ترمز هوایی راه‌آهن در برابر ترمز هوایی کامیون

ترمز هوایی راه‌آهن و ترمز هوایی کامیون هر دو سیستم‌های پنوماتیکی هستند که بر پایه‌ی یک تعهد ایمنی در برابر خرابی مشابه ساخته شده‌اند: هوا را از دست بدهید و ترمزها خودبه‌خود فعال می‌شوند. آنچه متفاوت است مکانیزم است. در قطار، <strong>افت</strong> فشار خط لوله ترمز فرمانی است که به شیر کنترل هر واگن می‌گوید هوای ذخیره‌شده در مخزن خودش را به سیلندر ترمز تخلیه کند. در کامیون، ترمزهای سرویس برعکس کار می‌کنند — شیر پدال فشار را به محفظه‌های ترمز <strong>اضافه</strong> می‌کند تا ترمز فعال شود — بنابراین وظیفه‌ی ایمنی در برابر خرابی به ترمزهای فنری مکانیکی واگذار می‌شود که با افت فشار سیستم می‌فشارند.

دو سیستم، یک نیای مشترک

جورج وستینگهاوس در سال ۱۸۶۹ ترمز هوای مستقیم برای قطارها را ثبت اختراع کرد، سپس چند سال بعد نقص مرگبار آن را با ترمز هوای اتوماتیک و شیر سه‌گانه‌اش حل کرد. نسخه‌ی هوای مستقیم فشار را از لوکوموتیو به هر واگن می‌فرستاد تا ترمز فعال شود؛ اگر قطار از هم جدا می‌شد یا شلنگی پاره می‌شد، واگن‌ها فشار را از دست می‌دادند و اصلاً ترمز نداشتند. طراحی اتوماتیک این منطق را وارونه کرد — برای آزادسازی خط لوله را شارژ کن، برای فعال‌سازی آن را کاهش بده — و روی هر واگن یک مخزن و یک شیر گذاشت تا هر واگن وسیله‌ی توقف خودش را داشته باشد.

خودروهای سنگین جاده‌ای دهه‌ها بعد واژگان سخت‌افزاری را وام گرفتند: کمپرسور، گاورنر، مخازن، شیرهای کنترل، و محفظه‌ای که فشار را به نیروی میله‌ی فشار تبدیل می‌کند. آنچه مهندسی جاده‌ای وام نگرفت سیگنال کاهش-برای-فعال‌سازی بود. کامیون‌ها یک مدار سرویس مستقیم و تدریجی حفظ کردند و مشکل جدایی را به شکل مکانیکی حل کردند. برای شجره‌نامه‌ی کامل، <a href="/fa/history-of-air-brakes-westinghouse/">تاریخچه ترمز هوای وستینگهاوس</a> را ببینید.

نحوه‌ی فعال‌شدن ترمز هوایی راه‌آهن

کمپرسور لوکوموتیو مخازن اصلی را پر می‌کند، و یک شیر تغذیه خط لوله‌ی ترمزی را که در طول قطار از میان شلنگ‌ها و شیرهای زاویه‌ای عبور می‌کند شارژ می‌کند. رویه‌ی رایج باری در آمریکای شمالی معمولاً خط لوله ترمز را نزدیک ۹۰ پوند بر اینچ مربع نگه می‌دارد؛ تجهیزات مسافربری اغلب بالاتر، در محدوده ۱۱۰ پوند بر اینچ مربع کار می‌کند. تا زمانی که خط لوله شارژ باقی می‌ماند، شیر کنترل هر واگن مخزن کمکی خود را پر نگه می‌دارد و سیلندر ترمز را تخلیه‌شده نگه می‌دارد.

وقتی راننده کاهش سرویس ایجاد می‌کند، فشار خط لوله ترمز چند پوند افت می‌کند. هر شیر کنترل تفاوت بین خط لوله‌ی در حال افت و مخزن هنوز پر خودش را حس می‌کند، و هوای مخزن را به سیلندر ترمز راه می‌دهد. بنابراین خط لوله ترمز یک خط سیگنال است، نه خط کاری — هوایی که واقعاً لنت‌ها را می‌فشارد روی خود واگن ذخیره شده بود. کاهش سریع و عمیق، چه از شیر ترمز اتوماتیک، چه یک کوپلر شکسته، یک شلنگ جدا شده، یا شیر اضطراری کارمند قطار، همه‌ی شیرها را به حالت اضطراری می‌برد و تمام فشار موجود را اعمال می‌کند.

رهاسازی به معنای شارژ مجدد است. در سرویس باری آمریکای شمالی رهاسازی معمولاً مستقیم است — به محض بازیابی خط لوله، ترمزها در یک مرحله آزاد می‌شوند — در حالی که سیستم‌های مسافربری و بسیاری از سیستم‌های اروپایی رهاسازی تدریجی را مجاز می‌دانند. این در سربالایی‌ها اهمیت دارد: اعمال‌های مکرر مخازن واگن را سریع‌تر از پرشدن مجدد خط لوله ترمز خالی می‌کند، و قطار می‌تواند ترمزش تمام شود.

نحوه‌ی فعال‌شدن ترمز هوایی کامیون

یک کمپرسور موتوری مخزن مرطوب و سپس مخازن اصلی و ثانویه را شارژ می‌کند. گاورنر کمپرسور را در حدود ۱۲۰ تا ۱۳۵ پوند بر اینچ مربع قطع می‌کند و در حدود ۱۰۰ تا ۱۱۰ پوند بر اینچ مربع دوباره وصل می‌کند، بنابراین یک سیستم سالم با شارژ کامل نزدیک ۱۲۰ پوند بر اینچ مربع قرار می‌گیرد. پدال را فشار دهید و هوا به محفظه‌های ترمز اندازه‌گیری می‌شود، معمولاً از طریق شیرهای رله تا انتهای دور خودرو منتظر یک شلنگ طولانی نماند. پدال را رها کنید و هوای محفظه تخلیه می‌شود. جزئیات کامل در بررسی اجمالی ما از <a href="/fa/how-air-brake-systems-work/">نحوه‌ی عملکرد سیستم‌های ترمز هوایی</a> آمده است.

این مدار به‌جای بسته‌شدن ایمن، باز-ایمن است. اگر مخازن خالی شوند، چیزی میله‌های فشار را هل نمی‌دهد. چراغ و بازر هشدار کمبود هوا حدود ۶۰ پوند بر اینچ مربع روشن می‌شود تا به راننده زمان توقف کنترل‌شده بدهد، و <a href="/fa/spring-brake-parking-brake/">ترمزهای فنری</a> به‌عنوان آخرین خط دفاعی وارد عمل می‌شوند: یک فنر مارپیچ سنگین که با هوا فشرده نگه داشته شده، و وقتی فشار به محدوده‌ی تقریبی ۲۰ تا ۴۵ پوند بر اینچ مربع می‌افتد، میله‌ی فشار را بیرون می‌راند. در یک تراکتور-تریلر، خط تغذیه‌ی تریلر از یک جنبه‌ی محدود همان کار خط لوله ترمز قطار را انجام می‌دهد: فشار تغذیه را از دست بدهید و تریلر به‌طور خودکار از مخزن خودش ترمز می‌گیرد.

مقایسه رودررو

چرا هر دو ایمن در برابر خرابی هستند، اما نه به یک شکل

راه‌حل ریلی پنوماتیک و خودفعال‌شونده است: سیگنالی که می‌گوید «اعمال کن» غیاب فشار است، بنابراین هر نقطه‌ی نشتی در هر جای قطار قوی‌ترین اعمال ممکن را تولید می‌کند. راه‌حل کامیون مکانیکی است: انرژی ذخیره‌شده در یک فنر، که وقتی هوا دیگر نتواند آن را نگه دارد آزاد می‌شود. هر دو همان الزام را برآورده می‌کنند، به همین دلیل است که تنظیم‌کننده‌ها در هر دو طرف اصرار دارند که عملکرد پارک و اضطراری نباید به وجود هوا وابسته باشد.

پیامد عملی برای یک تکنسین جاده‌ای این است که ترمز فنری یک وسیله‌ی ذخیره‌ی انرژی است. ایمنی در برابر خرابی قطار وقتی شلنگی را باز می‌کنید نمی‌تواند به شما آسیب برساند؛ اما یک ترمز فنری قفل‌نشده یا زنگ‌زده می‌تواند. قبل از باز کردن یک محفظه آن را درست قفل کنید، و هرگز فرض نکنید محفظه‌ای بدون هوا بی‌خطر است.

هر طراحی برای چه چیزی بهینه شده است

قطار طولانی است، و تغییرات فشار در طول خط لوله ترمز با سرعت حرکت هوا سفر می‌کنند، بنابراین سر جلو محسوسا زودتر از انتها ترمز می‌گیرد. مدیریت قطار — دسته‌بندی، کشش، کاهش‌های مرحله‌ای — عمدتاً برای مدیریت این تأخیر وجود دارد. سیستم‌های پنوماتیک کنترل‌شده الکترونیکی این را با ارسال فرمان به‌صورت الکتریکی به همه‌ی واگن‌ها هم‌زمان حل می‌کنند، در حالی که هوا هنوز فشردن واقعی را انجام می‌دهد.

کامیون کوتاه است، بنابراین تأخیر لوله‌کشی در کسری از ثانیه اندازه‌گیری می‌شود و با شیرهای رله و رهاسازی سریع بیشتر کاهش می‌یابد. آنچه کامیون به‌جای آن با آن روبروست آلودگی است: کمپرسوری که مدام کار می‌کند، رطوبت و روغنی که به مخازن حمل می‌شود، و شیرهایی که در پاشش جاده و نمک زمستانی زندگی می‌کنند. به همین دلیل است که خشک‌کن هوا، تخلیه‌ی مخزن و بررسی حرکت تنظیم‌کننده شلاکه بر نگهداری ترمز خودرو جاده‌ای غالب است، در حالی که شیر کنترل یک واگن ریلی در یک چرخه‌ی زمان‌بندی‌شده در کارگاه بازسازی می‌شود. فیزیک یکسان، مشکل عمر سرویس متفاوت.