Järnvägsluftbroms

Rördiagram från 1909 av ett Westinghouse 6-ET Air Brake system på ett lokomotiv
Kontrollhandtag och ventil för en Westinghouse Air Brake

En järnvägsluftbroms är ett järnvägsbromskraftsbromssystem med tryckluft som arbetsmedium. Moderna tåg förlitar sig på ett felsäkert luftbromssystem som är baserat på en design som patenterades av George Westinghouse den 13 april 1869. Westinghouse Air Brake Company organiserades därefter för att tillverka och sälja Westinghouses uppfinning. I olika former har det antagits nästan universellt.

Westinghouse-systemet använder lufttryck för att ladda luftbehållare (tankar) på varje bil. Fullt lufttryck gör att varje bil släpper bromsarna. En efterföljande minskning eller förlust av lufttrycket gör att varje bil bromsar med hjälp av den komprimerade luften som lagras i dess reservoarer.

Översikt

Rak luftbroms

Ett förhållandevis enkelt bromslänkage

I luftbromsens enklaste form, kallat det raka luftsystemet , trycker tryckluft på en kolv i en cylinder. Kolven är ansluten genom mekanisk koppling till bromsbackar som kan gnugga på tågets hjul, med hjälp av den resulterande friktionen för att bromsa tåget. Det mekaniska länkaget kan bli ganska komplicerat, eftersom det jämnt fördelar kraften från en tryckluftscylinder till 8 eller 12 hjul.

Den trycksatta luften kommer från en luftkompressor i loket och skickas från vagn till vagn med en tåglinje som består av rör under varje vagn och slangar mellan vagnarna. Det huvudsakliga problemet med det raka luftbromssystemet är att varje separation mellan slangar och rör orsakar förlust av lufttryck och därmed förlusten av kraften som anbringar bromsarna. Detta kan lätt orsaka ett skenande tåg . Raka luftbromsar används fortfarande på lok, men som ett dubbelkretssystem, vanligtvis med varje boggi (lastbil) med sin egen krets.

Westinghouse luftbroms

För att designa ett system utan bristerna i det raka luftsystemet uppfann Westinghouse ett system där varje del av järnvägsmateriel var utrustad med en luftreservoar och en trippelventil , även känd som en kontrollventil .

Rotair Valve Westinghouse Air brake Company

Till skillnad från det raka luftsystemet använder Westinghouse-systemet en minskning av lufttrycket i tåglinjen för att indirekt bromsa.

1918 ritning av en trippelventil

Trippelventilen heter så eftersom den utför tre funktioner: Den släpper in luft i en lufttank redo att användas, den ansätter bromsarna och släpper dem. Genom att göra det stödjer den vissa andra åtgärder (dvs. den "håller" eller upprätthåller applikationen och den tillåter utsläpp av bromscylindertryck och återladdning av behållaren under frigöringen). I sin patentansökan hänvisar Westinghouse till sin "trippelventilanordning" på grund av de tre ventilära delarna som består av den: den membranmanövrerade tallriksventilen som matar reservoarluft till bromscylindern, reservoarladdningsventilen och bromscylinderns utlösningsventil . Westinghouse förbättrade snart enheten genom att ta bort tallriksventilens funktion, dessa tre komponenter blev kolvventilen, slidventilen och gradueringsventilen.

  • Om trycket i tåglinjen är lägre än behållaren stängs bromscylinderns avgasportal och luft från bilens behållare matas in i bromscylindern. Trycket ökar i cylindern, bromsar, samtidigt som det minskar i behållaren. Denna åtgärd fortsätter tills jämvikt mellan bromsrörets tryck och reservoartrycket uppnås. Vid den tidpunkten släpps luftflödet från behållaren till bromscylindern [ förtydligande behövs ] och cylindern hålls vid ett konstant tryck.
  • Om trycket i tågledningen är högre än i reservoaren, ansluter trippelventilen tågledningen till reservoarmatningen, vilket gör att lufttrycket i reservoaren ökar. Trippelventilen gör också att bromscylindern töms ut i atmosfären och släpper bromsarna.
  • När trycket i tågledningen och behållaren utjämnas, stängs trippelventilen, vilket gör att luften i behållaren tätas in och bromscylindern inte trycksätts.

När motorföraren bromsar genom att manövrera lokets bromsventil, ventilerar tåglinjen till atmosfären med en kontrollerad hastighet, vilket minskar tåglinjetrycket och i sin tur utlöser trippelventilen på varje vagn för att mata in luft i dess bromscylinder. När motorföraren släpper bromsen stängs lokets bromsventilportal till atmosfären, vilket gör att tåglinjen kan laddas upp av lokets kompressor. Den efterföljande ökningen av tåglinjetrycket gör att de tre ventilerna på varje vagn släpper ut innehållet i bromscylindern till atmosfären, släpper bromsarna och laddar reservoarerna.

Westinghouse-systemet är således felsäkert — varje fel på tåglinjen, inklusive en separation ("break-in-two") av tåget, kommer att orsaka en förlust av tåglinjetrycket, vilket orsakar att bromsarna ansätts och för tåget till ett stopp, vilket förhindrar ett skenande tåg.

Moderna system

Moderna luftbromssystem har två funktioner:

  • Färdbromsen aktiverar och släpper bromsarna under normal drift.
  • Nödbromsning bromsar snabbt i händelse av ett bromsrörsfel eller en nödtillämpning av motorföraren eller passagerarnödlarm/snöre/handtag.

När tågbromsarna ansätts under normal drift gör motorföraren en "serviceapplikation" eller en "servicehastighetsreduktion", vilket innebär att bromsrörstrycket minskar med en kontrollerad takt. Det tar flera sekunder för bromsrörstrycket att minska och följaktligen tar det flera sekunder för bromsarna att ansätta i hela tåget. Tryckförändringar under en servicereduktion fortplantar sig med den lokala ljudhastigheten , vilket innebär att bromsarna på de bakersta bilarna kommer att ansättas någon gång efter bromsarna för de längst fram. tillämpas, så viss slack inkörning kan förväntas.Den gradvisa minskningen av bromsrörstrycket kommer att mildra denna effekt.

Moderna lok använder två luftbromssystem. Systemet som styr bromsröret kallas för automatisk broms och ger service och nödbromsning för hela tåget. Loket/loken i spetsen av tåget ("blybeståndet") har ett sekundärt system som kallas den oberoende bromsen. Den oberoende bromsen är ett "rakt luft"-system som gör att bromsansättningar på loket består av oberoende av den automatiska bromsen, vilket ger en mer nyanserad tågkontroll. De två bromssystemen kan interagera på olika sätt, beroende på vad lokomotivbyggaren eller järnvägen föredrar. I vissa system kommer de automatiska och oberoende applikationerna att vara additiv; i vissa system kommer den största av de två att gälla för lokbeståndet. Det oberoende systemet tillhandahåller också en bail off- mekanism, som släpper bromsarna på de ledande lokomotiven utan att påverka bromsansättningen på resten av tåget.

I händelse av att tåget behöver göra ett nödstopp, kan motoroperatören göra en "nödapplikation", som snabbt släpper ut hela bromsrörets tryck till atmosfären, vilket resulterar i en snabbare ansättning av tågets bromsar. En nödapplikation uppstår också när bromsrörets integritet går förlorad, eftersom all luft också omedelbart ventileras ut i atmosfären.

En nödbromsning tar in ytterligare en komponent i varje bils luftbromssystem. Trippelventilen är uppdelad i två delar: servicesektionen, som innehåller den mekanism som används vid bromsansättningar som görs under servicereduktioner, och nödsektionen, som känner av den snabbare nödsänkningen av tåglinjetrycket. Dessutom är varje bils luftbromsreservoar uppdelad i två sektioner – servicedelen och nöddelen – och är känd som "dubbelrumsbehållaren". Normala servicetillämpningar överför lufttrycket från servicedelen till bromscylindern, medan nödtillämpningar gör att trippelventilen riktar all luft i båda sektionerna av reservoaren med dubbla utrymmen till bromscylindern, vilket resulterar i en 20 till 30 procent starkare applikation.

Nöddelen av varje trippelventil aktiveras av den högre hastigheten för minskning av bromsrörstrycket. [ hur? ] På grund av tågens längd och bromsrörets ringa diameter är minskningshastigheten högst nära tågets framsida (vid en nödapplikation initierad av motoroperatören) eller nära bromsrörets avbrott ( vid förlust av bromsrörets integritet). Längre bort från källan till nödapplikationen kan reduktionshastigheten reduceras till den punkt där trippelventiler inte upptäcker applikationen som en nödfallsreduktion. För att förhindra detta innehåller varje trippelventils nöddel en extra avluftningsport, som, när den aktiveras av en nödapplikation, även lokalt ventilerar bromsrörets tryck direkt till atmosfären. Detta tjänar till att snabbare ventilera bromsröret och påskynda utbredningen av nödreduktionshastigheten längs tågets hela längd.

Användning av distribuerad kraft (dvs. fjärrstyrda lokenheter i mitten av tåget och/eller i den bakre delen) mildrar något fördröjningsproblemet med långa tåg, eftersom en telemeterad radiosignal från motoroperatören i det främre loket styr de avlägsna enheterna för att initiera bromstryckssänkningar som fortplantar sig genom närliggande bilar.

Arbetstryck

Lokets luftkompressor laddar huvudbehållaren med luft vid 125–140 psi (8,6–9,7 bar; 860–970 kPa). Tågbromsarna lossas genom att släppa in reducerat och reglerat huvudtanklufttryck till bromsröret genom ingenjörens automatiska bromsventil. Ett fulladdat bromsrör fungerar vanligtvis vid 70–90 psi (4,8–6,2 bar; 480–620 kPa) för godståg och 110 psi (7,6 bar; 760 kPa) för passagerartåg. Bromsarna aktiveras när ingenjören flyttar det automatiska bromshandtaget till ett "serviceläge", vilket orsakar en minskning av bromsrörstrycket.

Under normal drift sänks aldrig trycket i bromsröret till noll och i själva verket används den minsta minskning som ger en tillfredsställande bromsrespons för att bevara bromsrörstrycket. En plötslig tryckminskning orsakad av en förlust av bromsrörets integritet (t.ex. en sprängd slang), att tåget går sönder i två och kopplar loss luftslangar eller att ingenjören flyttar den automatiska bromsventilen till nödläge, kommer att orsaka en nödbromsansättning . Å andra sidan kommer ett långsamt läckage som gradvis minskar bromsrörstrycket till noll, något som kan hända om luftkompressorn inte fungerar och därför inte bibehåller trycket i huvudbehållaren, inte orsaka en nödbromsansättning.

Förbättringar

Elektropneumatiska eller EP-bromsar är en typ av luftbroms som möjliggör omedelbar ansättning av bromsar genom hela tåget istället för den sekventiella applikationen. EP-bromsar har varit i brittisk praxis sedan 1949 och även använts i tyska höghastighetståg (mest notably ICE) sedan slutet av 1980-talet; de beskrivs fullständigt i Elektro-pneumatiskt bromssystem på brittiska järnvägståg . Elektropneumatiska bromsar testas för närvarande i Nordamerika och Sydafrika på malm- och koltåg för internt bruk.

Persontåg har länge haft en 3-trådsversion av den elektropneumatiska bromsen, som ger upp till sju nivåer av bromskraft.

I Nordamerika levererade Westinghouse Air Brake High Speed ​​Control-bromsutrustning till flera strömlinjeformade passagerartåg efter andra världskriget . Detta var ett elektriskt styrt överlägg på konventionell D-22 passagerar- och 24-RL-lokbromsutrustning. På den konventionella sidan ställer styrventilen in ett referenstryck i en volym, som ställer in bromscylindertrycket via en reläventil. På den elektriska sidan styrde trycket från en andra rakluftstågledning reläventilen via en tvåvägs backventil. Denna "raka luft" tåglinje laddades (från reservoarer på varje vagn) och släpptes av magnetventiler på varje vagn, styrd elektriskt av en 3-tråds tåglinje, i sin tur styrd av en "elektropneumatisk huvudkontroller" i det styrande loket. Denna styrenhet jämförde trycket i den raka lufttåglinjen med det som tillförs av en självlappande del av ingenjörsventilen, vilket signalerar att alla "applicera" eller "släpp" magnetventilerna i tåget öppnas samtidigt, vilket ändrar trycket i "raka" air" tåglinje mycket snabbare och jämnare än möjligt genom att helt enkelt tillföra luft direkt från loket. Reläventilen var utrustad med fyra membran, magnetventiler, elektrisk styrutrustning och en axelmonterad hastighetssensor, så att vid hastigheter över 60 mph (97 km/h) applicerades full bromskraft och reducerades i steg vid 60 mph (97 km/h) 40 och 20 mph (64 och 32 km/h), vilket gör att tåget stannar försiktigt. Varje axel var också utrustad med låsningsfri bromsutrustning. Kombinationen minimerade bromssträckorna, vilket möjliggör mer fullfartskörning mellan stoppen. Systemets "raka luft" (elektropneumatiska tåglinje) , antilåsnings- och hastighetsgraduerande delar av systemet var inte beroende av varandra på något sätt, och någon eller alla av dessa alternativ kunde levereras separat.

Senare system ersätter den automatiska luftbromsen med en elektrisk ledning som går i en cirkel runt hela tåget och måste hållas spänningssatt för att hålla bromsarna avstängda. I Storbritannien är det känt som en "tågetråd". Den leds genom olika "regulatorer" (omkopplare som drivs av lufttryck) som övervakar kritiska komponenter som kompressorer, bromsrör och luftbehållare. Om tåget delar sig kommer tråden att brytas, vilket säkerställer att alla motorer är avstängda och att båda delarna av tåget har en omedelbar nödbroms .

Nyare innovationer är elektroniskt styrda pneumatiska bromsar där bromsarna på alla vagnar (bilar) och lok är sammankopplade med ett slags lokalt nätverk, vilket möjliggör individuell kontroll av bromsarna på varje vagn, och rapportering av prestanda för varje vagns prestanda. bromsar.

Begränsningar

Westinghouse luftbromssystem är mycket pålitligt, men inte ofelbart. Bilens reservoarer laddas endast när bromsrörstrycket är högre än reservoartrycket. Att helt ladda reservoarerna på ett långt tåg kan ta avsevärd tid (8 till 10 minuter i vissa fall), under vilken bromsrörstrycket kommer att vara lägre än lokets reservoartryck.

Om bromsarna måste ansättas innan laddningen har slutförts, kommer en större bromsledningsreduktion att krävas för att uppnå önskad mängd bromskraft, eftersom systemet börjar vid en lägre jämviktspunkt (lägre totaltryck). Om många bromsrörsreduktioner görs i kort följd ("fläktar bromsen" i järnvägsslang), kan en punkt nås där bilreservoartrycket kommer att tömmas kraftigt, vilket resulterar i avsevärt minskad bromscylinderkolvkraft, vilket gör att bromsarna misslyckas. På ett fallande betyg blir resultatet en flykt.

I händelse av en förlust av bromsning på grund av tömning av reservoaren kan motorföraren kanske återta kontrollen med en nödbromsning, eftersom nöddelen av varje bils reservoar med två fack ska vara fulladdad – den påverkas inte av normala serviceminskningar. Trippelventilerna upptäcker en nödsänkning baserat på hastigheten för bromsrörets tryckreduktion. Därför, så länge som en tillräcklig volym luft snabbt kan ventileras från bromsröret, kommer varje bils trippelventil att orsaka en nödbromsansättning. Men om bromsrörstrycket är för lågt på grund av ett för stort antal bromsapplikationer, kommer en nödapplikation inte att producera en tillräckligt stor volym av luftflöde för att lösa ut de tre ventilerna, vilket gör att föraren inte kan stoppa tåget.

För att förhindra en flykt på grund av förlust av bromstryck, kan dynamisk (reostatisk) bromsning användas så att loken/loken hjälper till att bromsa tåget. Ofta blandad bromsning , den samtidiga ansättningen av dynamiska bromsar och tågbromsar, att användas för att upprätthålla en säker hastighet och hålla spelet i hop i fallande backar. Försiktighet skulle då iakttas när färdbromsarna och de dynamiska bromsarna lossas för att förhindra dragskador orsakade av en plötslig körning av tågets slack.

Duplex bromsmätare på en brittisk elektrisk multipelenhet . Vänster nål visar luft som tillförs av huvudreservoarröret, höger nål visar bromscylindertrycket

En annan lösning på förlust av bromstryck är tvårörssystemet, monterat på de flesta loktransporterade passagerarmateriel och många godsvagnar. Utöver det traditionella bromsröret lägger denna förbättring till huvudreservoarröret, som kontinuerligt laddas med luft direkt från lokets huvudreservoar. Huvudbehållaren är där lokets luftkompressoreffekt lagras och är i slutändan källan till tryckluft för alla system som använder den.

Eftersom huvudreservoarröret hålls konstant trycksatt av loket, kan vagnsbehållare laddas oberoende av bromsröret, vilket sker via en backventil för att förhindra tillbakamatning i röret. Detta arrangemang hjälper till att reducera de ovan beskrivna tryckförlustproblemen och minskar även den tid som krävs för att bromsarna ska lossa, eftersom bromsröret bara behöver laddas om sig självt.

Huvudtankens rörtryck kan också användas för att tillföra luft till hjälpsystem såsom pneumatiska dörröppnare eller luftfjädring. Nästan alla passagerartåg (alla i Storbritannien och USA) och många fraktgods har nu tvårörssystemet.

Knorr-Bremse luftbromssystem på ett grekiskt tåg OSE Class 621 (Bombardier Transportation / Hellenic Shipyards Skaramagas)

Olyckor

I båda ändarna av varje bil finns vinkelkranar monterade. Dessa ventiler stänger av luften från tåglinjen och ventilerar kopplingsslangarna för frånkoppling av bilar. Luftbromsen fungerar endast om vinkelkranarna är öppna förutom de som är framtill på loket och i slutet av tåget.

Luftbromsen kan gå sönder om en av vinkelkranarna av misstag stängs. I det här fallet kommer bromsarna på vagnarna bakom den stängda kranen inte att svara på förarens kommando. Detta hände i 1953 års Pennsylvania Railroad-tågvraket som involverade Federal Express , ett Pennsylvania Railroad- tåg som blev skenande samtidigt på väg in i Washington DC:s Union Station , vilket fick tåget att krascha in i passagerarhallen och falla genom golvet. På samma sätt, i Gare de Lyon järnvägsolycka , stängdes en ventil av misstag av besättningen, vilket minskade bromskraften.

Det finns ett antal skyddsåtgärder som vanligtvis vidtas för att förhindra att denna typ av olycka inträffar. Järnvägar har strikta myndighetsgodkända rutiner för att testa luftbromssystemen när man gör upp tåg på en gård eller plockar upp bilar på vägen. Dessa involverar i allmänhet att ansluta luftbromsslangarna, ladda upp bromssystemet, ställa in bromsarna och manuellt inspektera bilarna för att säkerställa att bromsarna är ansatta, och sedan släppa bromsarna och manuellt inspektera bilarna för att säkerställa att bromsarna släpps. Särskild uppmärksamhet ägnas vanligtvis tågets bakersta vagn, antingen genom manuell inspektion eller via en automatiserad tågslutanordning, för att säkerställa att bromsrörets kontinuitet existerar genom hela tåget. När bromsrörskontinuitet finns i hela tåget, är det att bromsarna inte aktiveras eller lossas på en eller flera bilar en indikation på att bilarnas trippelventiler inte fungerar. Beroende på platsen för luftprovningen, vilka reparationsmöjligheter som finns och bestämmelser som reglerar antalet bromsar som inte fungerar i ett tåg, kan bilen ställas ut för reparation eller föras till nästa terminal där den kan repareras.

Standardisering

Den moderna luftbromsen är inte identisk med originalluftbromsen då det har skett små förändringar i utformningen av trippelventilen som inte är helt kompatibla mellan versionerna och som därför måste införas i etapper. Men de grundläggande luftbromsarna som används på järnvägar över hela världen är anmärkningsvärt kompatibla.

europeiska system

Europeiska järnvägsluftbromsar inkluderar Kunze-Knorr-bromsen (uppfunnen av Georg Knorr och tillverkad av Knorr-Bremse ) och Oerlikon . Arbetsprincipen är densamma som för Westinghouse luftbroms. Under ångtiden var Storbritanniens järnvägar uppdelade – vissa med vakuumbromsar och andra med luftbromsar – men det skedde en gradvis standardisering av vakuumbromsen. Vissa lok, t.ex. på London, Brighton och South Coast Railway , var dubbelmonterade så att de kunde fungera med antingen vakuum- eller luftbromsade tåg. På dieseltiden vändes processen och British Railways bytte från vakuumbromsad till luftbromsad rullande materiel på 1960-talet.

Vakuumbromsar

Huvudartikel: Vakuumbroms

Den främsta konkurrenten till luftbromsen är vakuumbromsen, som arbetar på undertryck. Vakuumbromsen är lite enklare än luftbromsen. Istället för en luftkompressor har ångmaskiner en ejektor utan rörliga delar, och diesel- eller elektriska lok har en mekanisk eller elektrisk "avluftare". Frånkopplingskranar i ändarna på bilar behövs inte eftersom de lösa slangarna sugs på ett monteringsblock.

Det maximala trycket i ett vakuumsystem är dock begränsat till atmosfärstrycket, så all utrustning måste vara mycket större och tyngre för att kompensera. Den nackdelen förvärras på hög höjd. Vakuumbromsen är också betydligt långsammare att både ansätta och släppa bromsen, vilket kräver en högre nivå av skicklighet och förväntan från föraren. Omvänt hade vakuumbromsen ursprungligen fördelen av att tillåta gradvis lossning, medan Westinghouse automatiska luftbroms ursprungligen endast var tillgänglig i den direktutlösningsform som fortfarande är vanlig inom frakttrafik.

Ett primärt fel hos vakuumbromsar är oförmågan att enkelt hitta läckor. I ett positivt luftsystem upptäcks snabbt ett läckage på grund av den utströmmande tryckluften. Att upptäcka en vakuumläcka är svårare, även om det är lättare att reparera, eftersom en bit gummi (till exempel) bara kan knytas runt läckan och kommer att hållas stadigt på plats av vakuumet.

Elektrovakuumbromsar har använts med stor framgång på sydafrikanska elektriska flerenhetståg. Trots att det krävdes större och tyngre utrustning, som nämnts ovan, närmade sig elektrovakuumbromsens prestanda den hos moderna elektropneumatiska bromsar. Deras användning har dock inte upprepats.

Se även

externa länkar

Information

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Railway_air_brake&oldid=1138914357 "