Phanh Khí Nén Đường Sắt so với Phanh Khí Xe Tải

Phanh khí nén đường sắt và phanh khí xe tải đều là hệ thống khí nén được xây dựng trên cùng một nguyên tắc an toàn dự phòng: mất khí, phanh sẽ tự động tác động. Điểm khác biệt nằm ở cơ chế. Trên tàu hỏa, việc giảm áp suất ống phanh là lệnh báo cho van điều khiển của từng toa xả khí từ bình chứa riêng vào xi lanh phanh. Trên xe tải, phanh công tác hoạt động ngược lại — van bàn đạp tăng áp suất vào các buồng phanh để tác động — vì vậy nhiệm vụ an toàn dự phòng được giao cho lò xo tích năng cơ khí, ép chặt khi áp suất hệ thống giảm dần.

Hai hệ thống, một tổ tiên

George Westinghouse đã cấp bằng sáng chế phanh khí trực tiếp cho tàu hỏa vào năm 1869, sau đó khắc phục nhược điểm chết người của nó vài năm sau bằng phanh khí tự động và van ba ngả. Phiên bản khí trực tiếp dẫn áp suất từ đầu máy đến mọi toa để tác động phanh; nếu đoàn tàu bị tách rời hoặc ống dẫn bị vỡ, các toa mất áp suất và hoàn toàn không có phanh. Thiết kế tự động đảo ngược logic — nạp ống để nhả phanh, giảm áp để tác động — và đặt bình chứa cùng van trên mỗi toa để mỗi xe tự mang phương tiện dừng riêng.

Xe tải hạng nặng vay mượn từ vựng phần cứng này nhiều thập kỷ sau: máy nén, bộ điều áp, bình chứa, van điều khiển và buồng chuyển áp suất thành lực đẩy cần đẩy. Điều mà kỹ thuật đường bộ không vay mượn là tín hiệu giảm-để-tác-động. Xe tải giữ mạch công tác trực tiếp, phân cấp và giải quyết vấn đề đứt gãy bằng cơ khí thay vào đó. Nếu muốn biết toàn bộ nguồn gốc, xem lịch sử phanh khí Westinghouse.

Cách phanh khí đường sắt tác động

Máy nén trên đầu máy nạp đầy các bình chứa chính, và van cấp nạp cho ống phanh chạy suốt chiều dài đoàn tàu qua các ống mềm và van góc. Thực tiễn vận tải hàng hóa Bắc Mỹ thường giữ ống phanh ở khoảng 90 psi; thiết bị hành khách thường chạy cao hơn, khoảng 110 psi. Khi ống vẫn được nạp đầy, van điều khiển của mỗi toa giữ bình phụ đầy và giữ xi lanh phanh xả khí.

Khi lái tàu thực hiện giảm áp công tác, áp suất ống phanh giảm vài psi. Mỗi van điều khiển cảm nhận chênh lệch giữa ống đang giảm và bình chứa vẫn đầy của nó, rồi cho khí từ bình chứa vào xi lanh phanh. Do đó ống phanh là đường tín hiệu, không phải đường làm việc — khí thực sự ép guốc phanh đã được trữ sẵn trên chính toa xe. Việc giảm áp nhanh và sâu, dù từ van phanh tự động, khớp nối gãy, ống mềm bị đứt, hay van khẩn cấp của người phụ trách, đều đưa mọi van vào trạng thái khẩn cấp và tác động toàn bộ áp suất sẵn có.

Nhả phanh nghĩa là nạp lại. Trong vận tải hàng hóa Bắc Mỹ, việc nhả thường trực tiếp — phanh nhả trong một bước ngay khi ống được khôi phục — trong khi hệ thống hành khách và nhiều hệ thống châu Âu cho phép nhả từng cấp. Điều này quan trọng trên dốc: các lần tác động lặp lại làm cạn bình chứa của toa nhanh hơn tốc độ ống phanh nạp lại, và đoàn tàu có thể hết phanh.

Cách phanh khí xe tải tác động

Máy nén chạy bằng động cơ nạp bình ướt rồi đến các bình chứa chính và phụ. Bộ điều áp ngắt máy nén ở khoảng 120-135 psi và đóng lại ở khoảng 100-110 psi, vì vậy hệ thống khỏe mạnh nằm ở trạng thái đầy tải gần 120 psi. Đạp bàn đạp và khí được định lượng đến các buồng phanh, thường qua van tiếp sức để đầu xa của xe không phải chờ đường ống mềm dài. Nhả bàn đạp thì khí trong buồng được xả ra. Chi tiết đầy đủ có trong bài tổng quan hệ thống phanh khí hoạt động như thế nào.

Mạch này là kiểu mở-khi-hỏng, không phải đóng-khi-hỏng. Nếu bình cạn khí, không gì đẩy được cần đẩy. Đèn cảnh báo áp suất thấp và còi báo bật ở khoảng 60 psi để tài xế có thời gian dừng xe an toàn, và lò xo tích năng đảm nhận vai trò tuyến phòng thủ cuối cùng: một lò xo cuộn nặng bị nén giữ bởi khí, buộc cần đẩy đi ra khi áp suất giảm xuống khoảng 20-45 psi. Trên xe đầu kéo-rơ moóc, đường cấp khí rơ moóc đóng vai trò tương tự ống phanh của tàu hỏa ở một khía cạnh hẹp: mất áp suất cấp thì rơ moóc tự động tác động phanh từ bình chứa riêng của nó.

So sánh song song

Vì sao cả hai đều an toàn dự phòng, nhưng không theo cùng một cách

Giải pháp đường sắt mang tính khí nén và tự kích hoạt: tín hiệu "tác động" là sự thiếu vắng áp suất, vì vậy bất kỳ sự cố nào trên đoàn tàu đều tạo ra lực tác động mạnh nhất có thể. Giải pháp xe tải mang tính cơ khí: năng lượng trữ trong lò xo, được giải phóng khi khí không còn giữ được nó. Cả hai đều đáp ứng cùng một yêu cầu, đó là lý do cơ quan quản lý ở cả hai bên đều yêu cầu chức năng đỗ xe và khẩn cấp không được phụ thuộc vào sự hiện diện của khí.

Hệ quả thực tế đối với kỹ thuật viên đường bộ là lò xo tích năng là thiết bị trữ năng lượng. Cơ chế an toàn của tàu hỏa không thể gây hại khi bạn tháo ống mềm; nhưng lò xo tích năng chưa được khóa hoặc bị ăn mòn thì có thể. Hãy khóa đúng cách trước khi tháo buồng phanh, và không bao giờ giả định buồng không có khí là vô hại.

Mỗi thiết kế được tối ưu cho điều gì

Đoàn tàu dài, và thay đổi áp suất di chuyển dọc ống phanh với tốc độ khí có thể di chuyển, vì vậy đầu tàu tác động rõ rệt trước phần đuôi. Kỹ thuật điều khiển tàu — dồn toa, kéo giãn, giảm áp theo giai đoạn — tồn tại phần lớn để quản lý độ trễ đó. Hệ thống khí nén điều khiển điện tử giải quyết điều này bằng cách gửi lệnh bằng điện đến mọi toa cùng lúc, trong khi khí vẫn thực hiện việc ép thực tế.

Xe tải ngắn hơn, vì vậy độ trễ đường ống được đo bằng phần nhỏ của giây và được rút ngắn thêm bằng van tiếp sức và van xả nhanh. Điều xe tải phải đối mặt thay vào đó là ô nhiễm: máy nén chạy liên tục, hơi ẩm và dầu bị cuốn vào bình chứa, và van sống trong bụi bẩn đường và muối mùa đông. Đó là lý do bộ sấy khí, xả bình chứa và kiểm tra hành trình cần đẩy chi phối bảo dưỡng phanh xe đường bộ trong khi van điều khiển của toa tàu được đại tu theo chu kỳ định sẵn trong xưởng. Cùng vật lý, khác vấn đề tuổi thọ bảo dưỡng.