Кіріспе

Қатеден сақтайтын пневматикалық тежегіш жүйе, жұмыс ортасы ретінде тасымалданған ауа қолданылады.

Темір жол пневматикалық тежегіші – тасымалданған ауамен жұмыс істейтін темір жол тежегіш жүйесі. Қазіргі заманғы пойздар Джордж Вестингхаус 1869 жылдың 13 сәуірінде патент алған қатеден сақтайтын пневматикалық тежегіш жүйесіне сенеді. Вестингхаус Air Brake Company кейіннен Вестингхаус өнертабысын өндіру және сату үшін құрылды. Әртүрлі нұсқаларында ол дерлік барлық елде қолданылады. Вестингхаус жүйесі ауа қысымын әр вагондағы ауа жинағыштарды (бактарды) толтыру үшін пайдаланады. Толық ауа қысымы әр вагонның тежегіштерін босатуға әкеледі. Ал ауа қысымының төмендеуі немесе жоғалтылуы әр вагонның тежегішін қосуға себеп болады, бұл оның жинағыштарында сақталған тасымалданған ауаны пайдаланады.

Тіке ауалы тежегіш

Ауа тежегіштің ең қарапайым түрі, тікелей ауа жүйесі деп аталады, қысылған ауа цилиндрдегі поршеньді итеріп отырады. Поршень механикалық байланыс арқылы тежегіш аяқтарға жалғанады, олар пойыздың дөңгелектеріне тиіп, үйкеліс арқылы пойызды тоқтатады. Механикалық байланыс бір қысымды ауа цилиндрінен 8 немесе 12 дөңгелекке күшті тең бөлу үшін өте күрделі болуы мүмкін. Қысымды ауа локомотивтегі ауа компрессорынан шығады және әр вагонның астындағы құбырлар мен вагондар арасындағы шлангтардан тұратын пойыз желісі арқылы вагоннан вагонға жіберіледі. Тікелей ауа тежегіш жүйесінің басты кемшілігі – шлангтар мен құбырлардың ажырауы ауа қысымын төмендетіп, тежегіштерді қолдану күшін жоғалтады. Бұл пойыздың бақылаусыз қозғалуына әкелуі мүмкін. Тікелей ауа тежегіштері локомотивтерде әлі де қолданылады, бірақ екі контурлы жүйе ретінде, әдетте әр шассидің (көліктік бөлімнің) өз контуры болады.

Westinghouse ауа тежегіші

Тура ауа жүйесінің кемшіліктерінен жоғары жүйені жасау үшін Вестингхаус әрбір теміржол вагоны ауа резервуарымен және үш клапанмен, сондай-ақ басқару клапаны деп аталатын жүйемен жабдықталғандығын ойлап тапты. Тура ауа жүйесінен өзгеше, Вестингхаус жүйесі пойыз желісіндегі ауа қысымын төмендету арқылы тежегіштерді жанама түрде қолданады. Үш клапан оның үш функциясын орындайтындықтан осылай аталды: ауа резервуарға ауаны тежегіштерді қолдануға дайын күйде жіберу, тежегіштерді қолдану және оларды босату. Осы арқылы ол басқа да бірнеше әрекеттерді қолдайды (яғни, қолдауды сақтайды және тежегіш цилиндрінің қысымын төмендету кезінде резервуарды қайта толтыруға мүмкіндік береді). Патенттік өтінішінде Вестингхаус өзінің «үш клапанды құрылғысын» үш құраушы клапандық бөлігіне байланысты атайды: диафрагмамен басқарылатын, резервуарлық ауаны тежегіш цилиндрге жіберуге арналған клапан, резервуарды толтыру клапаны және тежегіш цилиндрін босату клапаны. Вестингхаус құрылғыны жақсарту үшін қос клапанды әрекетін алып тастады. Бұл үш компонент поршеньді клапанға, жылғы клапанға және реттегіш клапанға айналды. Егер пойыз желісіндегі қысым резервуардағыдан төмен болса, тежегіш цилиндрінің шығу тесігі жабылады және вагонның резервуарынан ауа тежегіш цилиндріне жіберіледі. Цилиндрдегі қысым артып, тежегіштер қолданылады, ал резервуардағы қысым төмендейді. Бұл әрекет тежегіш құбыр қысымы мен резервуар қысымы арасындағы тепе-теңдікке қол жеткенше жалғасады. Осы кезде резервуардан тежегіш цилиндріне ауа ағыны тоқтатылады және цилиндр тұрақты қысымда ұсталады. Егер пойыз желісіндегі қысым резервуардағыдан жоғары болса, үш клапан пойыз желісін резервуарға қосып, резервуардағы ауа қысымын арттырады. Үш клапан сондай-ақ тежегіш цилиндрін атмосфераға шығарып, тежегіштерді босатады. Пойыз желісі мен резервуардағы қысым теңескенде, үш клапан жабылып, резервуардағы ауа жабылады және тежегіш цилиндрі қысымға ие болмайды. Локомотивтің тежегіш клапанын басқару арқылы тежегішті қолданғанда, пойыз желісі бақыланатын жылдамдықпен атмосфераға ауа шығарып, пойыз желісінің қысымын төмендетеді және әр вагонның үш клапанын іске қосып, тежегіш цилиндріне ауа құяды. Локомотивтің тежегіш клапанының атмосфераға шығу тесігі жабылып, пойыз желісі локомотивтің компрессорымен қайта толтырылады, тежегішті босатқанда. Пойыз желісінің қысымының артуы әр вагонның үш клапанының тежегіш цилиндрінің ішіндегі ауаны атмосфераға шығарып, тежегіштерді босатып, резервуарларды толтыруына себеп болады. Осылайша, Вестингхаус жүйесі қауіпсіздікке баса назар аударады – пойыз желісінде кез келген ақаулық, соның ішінде пойыздың бөлінуі («екіге бөлінуі») пойыз желісінің қысымын төмендетіп, тежегіштерді қолданып, пойызды тоқтатып, қашып кетуін болдырмайды.

Дистрибьюторлар

Көптеген заманауи ауалы тежегіш жүйелері үш клапанның орнына таратушыларды пайдаланады. Олар үш клапан сияқты бірдей қызметті атқарады, бірақ тежегіштерді жартылай босату сияқты қосымша мүмкіндіктерге ие.

Жұмыс қысымдары

Локомотивтің ауа компрессоры әдетте басты резервуарды ауамен зарядтайды. Пойыздың тежегіштері инженердің автоматты тежегіш клапаны арқылы тежегіш құбырларына төмендетілген және реттелген басты резервуар ауа қысымын жіберу арқылы босатылады. Америкада толық зарядталған тежегіш құбыры жүк пойыздары үшін әдетте және жолаушылар пойыздары үшін AAA қысымда жұмыс істейді. Тежегіштер инженер автоматты тежегіш тұтқасын "қызмет" күйіне жылдырған кезде қолданылады, бұл тежегіш құбырының қысымын төмендетеді. Қалыпты жұмыс кезінде тежегіш құбырының қысымы ешқашан нөлге дейін төмендетілмейді, шын мәнінде, қанағаттанарлық тежегіш реакциясын тудыратын ең кішкентай төмендеу тежегіш құбырының қысымын сақтау үшін қолданылады. Тежегіш құбырының тұтастығын жоғалту (мысалы, шлангтың жарылуы), пойыздың екіге бөлінуі және ауа шлангтарының ажыратылуы, немесе инженердің автоматты тежегіш клапанды авариялық күйге жылдыруы салдарынан болатын кенеттен және айтарлықтай қысымның төмендеуі авариялық тежегішті қосуға әкеледі. Екінші жағынан, ауа компрессоры істен шыққандықтан және басты резервуардың қысымын сақтамағандықтан тежегіш құбырының қысымын біртіндеп нөлге дейін төмендететін баяу ақаулық авариялық тежегішті қоспайды.

Жаңартулар

Электр пневматикалық немесе EP тежегіштері – пойыздың барлық бөлігінде тежегіштерді бірінен соң бірін қосудың орнына, дереу қосуға мүмкіндік беретін ауа тежегіштерінің бір түрі. EP тежегіштері 1949 жылдан бері британдық тәжірибеде қолданылып келеді, ал 1980-ші жылдардың соңынан бастап неміс жоғары жылдамдықты пойыздарында (әсіресе ICE) да пайдаланылады; олар британдық теміржол пойыздарындағы электропневматикалық тежегіш жүйесінде толық сипатталған. 2005 жылы Солтүстік Америка мен Оңтүстік Африкада тұтқын қызметіндегі кен және көмір пойыздарында электропневматикалық тежегіштер сынақтан өтті. Жолаушылар пойыздарында көптен бері электр пневматикалық тежегіштің үш сымды нұсқасы бар, ол жеті деңгейге дейін тежеу күшін қамтамасыз етеді. Солтүстік Америкада Westinghouse Air Brake Company екінші дүниежүзілік соғыстан кейінгі бірнеше жолаушылар пойыздарына жоғары жылдамдықты басқаруға арналған тежегіш жабдықтарын жеткізді. Бұл электрлік басқарумен жұмыс істейтін, дәстүрлі D 22 жолаушы және 24 RL локомотивтерінің тежегіш құралдарына орнатылған қосымша жабдық болды. Дәстүрлі жағынан, басқару клапаны реле клапаны арқылы тежегіш цилиндрінің қысымын реттейтін көлемде эталондық қысымды орнатады. Электрлік жағынан, екінші тік ауа желісінің қысымы екі жолды қайтару клапаны арқылы реле клапанын басқарады. Бұл "тікелей ауа" желісі (әр вагондағы резервуарлардан) зарядталатын және әр вагондағы магниттік клапандар арқылы босатылатын, үш сымды желі арқылы электрлік түрде басқарылатын, ал одан әрі басқару локомотивіндегі электропневматикалық бас контроллерімен басқарылатын. Бұл контроллер тік ауа желісіндегі қысымды инженерлер клапанының өзін-өзі жауып алатын бөлігімен салыстырып, пойыздағы барлық "қосу" немесе "босату" магниттік клапандарын бір мезгілде ашуға сигнал береді, бұл тік ауа желісіндегі қысымды локомотивтен тікелей ауа беру арқылы мүмкіндігінше жылдам және біркелкі өзгертеді. Реле клапаны төрт диафрагмамен, магниттік клапандармен, электрлік басқару жабдықтарымен және оське орнатылған жылдамдық сенсорымен жабдықталған, сондықтан белгілі бір жылдамдықтан асып кеткенде толық тежеу күші қолданылады және поездті жұмсақ тоқтату үшін қадамдармен азайтылады. Әрбір ось тежегіштің бұғатталуына қарсы құрылғымен жабдықталған. Бұл комбинация тоқтау қашықтығын қысқартып, аялдамалар арасында жоғары жылдамдықта жүруге мүмкіндік береді. Жүйенің тікелей ауа (электр пневматикалық желі), бұғатталуға қарсы және жылдамдыққа қарай тежеуді реттеу бөліктері бір-біріне тәуелді емес, және осы опциялардың кез келгенін немесе барлығын жеке жеткізуге болады. Кейінгі жүйелер автоматты ауа тежегішін бүкіл пойызды айналатын электр сымымен алмастырады, және тежегіштерді босату үшін сымның энергиямен қамтамасыз етілуі керек. Ұлыбританияда бұл "пойыз сымы" деп аталады. Ол әртүрлі "губернаторлар" (ауа қысымымен басқарылатын коммутаторлар) арқылы бағытталады, олар компрессорлар, тежегіш құбырлар және ауа резервуарлары сияқты маңызды компоненттерді бақылайды. Сондай-ақ, егер пойыз бөлінген жағдайда сым үзіледі, бұл барлық қозғалтқыштардың өшірілуін және пойыздың екі бөлігінің де дереу апаттық тежегішті қолдануын қамтамасыз етеді. Жаңа инновациялар – электронды түрде басқарылатын пневматикалық тежегіштер, онда барлық вагондардың (вагон-локомотивтердің) тежегіштері жергілікті желі арқылы байланысады, бұл әр вагонның тежегіштерін жеке басқаруға және әр вагонның тежегіштерінің жұмысын бағалауға мүмкіндік береді.

Шектеулер

Westinghouse ауа тежегіш жүйесі өте сенімді, бірақ қателеспейтін емес. Автомобиль резервуарлары тежегіш құбырының қысымы резервуар қысымынан жоғары болғанда ғана қайта толтырылады. Ұзын пойыздың резервуарларын толық толтыруға едәуір уақыт қажет болуы мүмкін (кейбір жағдайларда 8-10 минут), осы кезде тежегіш құбырының қысымы локомотив резервуарының қысымынан төмен болады. Егер резервуарлар толық толтырылмастан тежегіштер қолданылуы керек болса, қажетті тежеу күшіне жету үшін тежегіш құбырының қысымын күрт төмендету қажет болады, себебі жүйе тепе-теңдіктің төменгі нүктесінен (жалпы қысымның төмендеуінен) басталады. Егер тежегіш құбырының қысымы бір-бірінен кейін қысқа уақыт аралығында бірнеше рет төмендетілсе ("тежегішті жаю" деп терей шолуда айтылады), автомобиль резервуарларының қысымы күрт төмендеп, тежегіш цилиндрі поршенінің күші едәуір азайып, тежегіштер істен шығуы мүмкін. Төмен беткейде бұл қашып кетуге әкеледі. Резервуардың қысымы төмендеп тежеу қабілеті жоғалған жағдайда, локомотив жүргізушісі әр вагонның қос бөлімді резервуарының авариялық бөлімі толық зарядталғандықтан, авариялық тежегішті қолдану арқылы басқаруды қайта қалпына келтіре алады – ол қалыпты жұмыс режиміндегі қысымның төмендеуіне әсер етпейді. Үш клапан тежегіш құбырының қысымының төмендеу жылдамдығы бойынша авариялық төмендеуді анықтайды. Сондықтан, егер тежегіш құбырынан жеткілікті мөлшерде ауа жылдам шығарылса, әр вагонның үш клапаны авариялық тежеуді іске қосады. Дегенмен, егер тежегіш құбырының қысымы тым төмен болса, авариялық тежеу үш клапанды іске қосу үшін жеткілікті ауа ағынын тудырмайды, нәтижесінде локомотив жүргізушісінің пойызды тоқтату құралы болмайды. Тежегіш қысымының жоғалуынан қашып кетуді болдырмау үшін динамикалық (реостатикалық) тежегіш қолданылуы мүмкін, бұл локомотивтерге пойызды баяулатуға көмектеседі. Көбінесе, қауіпсіз жылдамдықты сақтау және төмен беткейде вагондардың бірігіп қалуын қамтамасыз ету үшін динамикалық және пойыз тежегіштерін бірдей қолданатын біріктірілген тежеу жүйесі қолданылады. Осылайша, пойыздың кілті кенеттен толып, тарту құрылғысына зақым келмеу үшін, қызметтік және динамикалық тежегіштерді босату кезінде сақтық таныту қажет. Тежегіш қысымының төмендеуіне тағы бір шешім – екі құбырлы жүйе, ол көптеген локомотивтермен тасымалданатын жолаушылар вагондарына және көптеген жүк вагондарына орнатылған. Бұл жүйеде дәстүрлі тежегіш құбырына қосымша, локомотивтің негізгі резервуарынан тікелей ауамен толысатын негізгі резервуар құбыры бар. Негізгі резервуар – локомотивтің ауа компрессорының өнімділігі сақталатын орын және оны пайдаланатын барлық жүйелер үшін қысылған ауаның бастапқы көзі болып табылады. Негізгі резервуар құбыры локомотивпен үнемі қысымда ұсталатындықтан, автомобиль резервуарларын тежегіш құбырына тәуелсіз толтыруға болады, бұл құбырға кері ағынның алдын алу үшін кері клапан арқылы жүзеге асырылады. Бұл құрылым жоғарыда сипатталған қысымның жоғалуына байланысты туындайтын мәселелерді азайтуға көмектеседі, сонымен қатар тежегіштерді босатуға қажетті уақытты қысқартады, себебі тежегіш құбыры тек өзін-өзі қайта толтыруы керек. Негізгі резервуар құбырының қысымын пневматикалық есік операторлары немесе ауа серіппесі сияқты қосалқы жүйелерге ауа беру үшін де пайдалануға болады. Қазіргі таңдағы барлық жолаушылар пойыздарында (Ұлыбритания мен АҚШ-та) және көптеген жүк пойыздарында екі құбырлы жүйе орнатылған.

Апаттар

Әр вагонның екі шетінде бұрыштық крандар орнатылған. Бұл клапандар пойыз желісінен ауаны бөліп, вагонды ажырату үшін біріктіру шлангтарын түсіреді. Ауа тежегіші тек бұрыштық крандар ашық болғанда ғана жұмыс істейді, локомотивтің алдыңғы және пойыздың соңғы крандарынан басқа. Егер бұрыштық крандардың бірі кездейсоқ жабылып қалса, ауа тежегіші жұмыс істемей қалуы мүмкін. Бұл жағдайда, жабық краннан кейінгі вагондардың тежегіштері машинистің командасына жауап бермейді. Осыған ұқсас жағдай 1953 жылы Пенсильвания темір жолының Federal Express қатысқан апатында болды, сол кезде пойыз Вашингтонның Юнион станциясына қарай келе жатып қашып кетіп, жолаушылар күту залына соқтығысып, еденге құлады. Сол сияқты, Gare de Lyon темір жол апатында экипаж бір клапанды кездейсоқ жауып, тежеу күшін азайтты. Мұндай апаттардың алдын алу үшін қабылданған қауіпсіздік шаралары жеткілікті. Темір жолдар пойыз құрастыру кезінде немесе вагон қосылғанда ауа тежегіш жүйесін тексеру үшін үкімет бекіткен қатаң процедураларды сақтайды. Бұл әдетте ауа тежегіш шлангдарын қосуды, тежегіш жүйесін зарядтауды, тежегіштерді қоюды және тежегіштердің іске қосылғанын қолмен тексеруді, содан кейін тежегіштерді босатуды және тежегіштердің босатылғанын қолмен тексеруді қамтиды. Пойыздың соңғы вагонына ерекше назар аударылады, бұл қолмен тексеру арқылы немесе пойыздың соңғы құрылғысы арқылы жасалады, соның нәтижесінде тежегіш құбырының үздіксіздігіне пойыздың барлық бөлігінде кепілдік беріледі. Егер тежегіш құбыры үздіксіз болса, бір немесе бірнеше вагонның тежегіштері іске қосылмаса немесе босатылмаса, вагонның үш клапанының бұзылғаны байқалады. Ауа тестінің орнына, жөндеу мүмкіндіктеріне және пойыздағы жұмыс істемейтін тежегіштердің санына қатысты ережелерге байланысты, вагон жөндеуге жіберілуі немесе жөндеуге болатын келесі станцияға апарылуы мүмкін. Егер ауа тежегіш жүйесінде ақаулық (мысалы, ауа тежегіш шлангісінің жыртылуы) болса, ауа тежегіштері күтпеген жерден іске қосылып, басқа да апаттар болуы мүмкін. Мұндай жағдайдың мысалы 1900 жылдың 30 сәуірінде Миссисипи штатындағы Воган қаласында Иллинойс орталық темір жолының басты желісінде Джон Лютер "Кейси" Джонстың қазасына әкелген апатта көрінді.

Стандарттау

Қазіргі заманғы ауа тежегіші бастапқы ауа тежегіштен толыққанды түрде өзгеше, себебі үш клапанның құрылымында шамалы өзгерістер болды, олар әртүрлі нұсқалармен толық үйлесімді емес, демек оларды кезең-кезеңмен енгізу қажет. Дегенмен, әлемдік теміржолдарда қолданылатын негізгі ауа тежегіштерінің өте жоғары үйлесімділігі байқалады.

Вакуумдық тежегіштер

Ауа тежегіштің басты бәсекелесі – вакуумдық тежегіш, ол теріс қысыммен жұмыс істейді. Вакуумдық тежегіш ауа тежегішінен сәл қарапайым. Ауа компрессорының орнына бу машиналарында қозғалмалы бөліктері жоқ эжектор, ал дизельді немесе электрлік локомотивтерде механикалық немесе электрлік «ауа сорғыш» болады. Вагонның екі шетіндегі ажырату крандары қажет емес, себебі бос шлангтар монтаждау блогына сорылып жабысады. Дегенмен, вакуумдық жүйедегі максималды қысым атмосфералық қысымпен шектеледі, сондықтан барлық жабдық компенсация үшін әлдеқайда үлкен және ауыр болуы керек. Бұл кемшілік биік тауларда одан да күшейеді. Вакуумдық тежегішті қолдану және босату да өте баяу, бұл жүргізушіден жоғары білік пен алдын ала сезімталдық талап етеді. Керісінше, вакуумдық тежегіш бастапқыда біртіндеп босату мүмкіндігін берді, ал Westinghouse автоматты ауа тежегіші бастапқыда тек тікелей босату түрінде қолжетімді болды, ол әлі де жүк вагондарында кеңінен қолданылады. Вакуумдық тежегіштердің басты кемшілігі – ақауларды оңай табу мүмкін емес. Позитивті ауа жүйесінде, ауаның шығуынан ақау тез анықталады. Вакуумдық ақауды табу қиынырақ, бірақ оны жөндеу оңай, себебі резеңке (мысалы) бір бөлігін ақаудың үстіне байлап қойса, вакуум оны берік ұстап тұрады. Электровакуумдық тежегіштер Оңтүстік Африканың электрлік көп бірліктерінде сәтті қолданылған. Жоғарыда айтылғандай, үлкен және ауыр жабдық талап етілгеніне қарамастан, электровакуумдық тежегіштің өнімділігі заманауи электропневматикалық тежегіштерге жақын болды. Алайда, олар қайтадан қолданылмады.