Jernbane luftbremse - Railway air brake

Rørdiagram fra 1909 af et Westinghouse 6-ET luftbremsesystem på et lokomotiv
Kontrolhåndtag og ventil til en Westinghouse luftbremse

En jernbaneluftbremse er et jernbanebremsebremsesystem med trykluft som driftsmedium. Moderne tog er afhængige af et fejlsikkert luftbremsesystem, der er baseret på et design patenteret af George Westinghouse den 13. april 1869. Westinghouse Air Brake Company blev efterfølgende organiseret til at fremstille og sælge Westinghouses opfindelse. I forskellige former er det blevet næsten universelt vedtaget.

Westinghouse -systemet bruger lufttryk til at oplade luftreservoirer (tanke) på hver bil. Fuld lufttryk signalerer hver bil til at frigøre bremserne. En reduktion eller tab af lufttryk signalerer hver bil til at bremse ved hjælp af trykluften i dens reservoirer.

Oversigt

Lige luftbremse

En forholdsvis enkel bremseforbindelse

I luftbremsens enkleste form, kaldet straight air -systemet , presser trykluft på et stempel i en cylinder. Stemplet er forbundet via mekanisk forbindelse til bremsesko, der kan gnide på toghjulene, ved hjælp af den resulterende friktion til at bremse toget. Den mekaniske kobling kan blive ret omfattende, da den jævnt fordeler kraft fra en trykluftcylinder til 8 eller 12 hjul.

Trykluften kommer fra en luftkompressor i lokomotivet og sendes fra bil til bil af en toglinje bestående af rør under hver bil og slanger mellem biler. Hovedproblemet med det lige luftbremsesystem er, at enhver adskillelse mellem slanger og rør forårsager tab af lufttryk og dermed tab af kraften, der påfører bremserne. Dette kan let forårsage et løbsk tog . Lige luftbremser bruges stadig på lokomotiver, selvom det er et system med to kredsløb, normalt med hver bogie (lastbil), der har sit eget kredsløb.

Westinghouse luftbremse

For at designe et system uden mangler i straight air -systemet opfandt Westinghouse et system, hvor hvert stykke jernbanemateriel var udstyret med et luftreservoir og en tredobbelt ventil , også kendt som en kontrolventil .

Rotair Valve Westinghouse Air brake Company

I modsætning til straight air -systemet anvender Westinghouse -systemet en reduktion i lufttrykket i toglinjen til indirekte at bremse.

Den tredobbelte ventil er navngivet, fordi den udfører tre funktioner: Den tillader luft i en lufttank, der er klar til brug, den aktiverer bremserne, og den frigiver dem. På den måde understøtter den visse andre handlinger (dvs. den 'holder' eller vedligeholder applikationen, og den tillader udstødning af bremsecylinderens tryk og genopladning af reservoiret under frigivelsen). I sin patentansøgning henviser Westinghouse til sin 'triple-ventil-enhed' på grund af de tre komponentventildele, der omfatter den: den membranbetjente dukkeventil, der fodrer reservoirluft til bremsecylinderen, reservoirets ladningsventil og bremsecylinderens udløsningsventil . Westinghouse forbedrede snart enheden ved at fjerne klappeventilens handling, disse tre komponenter blev stempelventilen, glideventilen og gradueringsventilen.

  • Hvis trykket i toglinjen er lavere end reservoirets , lukkes bremsecylinderens udstødningsportal, og luft fra bilens reservoir føres ind i bremsecylinderen. Trykket stiger i cylinderen, når bremserne aktiveres, mens det falder i reservoiret. Denne handling fortsætter, indtil der er opnået ligevægt mellem bremserørets tryk og reservoirtrykket. På det tidspunkt skubbes luftstrømmen fra reservoiret til bremsecylinderen, og cylinderen opretholdes ved et konstant tryk.
  • Hvis trykket i togledningen er højere end reservoirets, forbinder den tredobbelte ventil toglinjen med reservoirfødningen, hvilket får lufttrykket i reservoiret til at stige. Den tredobbelte ventil får også bremsecylinderen til at blive tømt til atmosfæren og frigiver bremserne.
  • Efterhånden som trykket i toglinjen og reservoirets udlignes, lukker den tredobbelte ventil, hvilket får luften i reservoiret til at blive forseglet, og bremsecylinderen bliver ikke sat under tryk.

Når motoroperatøren aktiverer bremsen ved at betjene lokomotivbremseventilen, åbner toglinjen til atmosfæren med en kontrolleret hastighed, hvilket reducerer toglinjetrykket og igen aktiverer den tredobbelte ventil på hver bil til at føre luft ind i sin bremsecylinder. Når motoroperatøren slipper bremsen, lukkes lokomotivbremseventilportalen til atmosfæren, så toglinjen kan oplades af lokomotivets kompressor. Den efterfølgende stigning i toglinjetrykket får de tredobbelte ventiler på hver bil til at aflade bremsecylinderens indhold til atmosfæren, frigøre bremserne og genoplade reservoirerne.

Westinghouse-systemet er således fejlfrit-enhver fejl i toglinjen, herunder en adskillelse ("break-in-two") af toget, vil medføre tab af toglinjetryk, hvilket får bremserne til at køre og bringe toget til et stop og dermed forhindre et løbsk tog.

Moderne systemer

Moderne luftbremsesystemer har to funktioner:

  • Servicebremse aktiverer og frigiver bremserne under normal drift.
  • Nødbremsning aktiverer hurtigt bremserne i tilfælde af et bremserørfejl eller en nødsituation fra motoroperatøren eller passagerens nødalarm/ledning/håndtag.

Når togbremserne aktiveres under normal drift, foretager motoroperatøren en "serviceapplikation" eller en "servicefrekvensnedsættelse", hvilket betyder, at bremserørets tryk reduceres med en kontrolleret hastighed. Det tager flere sekunder, før bremserørets tryk reducere og tager derfor flere sekunder, før bremserne aktiveres i hele toget. Trykændringer under en servicenedsættelse forplanter sig med den lokale lydhastighed , hvilket betyder, at bremserne på de bageste biler vil komme til at virke engang efter dem i de mest fremadgående biler anvende, så der kan forventes en slap indkørsel.Den gradvise reduktion i bremserørets tryk vil afbøde denne effekt.

Moderne lokomotiver anvender to luftbremsesystemer. Systemet, der styrer bremserøret, kaldes den automatiske bremse og leverer service og nødbremsningskontrol for hele toget. Lokomotivet (erne) i spidsen for toget ("ledningen består") har et sekundært system kaldet den uafhængige bremse. Den uafhængige bremse er et "straight air" -system, der får bremseapplikationer på lokomotivet til at bestå uafhængigt af den automatiske bremse, hvilket giver mere nuanceret togkontrol. De to bremsesystemer kan interagere forskelligt efter præference af lokomotivbyggeren eller jernbanen. I nogle systemer vil de automatiske og uafhængige applikationer være additive; i nogle systemer består den største af de to for lokomotivet. Det uafhængige system giver også en redningsmekanisme , som frigiver bremserne på blylokomotiverne uden at påvirke bremsevirksomheden på resten af ​​toget.

I tilfælde af at toget skal stoppe nødstop, kan motoroperatøren foretage en "nødapplikation", som hurtigt vil udlufte alt bremserørets tryk til atmosfæren, hvilket resulterer i en hurtigere aktivering af togets bremser. En nødapplikation opstår også, når bremserørets integritet går tabt, da al luft også straks vil blive udluftet til atmosfæren.

En nødbremse -applikation indfører en ekstra komponent i hver bils luftbremsesystem. Den tredobbelte ventil er opdelt i to dele: serviceafsnittet, der indeholder den mekanisme, der bruges under bremseapplikationer, der foretages under servicenedsættelser, og nødafsnittet, der registrerer den hurtigere nødreduktion af toglinjetryk. Desuden er hver bils luftbremsebeholder opdelt i to sektioner-servicedelen og nøddelen-og er kendt som "reservoir med to rum". Normale serviceapplikationer overfører lufttryk fra serviceafsnittet til bremsecylinderen, mens nødsituationer får den tredobbelte ventil til at lede al luft i begge sektioner af dobbeltrumsreservoiret til bremsecylinderen, hvilket resulterer i en 20 til 30 procent stærkere applikation.

Nøddelen af ​​hver tredobbelt ventil aktiveres af den højere reduktion af bremserørets tryk. På grund af toglængden og bremserørets lille diameter er reduktionshastigheden højest nær togets forside (i tilfælde af en motoroperatør-initieret nødapplikation) eller nær bruddet i bremserøret (i tilfælde af tab af bremserørets integritet). Længere væk fra kilden til nødapplikationen kan reduktionshastigheden reduceres til det punkt, hvor tredobbelte ventiler ikke vil registrere applikationen som en nødreduktion. For at forhindre dette indeholder hver tredobbelt ventils nøddel en hjælpeventilationsport, som, når den aktiveres af en nødapplikation, også lokalt udlufter bremserørets tryk direkte til atmosfæren. Dette tjener til hurtigere at udlufte bremserøret og fremskynde udbredelsen af ​​nødreduktionshastigheden langs hele togets længde.

Brug af distribueret strøm (dvs. fjernstyrede lokomotiv i midten af ​​toget og/eller i bagenden) mildner noget tidsforsinkelsesproblemet med lange tog, fordi et telemeteret radiosignal fra motoroperatøren i frontlokomotivet styrer de fjerne enheder at starte bremsetrykreduktioner, der hurtigt formerer sig gennem nærliggende biler.

Arbejdspres

Lokomotivets luftkompressor oplader hovedreservoiret med luft ved 8,6–9,7 bar; 860–970 kPa (125–140 psi). Togbremserne frigøres ved at tillade reduceret og reguleret lufttryk i hovedreservoiret til bremserøret gennem ingeniørens automatiske bremseventil. Et fuldt opladet bremserør fungerer typisk ved 70–90 psi (4,8–6,2 bar; 480–620 kPa) for godstog og 110 psi (7,6 bar; 760 kPa) til persontog. Bremserne aktiveres, når ingeniøren flytter det automatiske bremsehåndtag til en "service" -position, hvilket medfører en reduktion i bremserørets tryk.

Under normal service reduceres trykket i bremserøret aldrig til nul, og faktisk bruges den mindste reduktion, der vil medføre et tilfredsstillende bremserespons, til at bevare bremserørets tryk. En pludselig trykreduktion forårsaget af tab af bremserørets integritet (f.eks. En sprængt slange), toget, der går i stykker og frakobler luftslanger, eller ingeniøren flytter den automatiske bremseventil til nødpositionen, vil forårsage en nødbremse . På den anden side vil en langsom lækage, der gradvist reducerer bremserørets tryk til nul, noget der kan ske, hvis luftkompressoren er ude af drift og derfor ikke opretholder hovedtankens tryk, ikke forårsage en nødbremse.

Forbedringer

Elektropneumatiske eller EP-bremser er en type luftbremse, der muliggør øjeblikkelig påføring af bremser i hele toget i stedet for den sekventielle anvendelse. EP-bremser har været i britisk praksis siden 1949 og også brugt i tyske højhastighedstog (især ICE ) siden slutningen af ​​1980'erne; de er fuldt ud beskrevet i Elektropneumatisk bremsesystem på britiske jernbanetog . Elektropneumatiske bremser testes i øjeblikket i Nordamerika og Sydafrika på malm- og kultog i fangenskab.

Persontog har længe haft en 3-leder version af den elektro-pneumatiske bremse, som giver op til syv niveauer af bremsekraft.

I Nordamerika , Westinghouse Air Brake leverede High Speed Control bremse udstyr til flere post- verdenskrig strømlinet passagertog. Dette var et elektrisk kontrolleret overlay på konventionelt D-22 passager- og 24-RL lokomotivbremseudstyr. På den konventionelle side indstillede styreventilen et referencetryk i et volumen, som indstillede bremsecylinderens tryk via en relæventil. På den elektriske side styrede trykket fra en anden straight-air trainline relæventilen via en tovejs-kontraventil. Denne "straight air" toglinje blev ladet (fra reservoirer på hver bil) og frigivet af magnetventiler på hver bil, styret elektrisk af en 3-tråds toglinje, igen styret af en "elektro-pneumatisk master controller" i det kontrollerende lokomotiv. Denne regulator sammenlignede trykket i den rette luftlinjetog med det, der blev leveret af en selvlapende del af ingeniørventilen, og signalerede alle "påfør" eller "frigiv" magnetventiler i toget til at åbne samtidigt, og ændrede trykket i "lige" luft "toglinje meget hurtigere og mere jævnt end muligt ved blot at levere luft direkte fra lokomotivet. Relæventilen var udstyret med fire membraner, magnetventiler, elektrisk kontroludstyr og en akselmonteret hastighedsføler, så ved fuld hastighed over 97 km/t blev fuld bremsekraft påført og reduceret i trin ved 60 mph (97 km/t) 40 og 20 mph (64 og 32 km/t), hvilket bringer toget til et let stop. Hver aksel var også udstyret med blokeringsfrit bremseudstyr. Kombinationen minimerede bremselængder, hvilket muliggjorde mere fuld hastighed mellem stop. Den "lige luft" (elektro-pneumatisk toglinje) , låsebeskyttelses- og hastighedsgraduerende dele af systemet var ikke afhængige af hinanden på nogen måde, og en eller flere af disse muligheder kunne leveres separat.

Senere systemer erstatter den automatiske luftbremse med en elektrisk ledning, der kører i en cirkel rundt om hele toget og skal holdes spændt for at holde bremserne af. I Storbritannien er det kendt som en "togtråd". Den ledes gennem forskellige "regulatorer" (kontakter, der drives af lufttryk), som overvåger kritiske komponenter såsom kompressorer, bremserør og luftreservoirer. Hvis toget deler sig, vil tråden også blive brudt, hvilket sikrer, at alle motorer er slukket, og begge dele af toget har en øjeblikkelig nødbremse .

Nyere nyskabelser er elektronisk styrede pneumatiske bremser, hvor bremserne på alle vogne (biler) og lokomotiver er forbundet med et slags lokalnetværk , som tillader individuel styring af bremserne på hver vogn og rapportering af ydeevnen for hver vogn bremser.

Begrænsninger

Westinghouse luftbremsesystem er meget pålideligt, men ikke ufejlbart. Bilreservoirerne genoplades kun, når bremserørets tryk er højere end reservoirets tryk. Fuld opladning af reservoirerne på et langt tog kan kræve betydelig tid (8 til 10 minutter i nogle tilfælde), hvor bremserørets tryk vil være lavere end lokomotivreservoarets tryk.

Hvis bremserne skal aktiveres, før genopladningen er afsluttet, vil der være behov for en større bremserørreduktion for at opnå den ønskede bremseindsats, da systemet starter ved et lavere ligevægtspunkt (lavere samlet tryk). Hvis der laves mange bremserørreduktioner kort efter hinanden ("blæser bremsen" i jernbaneslang), kan der nås et punkt, hvor tryk på bilreservoiret vil blive alvorligt udtømt, hvilket resulterer i væsentligt reduceret bremsecylinderstempelkraft, hvilket får bremserne til at mislykkes. På en faldende karakter vil resultatet være en flugt.

I tilfælde af tab af bremsning på grund af reservoirudtømning kan motorføreren muligvis genvinde kontrollen med en nødbremse, da nøddelen af ​​hver bils dobbeltkammerreservoir skal være fuldt opladet-det påvirkes ikke af normalt servicenedsættelser. De tredobbelte ventiler registrerer en nødreduktion baseret på hastigheden af bremserørets trykreduktion. Så længe en tilstrækkelig mængde luft hurtigt kan udluftes fra bremserøret, vil hver bils tredobbelte ventil forårsage en nødbremse. Men hvis bremserørets tryk er for lavt på grund af et for stort antal bremseapplikationer, vil en nødapplikation ikke producere et tilstrækkeligt stort luftmængde til at udløse de tredobbelte ventiler, så motorføreren ikke har mulighed for at stoppe toget.

For at forhindre en løbsk på grund af tab af bremsetryk kan dynamisk (reostatisk) bremsning bruges, så lokomotivet (erne) hjælper med at forsinke toget. Ofte vil blandet opbremsning , den samtidige anvendelse af dynamiske og togbremser, blive brugt til at opretholde en sikker hastighed og holde den slap bundt på faldende karakterer. Derefter vil der blive givet omhu ved frigivelse af servicen og dynamiske bremser for at forhindre skader på trækudstyr forårsaget af en pludselig løb ud af togets slæk.

Duplex bremsemåler på en britisk elektrisk multipel enhed . Venstre nål viser luft leveret af hovedreservoirrøret, højre nål viser bremsecylinderens tryk

En anden løsning på tab af bremsetryk er to-rørssystemet, der er monteret på de fleste lokomotivbaserede passagermateriel og mange godsvogne. Ud over det traditionelle bremserør tilføjer denne forbedring hovedreservoirrøret , som kontinuerligt fyldes med luft direkte fra lokomotivets hovedreservoir. Hovedreservoiret er, hvor lokomotivets luftkompressorudgang lagres og er i sidste ende kilden til trykluft for alle systemer, der bruger det.

Da hovedreservoirsrøret holdes konstant under tryk af lokomotivet, kan bilreservoirerne oplades uafhængigt af bremserøret, hvilket opnås via en kontraventil for at forhindre tilbageføring i røret. Dette arrangement hjælper med at reducere de ovenfor beskrevne tryktabsproblemer og reducerer også den tid, det tager for bremserne at løsne, da bremserøret kun skal genoplade sig selv.

Hovedbeholderens rørtryk kan også bruges til at levere luft til hjælpesystemer såsom pneumatiske døråbnere eller luftaffjedring. Næsten alle persontog (alle i Storbritannien og USA) og mange fragt har nu to-rørssystemet.

Knorr-Bremse luftbremsesystem på et græsk tog OSE klasse 621 (Bombardier Transportation / Hellenic Shipyards Skaramagas)

Ulykker

I begge ender af hver bil er der monteret vinkelhaner . Disse ventiler afbryder luften fra togledningen og udlufter koblingsslangerne til frakoblede biler. Luftbremsen fungerer kun, hvis vinkelhanerne er åbne undtagen den foran på lokomotivet og for enden af ​​toget.

Luftbremsen kan svigte, hvis en af ​​vinkelhanerne ved et uheld lukkes. I dette tilfælde reagerer bremserne på vognene bag den lukkede hane ikke på førerens kommando. Dette skete i 1953 Pennsylvania Railroad -togvraget, der involverede Federal Express , et Pennsylvania Railroad -tog, der blev løbsk, mens han kørte ind i Washington DC's Union Station , hvilket fik toget til at styrte ned i passagergangen og falde gennem gulvet. På samme måde blev jernbanen uheld i Gare de Lyon uheld lukket en ventil ved et uheld, hvilket reducerede bremsekraften.

Der er en række sikkerhedsforanstaltninger, der normalt træffes for at forhindre, at denne slags uheld sker. Jernbaner har strenge regeringsgodkendte procedurer til test af luftbremsesystemerne, når man tager tog i en gård eller afhenter biler undervejs. Disse involverer generelt tilslutning af luftbremseslanger, opladning af bremsesystemet, indstilling af bremserne og manuel inspektion af bilerne for at sikre, at bremserne aktiveres, og derefter slippe bremserne og manuelt inspicere bilerne for at sikre, at bremserne frigøres. Særlig opmærksomhed rettes normalt mod togets bageste bil, enten ved manuel inspektion eller via en automatisk end-of-train-enhed , for at sikre, at bremserørets kontinuitet eksisterer i hele toget. Når der er kontinuitet i bremserøret i hele toget, er bremsens manglende aktivering eller frigivelse på en eller flere biler en indikation på, at bilernes tredobbelte ventiler ikke fungerer korrekt. Afhængigt af lufttestens placering, de tilgængelige reparationsfaciliteter og forskrifter for antallet af inaktive bremser, der er tilladt i et tog, kan bilen sættes til reparation eller føres til den næste terminal, hvor den kan repareres.

Standardisering

Den moderne luftbremse er ikke identisk med den originale luftbremse, da der er sket små ændringer i udformningen af ​​den tredobbelte ventil, som ikke er helt kompatible mellem versionerne, og som derfor skal indføres i faser. De grundlæggende luftbremser, der bruges på jernbaner i hele verden, er imidlertid bemærkelsesværdigt kompatible.

Europæiske systemer

De europæiske jernbaneluftbremser omfatter Kunze-Knorr-bremsen (opfundet af Georg Knorr og fremstillet af Knorr-Bremse ) og Oerlikon . Arbejdsprincippet er det samme som for Westinghouse luftbremse. I damptiden var Storbritanniens jernbaner delt - nogle brugte vakuumbremser og nogle brugte luftbremser - men der var en gradvis standardisering på vakuumbremsen. Nogle lokomotiver, f.eks. På London, Brighton og South Coast Railway , var dobbeltmonterede, så de kunne arbejde med enten vakuum- eller luftbremsede tog. I dieseltiden blev processen vendt, og British Railways skiftede fra vakuumbremset til luftbremset rullende materiel i 1960'erne.

Vakuumbremser

Hovedartikel: Vakuumbremse

Hovedkonkurrenten til luftbremsen er vakuumbremsen, der arbejder på undertryk. Vakuumbremsen er lidt enklere end luftbremsen, med en ejektor uden bevægelige dele på dampmaskiner eller en mekanisk eller elektrisk "exhauster" på et diesel- eller elektrisk lokomotiv, der erstatter luftkompressoren. Frakoblingshaner i enderne af biler er ikke påkrævet, da de løse slanger suges til en monteringsblok.

Det maksimale tryk er imidlertid begrænset til atmosfærisk tryk, så alt udstyr skal være meget større og tungere for at kompensere. Denne ulempe bliver værre i stor højde. Vakuumbremsen virker også betydeligt langsommere ved både påføring og frigivelse af bremsen; dette kræver en større dygtighed og forventning fra chaufføren. Omvendt havde vakuumbremsen fordelen ved gradvis frigivelse længe før Westinghouse automatiske luftbremse, som oprindeligt kun var tilgængelig i direkte frigivelsesform, der stadig var almindelig inden for godstjenester. En primær fejl ved vakuumbremser er manglende evne til let at finde lækager. I et positivt luftsystem findes der hurtigt en lækage på grund af den udstrømmende trykluft; at opdage en vakuumlækage er vanskeligere, selvom det er lettere at reparere, når det findes, fordi et stykke gummi (f.eks.) bare kan bindes rundt om lækagen og vil blive holdt fast der af vakuumet.

Elektro-vakuum bremser er også blevet brugt med betydelig succes på sydafrikanske elektriske flere enhedstog. På trods af at det krævede større og tungere udstyr som nævnt ovenfor, nærede elektrovakuumbremsens ydelse sig i forhold til moderne elektro-pneumatiske bremser. Imidlertid er deres anvendelse ikke blevet gentaget.

Se også

Referencer

eksterne links

Information

Patenter

  • US 16220  Carson Samuel: Luftmotor 1856-12-09
  • US 88.929  Westinghouse George Jr: Steam power bremse 1869/04/13
  • US 117841  Westinghouse George Jr: Steam-Power Air-Break Devices 1871-08-08
  • US 124404  Westinghouse George Jr: Forbedring af dampbremser og signaler 1872-03-05
  • US 124405  Westinghouse George Jr: Forbedring af dampluftbremser 1872-03-05
  • US 144006  Westinghouse George Jr: Steam and Air-Breaks 1873-10-28