволяет воздушному резервуару наполняться при отпускании. В своём основном патенте Вестингауз ссылается на «тройное клапанное устройство», потому что оно состоит из трех компонентов: тарельчатого клапана, подающего воздух из резервуара к тормозным цилиндрам, клапана заполнения резервуара, а также клапана, освобождающего тормозные цилиндры.

Принцип работы системы следующий:

• если давление в воздушной магистрали поезда ниже, чем в резервуаре, выпускной клапан тормозного цилиндра закрывается, и воздух из вагонного резервуара (запасный резервуар) подается в тормозной цилиндр, вызывая срабатывание тормозов;
• если давление в магистрали выше, чем в вагонном резервуаре, тройной клапан соединяет магистраль с резервуаром, тем самым наполняя его. Параллельно он открывает выходное отверстие тормозного цилиндра, обеспечивая отпуск тормоза.
• в тот момент, когда давление в резервуаре сравнивается с давлением в магистрали, тройной клапан закрывается, а тормозной цилиндр остается в своём последнем положении.

В отличие от систем прямого действия, система Вестингауза использует понижение давления в линии для инициирования торможения. Когда машинисту необходимо снизить скорость, он открывает тормозной клапан, соединяющий воздушную линию поезда с атмосферой, давление в магистрали снижается, и срабатывают тормозные цилиндры вагонов. Если же клапан закрыть, давление в магистрали восстанавливается компрессором локомотива, давление повышается, тормозные цилиндры вагонов открываются в атмосферу, освобождая тормоза и перезаряжая резервуары.

Таким образом, система Вестингауза становится надежной — ведь любое повреждение воздушной магистрали на любом её участке, включая такое серьёзное, как разрыв состава, вызовет немедленную остановку всего поезда. Поэтому тормоз Вестингауза называется автоматическим.

Усовершенствования

Современные воздушные тормозные системы состоят из двух частей:

• обычной, работающей в штатном режиме;
• аварийной (ускорителя), вызывающей ускоренное торможение в случае разрыва воздушной магистрали.

В обычном режиме машинист снижает давление в магистрали на определенную величину. Требуется несколько секунд, чтобы давление в магистрали снизилось, и еще несколько секунд для срабатывания тормозов по всему составу. Но для экстренного торможения магистраль напрямую соединяется с атмосферой, что приводит к немедленному срабатыванию всех тормозных цилиндров. В таком же режиме система работает в случае нарушения целостности магистрали или другой аварии.

Постановка задачи аварийного применения системы добавляет в неё ещё один компонент. Тройной клапан разделяется на две части: штатную, используемую в обычном режиме, и аварийную, которая реагирует на резкое снижение давления в воздушной магистрали. Воздушный резервуар также при этом делится на две части — штатную и аварийную. Такой резервуар называется «двухотсечным». При обычной работе давление подается в тормозные цилиндры только из штатного отсека, в то время как при аварийном торможении включаются оба, и тормозное усилие возрастает на 20—30 %.

Аварийная часть тройного клапана срабатывает при экстремально быстром падении давления в магистрали. Так как поезда обычно имеют большую длину, а диаметр магистрали относительно мал, тормозное усилие будет заметно выше в голове состава (в случае аварийного торможения, инициированного машинистом) или в районе разрыва магистрали. Чтобы избежать неравномерного срабатывания тормозов по длине состава, ускоритель каждого вагона при срабатывании производит дополнительное снижение давления в магистрали. Электропневматические тормоза (ЭПТ) — это новый тип воздушных тормозов, обеспечивающий срабатывание всех тормозных систем одновременно вдоль всего состава, в отличие от обычных тормозов, срабатывающих последовательно по мере прохождения тормозной или отпускной волны по магистрали. В настоящее время ЭПТ работают на пассажирских поездах стран бывшего СССР, пригородных поездах многих стран, испытываются в Северной Америке и Южной Африке на составах, перевозящих руду и уголь. Также есть сведения, что такие тормоза применялись в конце 1980-х на высокоскоростных поездах ICE в Германии.

Советские ЭПТ неавтоматического типа, их электровоздухораспределитель (ЭВР) типа 305 собран в единый блок с воздухораспределителем типа 292 (модернизированным тройным клапаном Вестингауза), между ними установлен переключательный клапан, подключающий к тормозному цилиндру тот воздухораспределитель, который даёт большее давление. Это позволяет при отказе ЭПТ остановить поезд обычным автоматическим тормозом. Схема ЭПТ двухпроводная, первый провод основной, к нему подключены ЭВР 305, а второй контрольный, он соединён с основным на последнем вагоне и по нему на локомотив возвращается контрольный ток, подтверждающий целостность цепи ЭПТ. Второй вывод ЭВР-ов заземлён (подключен к корпусу) и рабочий тормозной ток возвращается на локомотив по рельсам.

За рубежом долгое время пассажирские поезда имели трёхпроводную версию электропневматических тормозов, что позволяло устанавливать тормозное усилие на один из семи уровней. В большинстве случаев такая система имеет недостаточную надёжность, так как для приложения тормозного усилия напряжение к проводам нужно прикладывать последовательно, однако в большинстве случаев при аварии такая система может работать и как обычный воздушный тормоз. В более поздних системах управление происходило по проводу, на котором для растормаживания постоянно поддерживалось постоянное напряжение.

В последнее время применяются электронно управляемые тормозные системы, в которых все вагоны соединены локальной вычислительной сетью, что позволяет компьютеру локомотива управлять каждым тормозом индивидуально, а также раздельно получать информацию о состоянии каждого компонента системы.

Возможные проблемы

Воздушный тормоз может не сработать, если в одном из вагонов закрыт кран воздушной магистрали. Это приведет к тому, что тормоза вагонов, находящихся за закрытым краном, не смогут отреагировать на изменение давления в магистрали. Были случаи, когда это приводило к тяжёлым авариям (катастрофа на станции Каменская, железнодорожная катастрофа на Лионском вокзале, Крушение в Челябинской области 11 августа 2011 года).

Для предотвращения таких инцидентов принимаются специальные защитные меры. На всех железных дорогах установлены жёсткие правила, регулируемые специальным законодательством, по проверке поездов перед рейсом. Эти меры применяются на всех этапах — от соединения воздушных магистралей вагонов и зарядки резервуаров до проверки срабатывания, а затем и отпускания каждого тормоза вдоль всего состава. Особое внимание уделяется последнему вагону, проходимость магистрали от локомотива проверяется с помощью специального устройства или вручную — открытием концевого крана последнего вагона, при этом машинист должен подтвердить, что видит по манометру падение давления, а по составу слышен резкий звук срабатывания ускорителей и бывает даже видно, как выходящий из ускорителя воздух раздувает пыль под вагоном.

Если воздух проходит по всей длине состава, но тормоза отдельного вагона не работают — его тройной клапан неисправен. В зависимости от доступности ремонтных мастерских, а также от законодательства, регулирующего допустимое количество неработающих тормозов в составе, такой вагон может быть снят с рейса немедленно, либо отправлен в ремонт в ближайшем доступном пункте. Также целостность магистрали проверяют перед отправлением кратковременной постановкой ручки крана в положение сверхзарядки (первое), при этом по скорости нарастания давления в магистрали можно судить по её объёму — чем быстрее нарастает давление, тем короче магистраль. В длинносоставных грузовых поездах давление почти не нарастает, если же нарастание слишком быстрое (давление за несколько секунд возрастает до предельного), то тормозная магистраль короткая — короткосоставный поезд или перекрытие концевого крана в первой части состава.

Другая возможная неисправность — неправильный подбор тормозных колодок, которые могут перегреться и перестать работать на длинном уклоне. Такой случай произошёл на 30-километровом спуске между городом Катумба и пригородом Сиднея Эму-Плайнс в Австралии. Поезд потерял управление, и крушение не произошло только по счастливой случайности.

Стандартизация

Современный пневматический тормоз совершеннее оригинального, благодаря различным изменениям в конструкции тройного клапана, которые модульные . Однако при этом, базовый принцип пневматических тормозов неизменен по всему миру.

Ссылки

• [www.google.com/patents/US12263 U.S. Patent 12 263] — Steam and air brake
• [www.google.com/patents/US16220 U.S. Patent 16 220] — Air engine
• [www.google.com/patents/US88929 U.S. Patent 88 929] — Steam power brake

Отрывок, характеризующий Воздушный тормоз Вестингауза

Надо принять неожиданное сражение в Смоленске, чтобы спасти свои сообщения. Сражение дается. Убиваются тысячи с той и с другой стороны.
Смоленск оставляется вопреки воле государя и всего народа. Но Смоленск сожжен самими жителями, обманутыми своим губернатором, и разоренные жители, показывая пример другим русским, едут в Москву, думая только о своих потерях и разжигая ненависть к врагу. Наполеон идет дальше, мы отступаем, и достигается то самое, что должно было победить Наполеона.


На другой день после отъезда сына князь Николай Андреич позвал к себе княжну Марью.
– Ну что, довольна теперь? – сказал он ей, – поссорила с сыном! Довольна? Тебе только и нужно было! Довольна?.. Мне это больно, больно. Я стар и слаб, и тебе этого хотелось. Ну радуйся, радуйся… – И после этого княжна Марья в продолжение недели не видала своего отца. Он был болен и не выходил из кабинета.
К удивлению своему, княжна Марья заметила, что за это время болезни старый князь так же не допускал к себе и m lle Bourienne. Один Тихон ходил за ним.
Через неделю князь вышел и начал опять прежнюю жизнь, с особенной деятельностью занимаясь постройками и садами и прекратив все прежние отношения с m lle Bourienne. Вид его и холодный тон с княжной Марьей как будто говорил ей: «Вот видишь, ты выдумала на меня налгала князю Андрею про отношения мои с этой француженкой и поссорила меня с ним; а ты видишь, что мне не нужны ни ты, ни француженка».
Одну половину дня княжна Марья проводила у Николушки, следя за его уроками, сама давала ему уроки русского языка и музыки, и разговаривая с Десалем; другую часть дня она проводила в своей половине с книгами, старухой няней и с божьими людьми, которые иногда с заднего крыльца приходили к ней.
О войне княжна Марья думала так, как думают о войне женщины. Она боялась за брата, который был там, ужасалась, не понимая ее, перед людской жестокостью, заставлявшей их убивать друг друга; но не понимала значения этой войны, казавшейся ей такою же, как и все прежние войны. Она не понимала значения этой войны, несмотря на то, что Десаль, ее постоянный собеседник, страстно интересовавшийся ходом войны, старался ей растолковать свои соображения, и несмотря на то, что приходившие к ней божьи люди все по своему с ужасом говорили о народных слухах про нашествие антихриста, и несмотря на то, что Жюли, теперь княгиня Друбецкая, опять вступившая с ней в переписку, писала ей из Москвы патриотические письма.
«Я вам пишу по русски, мой добрый друг, – писала Жюли, – потому что я имею ненависть ко всем французам, равно и к языку их, который я не могу слышать говорить… Мы в Москве все восторжены через энтузиазм к нашему обожаемому императору.
Бедный муж мой переносит труды и голод в жидовских корчмах; но новости, которые я имею, еще более воодушевляют меня.
Вы слышали, верно, о героическом подвиге Раевского, обнявшего двух сыновей и сказавшего: «Погибну с ними, но не поколеблемся!И действительно, хотя неприятель был вдвое сильнее нас, мы не колебнулись. Мы проводим время, как можем; но на войне, как на войне. Княжна Алина и Sophie сидят со мною целые дни, и мы, несчастные вдовы живых мужей, за корпией делаем прекрасные разговоры; только вас, мой друг, недостает… и т. д.
Преимущественно не понимала княжна Марья всего значения этой войны потому, что старый князь никогда не говорил про нее, не признавал ее и смеялся за обедом над Десалем, говорившим об этой войне. Тон князя был так спокоен и уверен, что княжна Марья, не рассуждая, верила ему.
Весь июль месяц старый князь был чрезвычайно деятелен и даже оживлен. Он заложил еще новый сад и новый корпус, строение для дворовых. Одно, что беспокоило княжну Марью, было то, что он мало спал и, изменив свою привычку спать в кабинете, каждый день менял место своих ночлегов. То он приказывал разбить свою походную кровать в галерее, то он оставался на диване или в вольтеровском кресле в гостиной и дремал не раздеваясь, между тем как не m lle Bourienne, a мальчик Петруша читал ему; то он ночевал в столовой.
Первого августа было получено второе письмо от кня зя Андрея. В первом письме, полученном вскоре после его отъезда, князь Андрей просил с покорностью прощения у своего отца за то, что он позволил себе сказать ему, и просил его возвратить ему свою милость. На это письмо старый князь отвечал ласковым письмом и после этого письма отдалил от себя француженку. Второе письмо князя Андрея, писанное из под Витебска, после того как французы заняли его, состояло из краткого описания всей кампании с планом, нарисованным в письме, и из соображений о дальнейшем ходе кампании. В письме этом князь Андрей представлял отцу неудобства его положения вблизи от театра войны, на самой линии движения войск, и советовал ехать в Москву.
За обедом в этот день на слова Десаля, говорившего о том, что, как слышно, французы уже вступили в Витебск, старый князь вспомнил о письме князя Андрея.
– Получил от князя Андрея нынче, – сказал он княжне Марье, – не читала?
– Нет, mon pere, [батюшка] – испуганно отвечала княжна. Она не могла читать письма, про получение которого она даже и не слышала.
– Он пишет про войну про эту, – сказал князь с той сделавшейся ему привычной, презрительной улыбкой, с которой он говорил всегда про настоящую войну.
– Должно быть, очень интересно, – сказал Десаль. – Князь в состоянии знать…
– Ах, очень интересно! – сказала m llе Bourienne.
– Подите принесите мне, – обратился старый князь к m llе Bourienne. – Вы знаете, на маленьком столе под пресс папье.
M lle Bourienne радостно вскочила.
– Ах нет, – нахмурившись, крикнул он. – Поди ты, Михаил Иваныч.
Михаил Иваныч встал и пошел в кабинет. Но только что он вышел, старый князь, беспокойно оглядывавшийся, бросил салфетку и пошел сам.
– Ничего то не умеют, все перепутают.
Пока он ходил, княжна Марья, Десаль, m lle Bourienne и даже Николушка молча переглядывались. Старый князь вернулся поспешным шагом, сопутствуемый Михаилом Иванычем, с письмом и планом, которые он, не давая никому читать во время обеда, положил подле себя.
Перейдя в гостиную, он передал письмо княжне Марье и, разложив пред собой план новой постройки, на который он устремил глаза, приказал ей читать вслух. Прочтя письмо, княжна Марья вопросительно взглянула на отца.
Он смотрел на план, очевидно, погруженный в свои мысли.
– Что вы об этом думаете, князь? – позволил себе Десаль обратиться с вопросом.
– Я! я!.. – как бы неприятно пробуждаясь, сказал князь, не спуская глаз с плана постройки.
– Весьма может быть, что театр войны так приблизится к нам…
– Ха ха ха! Театр войны! – сказал князь. – Я говорил и говорю, что театр войны есть Польша, и дальше Немана никогда не проникнет неприятель.
Десаль с удивлением посмотрел на князя, говорившего о Немане, когда неприятель был уже у Днепра; но княжна Марья, забывшая географическое положение Немана, думала, что то, что ее отец говорит, правда.
– При ростепели снегов потонут в болотах Польши. Они только могут не видеть, – проговорил князь, видимо, думая о кампании 1807 го года, бывшей, как казалось, так недавно. – Бенигсен должен был раньше вступить в Пруссию, дело приняло бы другой оборот…
– Но, князь, – робко сказал Десаль, – в письме говорится о Витебске…
– А, в письме, да… – недовольно проговорил князь, – да… да… – Лицо его приняло вдруг мрачное выражение. Он помолчал. – Да, он пишет, французы разбиты, при какой это реке?
Десаль опустил глаза.
– Князь ничего про это не пишет, – тихо сказал он.
– А разве не пишет? Ну, я сам не выдумал же. – Все долго молчали.
– Да… да… Ну, Михайла Иваныч, – вдруг сказал он, приподняв голову и указывая на план постройки, – расскажи, как ты это хочешь переделать…
Михаил Иваныч подошел к плану, и князь, поговорив с ним о плане новой постройки, сердито взглянув на княжну Марью и Десаля, ушел к себе.
Княжна Марья видела смущенный и удивленный взгляд Десаля, устремленный на ее отца, заметила его молчание и была поражена тем, что отец забыл письмо сына на столе в гостиной; но она боялась не только говорить и расспрашивать Десаля о причине его смущения и молчания, но боялась и думать об этом.
Ввечеру Михаил Иваныч, присланный от князя, пришел к княжне Марье за письмом князя Андрея, которое забыто было в гостиной. Княжна Марья подала письмо. Хотя ей это и неприятно было, она позволила себе спросить у Михаила Иваныча, что делает ее отец.
– Всё хлопочут, – с почтительно насмешливой улыбкой, которая заставила побледнеть княжну Марью, сказал Михаил Иваныч. – Очень беспокоятся насчет нового корпуса. Читали немножко, а теперь, – понизив голос, сказал Михаил Иваныч, – у бюра, должно, завещанием занялись. (В последнее время одно из любимых занятий князя было занятие над бумагами, которые должны были остаться после его смерти и которые он называл завещанием.)
– А Алпатыча посылают в Смоленск? – спросила княжна Марья.
– Как же с, уж он давно ждет.


Когда Михаил Иваныч вернулся с письмом в кабинет, князь в очках, с абажуром на глазах и на свече, сидел у открытого бюро, с бумагами в далеко отставленной руке, и в несколько торжественной позе читал свои бумаги (ремарки, как он называл), которые должны были быть доставлены государю после его смерти.
Когда Михаил Иваныч вошел, у него в глазах стояли слезы воспоминания о том времени, когда он писал то, что читал теперь. Он взял из рук Михаила Иваныча письмо, положил в карман, уложил бумаги и позвал уже давно дожидавшегося Алпатыча.
На листочке бумаги у него было записано то, что нужно было в Смоленске, и он, ходя по комнате мимо дожидавшегося у двери Алпатыча, стал отдавать приказания.
– Первое, бумаги почтовой, слышишь, восемь дестей, вот по образцу; золотообрезной… образчик, чтобы непременно по нем была; лаку, сургучу – по записке Михаила Иваныча.
Он походил по комнате и заглянул в памятную записку.
– Потом губернатору лично письмо отдать о записи.
Потом были нужны задвижки к дверям новой постройки, непременно такого фасона, которые выдумал сам князь. Потом ящик переплетный надо было заказать для укладки завещания.
Отдача приказаний Алпатычу продолжалась более двух часов. Князь все не отпускал его. Он сел, задумался и, закрыв глаза, задремал. Алпатыч пошевелился.
– Ну, ступай, ступай; ежели что нужно, я пришлю.
Алпатыч вышел. Князь подошел опять к бюро, заглянув в него, потрогал рукою свои бумаги, опять запер и сел к столу писать письмо губернатору.
Уже было поздно, когда он встал, запечатав письмо. Ему хотелось спать, но он знал, что не заснет и что самые дурные мысли приходят ему в постели. Он кликнул Тихона и пошел с ним по комнатам, чтобы сказать ему, где стлать постель на нынешнюю ночь. Он ходил, примеривая каждый уголок.
Везде ему казалось нехорошо, но хуже всего был привычный диван в кабинете. Диван этот был страшен ему, вероятно по тяжелым мыслям, которые он передумал, лежа на нем. Нигде не было хорошо, но все таки лучше всех был уголок в диванной за фортепиано: он никогда еще не спал тут.
Тихон принес с официантом постель и стал уставлять.