TRAKCJA

Koncepcja hamulca pojazdu szynowego
Pojazd szynowy wprawia w ruch działanie silników trakcyjnych. Po wyłączeniu silników pojazd porusza się pod wpływem sił bezwładności. Siłą tym przeciwstawiają się naturalne opory ruchu, opory te jednak mają zbyt małą wartość siły, aby mogły zmniejszyć prędkość lub zatrzymać pojazd na dostatecznie krótkiej drodze, a ponadto nie można ich regulować.
Do zatrzymania pojazdu, zmniejszenia szybkości, niedopuszczenia do nadmiernego wzrostu prędkości podczas zjazdu po spadkach jest potrzebna odpowiednio duża siła skierowana przeciwnie do kierunku jazdy pojazdu. Do wytwarzania takiej siły w sposób sztuczny, nazywanej siłą hamowania, służą hamulce pociągu.

Przeznaczenie i zasada działania hamulca kolejowego
Podstawowym założeniem działania hamulca kolejowego jest zamiana energii kinetycznej na energię cieplną i wymianie jej z otoczeniem. W tym procesie pośredniczy tzw. para cierna - wstawki hamulcowe i elementy zestawu kołowego. Wstawki hamulcowe dociskane są siłą, która jest specjalnie wytworzona w celu prowadzenia procesu hamowania.

Rys 1.1 Schemat rozkładu sił przyłożonych do hamowanego koła [1]:
1 – zestaw kołowy, 2 – dociskany element pary ciernej, 3 – szyna N – siła docisku wstawek hamulcowych do koła, T – siła tarcia powstała w wyniku działania sił, Th – siła hamowania powstała w osi zestawu kołowego, Pb – siła bezwładności przeniesiona do osi zestawu, Pt – siła przyczepności

Siła tarcia przeniesiona do środka zestawu kołowego nosi nazwę siły hamowania Th, jej wartość jest równa sile Tt. Siła bezwładności Pb również jest przeniesiona do osi zestawu i zależy od szybkości pociągu i jego masy. Wartość siły hamowania będzie zależała od oczekiwanego przez maszynistę efektu (hamowanie nagłe, służbowe, czy tylko lekkie zmniejszenie szybkości) oraz siły Pb (inna siła hamowania przy pociągach ładownych a inna przy próżnych). Siła przyczepności zestawu kołowego do szyny Pt zależy od od współczynnika tarcia zestawu μs i od siły G nacisku zestawu na szynę.

(1)

Hamowanie będzie efektywne gdy przez cały czas procesu hamowania koło nie zostanie zablokowane - nie wpadnie w poślizg - efekt hamowania będzie możliwy gdy siła hamowania będzie mniejsza co najwyżej równa sile przyczepności:

(2)

Struktura hamulca pociągu
Aby oddziaływać na prędkość ruchu pociągu w sposób kontrolowany, trzeba dysponować siłą hamowania, której działanie mogłoby równoważyć energię poruszającego się pociągu. Osiąganie dowolnie dużej wartości siły hamowania ogranicza przyczepność kół pojazdu do szyn. Dlatego konstrukcja hamulców pociągów kolejowych została oparta na wykorzystaniu przyczepności kół nie tylko pojazdów trakcyjnych, ale również wagonów, które wyposaża się w urządzenia do wytwarzania siły hamowania.

Rys 1.2 Schemat struktury hamulca pneumatycznego [1].

Wzdłuż całego składu pociągu przechodzi przewód główny (2), który łączy sterownik (1) z urządzeniem hamulcowym (5) w każdym wagonem. Jako C oznaczone są kolejne człony hamulca w każdym wagonie. W przewodzie głównym panuje ciśnienie odpowiadające sygnałowi pneumatycznemu Sp, którego zadaniem jest uruchomienie urządzeń hamulcowych znajdujących się w każdym wagonie. Powietrze do układu hamulcowego dostarczane jest ze zbiornika głównego poprzez sterownik. Siłę docisku par ciernych Nc uzyskuje się za pomocą siłownika pneumatycznego zasilanego z przewodu głównego. Sygnałem Sp w przewodzie głównym jest, gdy hamulec znajduje się w stanie „odhamowany”, ciśnienie wynoszące 0,5MPa. Ciśnienie niższe w przewodzie głównym oznacza, że hamulec jest w fazie hamowania.

Rys 1.3 Schemat struktury hamulca elektropneumatycznego [1].

Hamulec elektropneumatyczny - EP - to hamulec, w którym sygnał jest elektryczny – wartość napięcia lub prądu – a czynnikiem roboczym w siłowniku jest sprężone powietrze (identycznie jak w hamulcu pneumatycznym). Sygnał elektryczny Se wysyłany jest ze sterownika głównym przewodem elektrycznym (3) i sygnał ten dociera do urządzeń hamulcowych (5) każdym wagonie. Hamulec elektropneumatyczny włącza jednocześnie do działania wszystkie czynne układy hamulcowe w całym pociągu. Przewód główny pneumatyczny hamulca (4) w układzie EP nosi nazwę przewodu zasilającego i nie bierze udziału podczas procesu hamowania (nie następuje obniżenie ciśnienia w tym przewodzie).

Hamulec pneumatyczny może występować jako układ samodzielny (wstępuje w klasycznych składach pociągowych – lokomotywa+wagony), natomiast hamulec elektropneumatyczny może występować jako uzupełnienie – przystawka do hamulca pneumatycznego określonego jako podstawowy (występuje w elektrycznych zespołach trakcyjnych - ezt).

Układ urządzeń hamulcowych pojazdu szynowego
Układ urządzeń hamulcowych pojazdu szynowego działa jako jeden z członów hamulca pociągu. Do głównych zadań tego układu należy zapewnienie siły docisku elementów ciernych i wytworzenie niezbędnej siły hamowania, zgodnie z sygnałem otrzymanym z przewodu głównego.

Rys 1.4 Schemat układu urządzeń hamulcowych pojazdu [1].

Przedstawiony na rysunku 1.4 schemat urządzeń odpowiada na schemacie struktury hamulca (rys 1.2) układowi urządzeń oznaczonym jako (5). Wszystkie urządzenia hamulcowe w pojedzie można podzielić na:
a) podstawowe
Są to urządzenia niezbędne do działania hamulca. W skład tych urządzeń wchodzą:
1 – przewód główny (PG)
2 – rozdzielacz powietrza
3 – zbiornik pomocniczy
4 – siłownik
5 – dźwigniowa przekładnia siłowa
6 – wstawka cierna

b) dodatkowe
Są to urządzenia związane z optymalizacją przebiegu hamowania
7 – czujnik prędkości pojazdu
8 – czujnik zmiany obciążenia pojazdu (próżny/ładowny)
9 – czujnik zmiany prędkości obrotowej kół (kontrola poślizgu)

Pod względem funkcjonalnym natomiast wyróżnia się w tym układzie dwie grupy urządzeń, z których jedna należy do układu sterowania, a druga – układu siłowego. W urządzeniach układu sterowania są przekazywane sygnały zawierające informację o potrzebie wytworzenia określonej siły hamowania, a w układzie siłowym są przekazywane sygnały już powstającej siły N.

W skład układu sterowania wchodzą:
- przewód główny - ma za zadanie doprowadzić sygnał pneumatyczny oraz powietrze do rozdzielacza.
- rozdzielacz powietrza – jest urządzeniem przeznaczonym do odbierania sygnałów sterowania zdalnego, przekazywanych z pojazdu trakcyjnego, odpowiedniego ich przetworzenia i przekazania dalej nowego sygnału z informacją nakazującą osiągnięcie w komorze roboczej siłownika ciśnienia powietrza o wymaganej wartości.
- zbiornik pomocniczy – służy do magazynowania sprężonego powietrza, niezbędnego do działania siłownika. Powietrza do zbiornika pomocniczego dostarcza przewód główny lub osobny przewód zasilający.

W skład układu siłowego wchodzą:
- pary cierne – są przeznaczone do bezpośredniego wytwarzania siły tarcia i do przekształcania energii kinetycznej pociągu w energię cieplną.
- siłownik – służy do zmiany położenia względem siebie elementów pary ciernej oraz do zmiany wartości ich wzajemnego docisku odpowiednio do wymaganej siły hamowania.
- przekładnia mechaniczna - jest mechanizmem dźwigniowo-cięgłowym, pośredniczącym w przenoszeniu ruchu tłoka i siły tłokowej otrzymywanej w siłowniku do poszczególnych elementów par ciernych hamulca.

Zależnie od rodzaju i typu pojazdu trakcyjnego największa wartość ciśnienia sprężonego powietrza w zbiornikach głównych osiąga 0,8÷1,0MPa. Ciśnienie robocze w przewodzie głównym w stanie gotowości roboczej hamulca pociągu wynosi 0,5MPa. Największe ciśnienie powietrza w siłownikach układu hamulcowego wagonów wynosi około 0,38MPa. W niektórych typach pojazdów trakcyjnych jest wyższe i osiąga nawet 0,6MPa.

Rys 1.5 Rozmieszczenie sprzęgów hamulcowych na czołownicy elektrycznej lokomotywy pasażerskiej serii EP07
1 – sprzęg dodatkowy 0,8MPa (napęd mechanizmów wagonów samowyładowczych, otwieranie drzwi wagonów pasażerskich)
2 – sprzęg łączący przewód główny 0,5MPa

Właściwości i cechy układów hamulcowych
Układy hamulcowe posiadają następujące cechy:
a) sterowność hamulca, czyli zdolność do reagowania na sygnały wysyłane przez maszynistę, im bardziej zbliżona reakcja (siła hamowania) do sygnału maszynisty tym hamulec bardziej sterowalny
b) niewyczerpalność, jest to cecha pozwalająca zapewnić w powietrze zbiorniki pomocnicze (do napełniania siłowników) nawet przy bardzo częstym hamowaniu
c) spokojność hamowania – reakcje sił określone na poziomie urządzeń cięgłowych i nadwozi a wywołane siłami hamowania
d) efektywność, czyli zdolność zatrzymania pojazdu na określonej drodze hamowania
e) automatyczność, zdolność do włączenia hamulca bez udziału maszynisty gdy nastąpi zerwanie ciągłości przewodu głównego (rozerwanie pociągu, zerwanie hamulca bezpieczeństwa)

Hamulce włączają się w pociągu kolejno wraz z otrzymywaniem sygnału, a przechodzenie tego sygnału nosi nazwę fali hamowania. Nowoczesne hamulce powinny zapewnić szybkość włączenia hamulca ok. 250ms. Droga hamowania jest uzależniona od masy pociągu, prędkości jazdy, siły hamowania oraz w mniejszym stopniu od warunków atmosferycznych. Najmniejsza siła hamowania będzie powodowała długą drogę hamowania. Najkrótsza droga hamowania jest ściśle określona dla warunków (prędkość oraz masa) każdego pociągu.

Zdjęcia, obrazki, rysunki:
[1] Kalinkowski A., Orlik A – „Wagony kolejowe i hamulce” WKŁ Warszawa 1981

Logowanie

Zapomniane hasło?
Wyślemy nowe, kliknij TUTAJ.

Toplisty

Toplista stron kolejowych 2

Zdjęcia miesiąca

Zdjęcie TOP z miesiąca WRZESIEŃ 2008