Istorija vazdušnih kočnica: od Westinghousea do modernog kamiona

Vazdušnu kočnicu izumeo je George Westinghouse, koji je patentirao vazdušnu kočnicu za železnicu 1869. godine i iste godine osnovao kompaniju Westinghouse Air Brake Company. Ta prva konstrukcija koristila je vazdušni pritisak da aktivira kočnice, što je bilo opasno u slučaju da se voz raspadne. 1872. je patentirao automatsku vazdušnu kočnicu: svaki vagon je imao sopstveni rezervoar i trostruki ventil, tako da je bilo koji gubitak pritiska u vodu aktivirao kočnice umesto da ih otpušta. Ta inverzija je razlog zašto je komprimovani vazduh, a ne hidraulika ili kablovi, postao standard na teškim vozilima i to je i danas slučaj.

Problem pre vazdušnih kočnica

Vozovi iz devetnaestog veka zaustavljali su kočničari. Mašinovođa je zviždao, a ljudi su hodali po krovovima vagona u pokretu i okretali ručne točkove jedan po jedan. Zaustavni put zavisio je od toga koliko brzo su ti ljudi mogli da se kreću. Sudari su bili uobičajeni, a kočničari su ginuli obavljajući taj posao.

Isprobane su i parne i vakuum kočnice. Para se hladila i zaleđivala pre nego što bi stigla do zadnjeg dela dugog voza. Vakuum sistemi su funkcionisali i ostali u upotrebi u Britaniji i drugde decenijama, ali vakuum može da pruži najviše oko jedne atmosfere razlike pritiska, otprilike 14,7 psi. Komprimovani vazduh nema takav plafon: mali rezervoar može da drži oko 120 psi i primeni veliku silu stezanja kroz relativno malu komoru. Ta gustina energije je praktični razlog zašto je vazduh pobedio.

Direktna vazdušna kočnica naspram automatske

Westinghouseov patent iz 1869. naziva se direktna vazdušna kočnica. Parna pumpa na lokomotivi punila je rezervoar, a mašinovođin ventil slao je vazduh kroz kočioni vod do kočionih cilindara na svakom vagonu. Vazduh ulazi, kočnice se aktiviraju. Vod se ispušta, kočnice se otpuštaju.

Mana je očigledna kada se glasno izgovori: pukotina na crevu, prekid spojnice ili raspad voza na dva dela ispražnjava vod, i sve kočnice na vozu se otpuštaju u najgorem mogućem trenutku.

Automatska kočnica iz 1872. obrnula je logiku. Vazduh iz lokomotive puni pomoćni rezervoar na svakom vagonu kroz kočioni vod. Trostruki ventil na svakom vagonu prati pritisak u vodu i radi tri stvari: puni rezervoar, aktivira kočnicu ili je otpušta. Kada pritisak u vodu padne, bilo da je to naredio mašinovođa ili je popustilo crevo, trostruki ventil povezuje sopstveni skladišteni vazduh tog vagona sa sopstvenim kočionim cilindrom. Voz se sam zaustavlja. Westinghouse je kasnije dodao trostruki ventil sa brzim dejstvom kako bi se aktiviranje brzo prenosilo kroz dugačak voz umesto da se sporo širi od vagona do vagona.

Svaki kamion i prikolica sa vazdušnim kočnicama izgrađeni od tada rade na ovom principu. Ako se izgubi pritisak napajanja, oprugaste kočnice se aktiviraju. Sistem je projektovan da otkaže u pravcu zaustavljanja.

Vremenska linija: prekretnice vazdušnih kočnica

Sa železnice na drum

Kamioni su postajali teži brže nego što su njihove kočnice napredovale. Rani teški kamioni koristili su mehaničke poluge, a kasnije hidrauliku, oboje funkcionalno na krutom dvoosovinskom vozilu, a oboje loše čim se dodaju prikolice. Hidraulički krug mora biti zatvoren, napunjen i obezvazdušen; ne možete ga slobodno spajati i razdvajati u blatnjavom dvorištu nekoliko puta dnevno. Vazduh to može. Dva brza priključka, guranje, gotovo je, a curenje se bezbedno ispušta u atmosferu umesto da se gubi tečnost i pedala.

Do kasnih 1920-ih i tokom 1930-ih, vazdušne kočnice su postale standardna oprema na autobusima i većim kamionima u SAD. Bendix i Westinghouse su se udružili oko 1930. da bi proizvodili automobilske komponente vazdušnih kočnica, i ta imena, zajedno sa Wabco-om i kasnije Knorr-Bremse-om u Evropi, i dalje se pojavljuju na kompresorima, regulatorima i ventilima ispod modernog kamiona.

Drumska verzija je reorganizovala raspored sa železnice bez promene filozofije. Motorom pogonjeni vazdušni kompresor zamenio je parnu pumpu. Regulator je uključivao i isključivao taj kompresor umesto da radi neprekidno pod punim opterećenjem. Uloga trostrukog ventila podeljena je na relejne ventile, ventile brzog otpuštanja i, na prikolici, hitni relej koji aktivira kočnice prikolice ako se izgubi napajanje iz voda, što je tačno ideja iz 1872. u drugačijem kućištu.

Šta je moderni sistem nasledio

Kamion izgrađen danas ima Westinghouseovu arhitekturu sa vekom usavršavanja na vrhu:

• Aktiviranje sa sigurnim otkazom. Oprugaste kočnice počinju da koče kako vazduh ispušta i potpuno se aktiviraju na otprilike 20-45 psi, u zavisnosti od komore.
• Skladištena energija na svakom mestu upotrebe. Rezervoari na tegljaču i na prikolici, baš kao rezervoari na svakom vagonu.
• Radni pritisak oko 120 psi. Regulatori obično isključuju kompresor negde u opsegu 120-135 psi i ponovo ga uključuju oko 100-110 psi, tako da potpuno napunjen sistem drži oko 120 psi. Upozorenje na tabli i zvučni signal se aktiviraju kada pritisak padne na otprilike 60 psi.
• Redundansa. Radno kočenje je podeljeno na dva nezavisna kruga tako da jedan otkaz ne oduzima sve, drumski ekvivalent ne oslanjanja na samo jedan vod.
• Upravljanje kvalitetom vazduha. Kompresori propuštaju vreo, vlažan, blago uljan vazduh. Sušači i ciklusi pročišćavanja postoje jer su vlaga i ulje uništavali ventile mnogo pre nego što je iko napisao standard o tome.

Ono što se stvarno promenilo je kontrola, a ne aktiviranje. ABS, EBS, kontrola stabilnosti i automatsko hitno kočenje svi su smešteni iznad pneumatskog sloja, modulišući pritisak brže i preciznije nego što bi to noga ikada mogla. Vazduh i dalje obavlja posao. Za mehanički pregled kako se ti delovi uklapaju na savremenom vozilu, počnite sa kako funkcionišu sistemi vazdušnih kočnica, i uporedite dve filozofije jednu pored druge u vazdušne naspram hidrauličnih kočnica.

Zašto nikada nije zamenjena

Alternative su predlagane tokom svih 150 godina otkako je izumljena. Nijedna nije nadmašila kombinaciju koju vazduh nudi: besplatan i neograničen radni fluid; curenja koja se ispuštaju u atmosferu umesto da spuste pedalu; spojnice koje vozač može spojiti za sekunde po bilo kom vremenu; energiju koja se može skladištiti u čeličnom rezervoaru; i način otkaza koji zaustavlja vozilo umesto da ga oslobađa.

Elektromehaničko kočenje bi to moglo jednog dana promeniti na nekim teškim vozilima, a elektronska kontrola već dominira u donošenju odluka. Ali aktuator na točku i dalje je membrana pokretana komprimovanim vazduhom i držana u rezervi oprugom, ideja patentirana 1872. godine koju niko nije morao da zameni.