airbrakecompressor
Пневматический тормоз изобрёл Джордж Вестингауз, запатентовавший в 1869 году железнодорожный тормоз на сжатом воздухе и основавший в том же году компанию Westinghouse Air Brake Company. Та первая конструкция использовала давление воздуха для включения тормозов, что было опасно при разрыве состава. В 1872 году он запатентовал автоматический пневматический тормоз: каждый вагон имел собственный резервуар и тройной клапан, поэтому любая потеря давления в магистрали приводила к торможению, а не к отпуску. Именно эта инверсия сделала сжатый воздух, а не гидравлику или тросы, стандартом на тяжёлом транспорте — и остаётся им по сей день.
Проблема до появления пневматических тормозов
Поезда XIX века останавливали кондукторы-тормозильщики. Машинист давал свисток, и люди шли по крышам движущихся вагонов, поочерёдно вращая маховики. Тормозной путь зависел от того, насколько быстро они могли двигаться. Столкновения были обычным делом, а тормозильщики гибли при выполнении этой работы.
Пробовали и паровые, и вакуумные тормоза. Пар конденсировался и замерзал, не доходя до хвоста длинного состава. Вакуумные системы работали и десятилетиями применялись в Британии и других странах, но вакуум даёт не более одной атмосферы перепада давления — примерно 14,7 psi. У сжатого воздуха такого потолка нет: небольшой резервуар может держать около 120 psi и создавать значительное усилие зажима через компактную камеру. Именно эта энергетическая плотность и определила победу воздуха.
Прямой воздушный тормоз против автоматического
Патент Вестингауза 1869 года называют прямым воздушным тормозом. Паровой насос на локомотиве заряжал резервуар, а кран машиниста подавал воздух по магистрали к тормозным цилиндрам каждого вагона. Подать воздух — тормоза включаются. Стравить магистраль — тормоза отпускаются.
Изъян очевиден, стоит произнести его вслух: лопнувший шланг, разъединившаяся сцепка или разрыв состава сбрасывают давление в магистрали, и все тормоза поезда отпускаются в самый неподходящий момент.
Автоматический тормоз 1872 года перевернул эту логику. Воздух от локомотива заряжает вспомогательный резервуар на каждом вагоне через магистраль. Тройной клапан на каждом вагоне следит за давлением в магистрали и выполняет три функции: заряжает резервуар, включает тормоз или отпускает его. Когда давление в магистрали падает — по команде машиниста или из-за оторвавшегося шланга — тройной клапан подключает собственный запас воздуха этого вагона к его собственному тормозному цилиндру. Поезд останавливает себя сам. Позже Вестингауз добавил быстродействующий тройной клапан, чтобы срабатывание распространялось по длинному составу быстро, а не переходило от вагона к вагону постепенно.
По этому принципу работает каждый грузовик и прицеп с пневматическими тормозами, построенный с тех пор. Теряется давление подачи — включаются пружинные тормоза. Система спроектирована так, чтобы при отказе останавливать, а не разгонять.
Хронология: вехи развития пневматических тормозов
| Период | Событие | Почему это важно |
|---|---|---|
| 1869 | Патент Вестингауза на прямой пневматический тормоз; основана Westinghouse Air Brake Company | Один человек мог тормозить весь поезд из кабины |
| 1872 | Автоматический пневматический тормоз с тройным клапаном и резервуарами на вагонах | Потеря давления теперь включает тормоза — принцип отказоустойчивости |
| 1887 | Испытания тормозов в Берлингтоне, штат Айова | Доказано быстродействующее автоматическое торможение на длинных составах |
| 1893 | Закон США о безопасности железнодорожного оборудования | Пневматические тормоза стали законодательным требованием, а не опцией |
| 1920-1930-е | Пневматические тормоза внедряются на грузовиках и автобусах; Bendix и Westinghouse объединяются для выпуска автомобильных систем | Железнодорожная логика адаптирована для дорожного транспорта |
| Середина XX века | Пружинные тормозные камеры для стояночного и аварийного торможения | Механическая пружина удерживает автомобиль при нулевом давлении воздуха |
| 1975 | В США вступает в силу стандарт FMVSS 121 для транспорта с пневмотормозами | Обязательны сдвоенные контуры рабочего тормоза и нормативы эффективности |
| 1970-1980-е | Осушители воздуха с осушающим агентом заменяют спиртовые испарители | Влага удаляется у источника, а не обрабатывается ниже по потоку |
| Конец 1990-х | ABS становится обязательной на новых тягачах и прицепах с пневмотормозами в США | Контроль блокировки колёс на тяжёлых автопоездах |
| 2000-е и далее | Распространяются EBS и дисковые пневматические тормоза, особенно в Европе по стандарту ECE R13 | Электронное управление накладывается поверх пневматического привода |
От рельсов к дороге
Грузовики набирали массу быстрее, чем совершенствовались их тормоза. На ранних тяжёлых грузовиках применялся механический привод, позже гидравлика — оба варианта работали на жёстком двухосном автомобиле, но плохо справлялись с прицепами. Гидравлический контур должен быть герметичным, заполненным и прокачанным; нельзя просто так подключать и отключать его несколько раз в день в грязном дворе. С воздухом это возможно. Два разъёмных соединения, толчок — готово, а утечка безвредно стравливается в атмосферу вместо потери жидкости и педали тормоза.
К концу 1920-х и в 1930-х годах пневматические тормоза стали стандартным оборудованием на автобусах и крупных грузовиках в США. Около 1930 года Bendix и Westinghouse объединили усилия для выпуска автомобильных пневматических тормозных компонентов, и эти имена, наряду с Wabco и позже европейской Knorr-Bremse, до сих пор встречаются на компрессорах, регуляторах и клапанах современных грузовиков.
Дорожная версия реорганизовала железнодорожную компоновку, не изменив её философии. Приводной от двигателя компрессор заменил паровой насос. Регулятор переключал компрессор между режимами нагрузки и холостого хода вместо непрерывной работы на полную мощность. Функцию тройного клапана разделили между релейными клапанами, клапанами быстрого выпуска и, на прицепе, аварийным реле, которое включает тормоза прицепа при потере магистрали подачи — это та же идея 1872 года в другом исполнении.
Что унаследовала современная система
Грузовик, выпущенный сегодня, — это архитектура Вестингауза с вековыми доработками:
- Отказоустойчивое срабатывание. Пружинные тормоза начинают притормаживать по мере стравливания воздуха и полностью включаются примерно на 20-45 psi, в зависимости от камеры.
- Накопленная энергия в каждой точке применения. Резервуары на тягаче и на прицепе, как и резервуары на каждом железнодорожном вагоне.
- Рабочее давление около 120 psi. Регуляторы обычно отключаются в диапазоне 120-135 psi и включаются снова около 100-110 psi, поэтому полностью заряженная система держит около 120 psi. Сигнальная лампа и зуммер на приборной панели срабатывают при падении давления примерно до 60 psi.
- Резервирование. Рабочее торможение разделено на два независимых контура, чтобы отказ одного не лишал тормозов полностью — дорожный аналог отказа от единой магистрали.
- Контроль качества воздуха. Через компрессоры проходит горячий, влажный, слегка маслянистый воздух. Осушители и циклы продувки существуют потому, что влага и масло выводили клапаны из строя задолго до появления стандартов на этот счёт.
По-настоящему изменилось управление, а не привод. ABS, EBS, контроль устойчивости и автоматическое экстренное торможение — всё это работает поверх пневматического слоя, модулируя давление быстрее и точнее, чем это могла бы сделать нога человека. Работу по-прежнему выполняет воздух. Подробный разбор устройства современной системы — в статье как работают пневматические тормозные системы, а сравнение двух философий — в материале пневматические против гидравлических тормозов.
Почему её так и не заменили
За 150 лет предлагалось множество альтернатив. Ни одна не превзошла то сочетание, которое даёт воздух: бесплатная и неограниченная рабочая среда; утечки, стравливающиеся в атмосферу вместо потери педали; соединения, которые водитель подключает за секунды в любую погоду; энергия, которую можно хранить в стальном баллоне; и режим отказа, который останавливает автомобиль, а не освобождает его.
Электромеханическое торможение со временем может изменить это на некоторых тяжёлых автомобилях, а электронное управление уже доминирует в принятии решений. Но исполнительный механизм у колеса по-прежнему представляет собой диафрагму, толкаемую сжатым воздухом и удерживаемую в резерве пружиной — идею, запатентованную в 1872 году, которую никому пока не понадобилось заменять.
Нужна деталь, а не только ответ?
Компрессоры пневмотормозов и ремкомплекты класса OE, изготовленные и проверенные по стандартам коммерческого транспорта.
Купить детали VADENПубликуется VADEN Original. Ссылки на товары ведут в официальный каталог производителя. Технические характеристики приведены как ориентировочные - всегда сверяйте значения с сервисным руководством вашего автомобиля.