Frâne cu aer feroviare vs. frâne cu aer de camion

Frânele cu aer feroviare și cele de camion sunt ambele sisteme pneumatice construite pe aceeași premisă de siguranță: se pierde aerul, iar frânele se aplică singure. Mecanismul este ceea ce diferă. La un tren, o scădere a presiunii din conducta de frână este comanda care spune supapei de control a fiecărui vagon să elibereze aerul din propriul rezervor stocat în cilindrul de frână. La un camion, frânele de serviciu funcționează invers — supapa de acționare (pedala) adaugă presiune în camerele de frână pentru a acționa — astfel încât funcția de siguranță este preluată de frânele cu arc mecanice, care se strâng pe măsură ce presiunea din sistem scade.

Două sisteme, un singur strămoș

George Westinghouse a brevetat o frână cu aer direct pentru trenuri în 1869, apoi a rezolvat defectul ei fatal câțiva ani mai târziu cu frâna automată cu aer și supapa triplă. Versiunea directă transmitea presiune de la locomotivă la fiecare vagon pentru a aplica frânele; dacă trenul se rupea sau un furtun se spărgea, vagoanele pierdeau presiunea și rămâneau fără frâne. Concepția automată a inversat logica — încarcă conducta pentru eliberare, reduce-o pentru aplicare — și a plasat un rezervor și o supapă pe fiecare vagon, astfel încât fiecare vehicul avea propriul mijloc de oprire.

Vehiculele grele rutiere au preluat vocabularul tehnic zeci de ani mai târziu: compresor, regulator, rezervoare, supape de control și o cameră care transformă presiunea în forță pe tija de împingere. Ceea ce inginerii rutieri nu au preluat este semnalul de aplicare prin reducere. Camioanele au păstrat un circuit de serviciu direct, gradual, și au rezolvat problema desprinderii mecanic. Pentru istoricul complet, vezi istoria frânei cu aer Westinghouse.

Cum se aplică frâna cu aer feroviară

Compresorul unei locomotive umple rezervoarele principale, iar o supapă de alimentare încarcă conducta de frână care parcurge lungimea trenului prin furtunuri și robinete de capăt. Practica nord-americană pentru marfă menține de obicei conducta de frână în jur de 90 psi; echipamentele de călători funcționează adesea la o presiune mai mare, în jur de 110 psi. Cât timp conducta rămâne încărcată, supapa de control a fiecărui vagon menține rezervorul auxiliar plin și ține cilindrul de frână evacuat.

Când mecanicul face o reducere de serviciu, presiunea din conducta de frână scade cu câteva unități. Fiecare supapă de control detectează diferența dintre conducta care scade și rezervorul propriu, încă plin, și lasă aerul din rezervor să intre în cilindrul de frână. Conducta de frână este deci o linie de semnal, nu linia de lucru — aerul care strânge efectiv saboții a fost stocat pe vagon. O reducere rapidă și profundă, fie de la supapa automată de frânare, un cuplaj rupt, un furtun desprins sau supapa de urgență a conductorului, pune fiecare supapă în regim de urgență și aplică întreaga presiune disponibilă.

Eliberarea înseamnă reîncărcare. În serviciul de marfă nord-american, eliberarea este în general directă — frânele se eliberează într-un singur pas odată ce conducta este refăcută — în timp ce sistemele pentru călători și multe sisteme europene permit eliberare graduală. Acest lucru contează pe pante: aplicările repetate golesc rezervoarele vagoanelor mai repede decât reîncarcă conducta de frână, iar un tren poate rămâne fără frână.

Cum se aplică frâna cu aer de camion

Un compresor acționat de motor încarcă un rezervor umed, apoi rezervoarele primar și secundar. Regulatorul decuplează compresorul în jur de 120-135 psi și îl recuplează în jur de 100-110 psi, astfel încât un sistem sănătos stă complet încărcat în jur de 120 psi. Apăsați pedala și aerul este dozat către camerele de frână, de obicei prin supape releu, astfel încât capătul îndepărtat al vehiculului să nu aștepte după un furtun lung. Eliberați pedala și aerul din cameră este evacuat. Detalii complete în prezentarea noastră despre cum funcționează sistemele de frânare cu aer.

Acest circuit este cu defect deschis, nu cu defect închis. Dacă rezervoarele se golesc, nimic nu împinge tijele de împingere. Ledul și avertizorul sonor de aer scăzut se aprind în jur de 60 psi pentru a da șoferului timp să oprească controlat, iar frânele cu arc preiau ca ultimă linie de apărare: un arc spiral puternic ținut comprimat de aer, care împinge tija de împingere afară odată ce presiunea scade în banda de aproximativ 20-45 psi. La un ansamblu tractor-semiremorcă, linia de alimentare a remorcii îndeplinește aceeași funcție ca și conducta de frână a trenului, într-un sens restrâns: la pierderea presiunii de alimentare, remorca se aplică automat din propriul rezervor.

Comparație directă

De ce ambele sunt sigure la defect, dar nu în același mod

Soluția feroviară este pneumatică și se autoarmează: semnalul care spune "aplică" este absența presiunii, astfel încât orice breșă oriunde în tren produce cea mai puternică aplicare posibilă. Soluția de camion este mecanică: energie stocată într-un arc, eliberată când aerul nu-l mai poate reține. Ambele îndeplinesc aceeași cerință, motiv pentru care autoritățile de reglementare de ambele părți insistă ca funcția de parcare și de urgență să nu depindă de prezența aerului.

Consecința practică pentru un tehnician rutier este că o frână cu arc este un dispozitiv cu energie stocată. Siguranța unui tren nu vă poate răni când desfaceți un furtun; o frână cu arc necalată sau corodată poate. Calați-o corect înainte de a demonta o cameră, și nu presupuneți niciodată că o cameră fără aer este inertă.

Pentru ce este optimizat fiecare concept

Un tren este lung, iar schimbările de presiune se propagă de-a lungul conductei de frână cu viteza cu care se poate deplasa aerul, astfel încât capătul din față se aplică vizibil înaintea celui din spate. Conducerea trenului — comprimare, întindere, reduceri etapizate — există în mare parte pentru a gestiona această întârziere. Sistemele pneumatice controlate electronic rezolvă asta trimițând comanda electric către fiecare vagon simultan, aerul făcând în continuare strângerea efectivă.

Un camion este scurt, deci întârzierea de instalație este măsurată în fracțiuni de secundă și este redusă și mai mult cu supape releu și de eliberare rapidă. Ceea ce înfruntă în schimb un camion este contaminarea: un compresor care funcționează constant, umiditate și ulei transportate în rezervoare și supape care trăiesc în stropii de pe drum și sarea de iarnă. De aceea uscătorul de aer, drenarea rezervoarelor și verificările cursei ajustorului de joc domină întreținerea frânelor la vehiculele rutiere, în timp ce supapa de control a unui vagon feroviar este revizuită pe un ciclu programat într-un atelier. Aceeași fizică, problemă diferită de durată de serviciu.