Введение

Железнодорожный тормоз – это тип тормоза, используемый в вагонах железнодорожных составов для замедления, контроля скорости при движении под уклон или для удержания их неподвижными при стоянке. Хотя основной принцип схож с принципом работы тормозов в автомобильном транспорте, эксплуатационные характеристики более сложны из-за необходимости управления множеством соединенных вагонов и обеспечения эффективности на транспортных средствах, оставленных без тягового средства. Щечные тормоза – один из типов тормозов, исторически использовавшихся в поездах.

Позднейшая британская практика

В британской практике до 1930 года непрерывными тормозами оснащались только пассажирские поезда; грузовые и минеральные поезда двигались на более низкой скорости и полагались на тормозную силу локомотива и тендера, а также на тормозной вагон – тяжелое транспортное средство, размещаемое в конце состава и укомплектованное проводником. Грузовые и минеральные вагоны имели ручные тормоза, которые приводились в действие рычагом, управляемым работниками на земле. Эти ручные тормоза использовались при необходимости, когда вагоны стояли, а также при спуске поездов с крутых уклонов. Поезд останавливался перед началом уклона, и проводник шел вперед, чтобы зафиксировать рукоятки тормозов, обеспечивая частичное торможение во время спуска. Первоначально грузовые вагоны имели рукоятки тормозов только с одной стороны, но с 1930 года требовалось наличие рукояток с обеих сторон. Поезда, оснащенные только ручными тормозами, назывались "неоснащенными" (или "без сцепного тормоза") и использовались в Великобритании примерно до 1985 года. Около 1930 года были введены поезда с частичным оснащением, в которых грузовые вагоны, оборудованные непрерывными тормозами, располагались непосредственно за локомотивом, обеспечивая достаточную тормозную мощность для движения на более высоких скоростях, чем у неоснащенных поездов. В ходе испытаний в январе 1952 года поезд из 52 вагонов общим весом 850 тонн прошел 204 км со средней скоростью, по сравнению с обычной максимальной скоростью для грузовых поездов без сцепного тормоза на главной линии Мидленда. В 1952 году вакуумными тормозами были оснащены 14% открытых вагонов, 55% крытых вагонов и 80% скотовозов. В первые годы эксплуатации дизельных локомотивов к локомотиву прицеплялся специально построенный тормозной тендер для увеличения тормозного усилия при буксировке неоснащенных поездов. Тормозной тендер был низким, чтобы машинист мог видеть путь и сигналы впереди, даже если тормозной тендер толкался впереди локомотива, что часто и происходило. К 1878 году в различных странах было зарегистрировано более 105 патентов на тормозные системы, большинство из которых не получили широкого распространения.

Непрерывные тормоза

По мере увеличения нагрузки, уклонов и скорости поезда, торможение становилось все более серьезной проблемой. В конце XIX века стали появляться значительно более эффективные непрерывные тормоза. Самым ранним типом непрерывного тормоза был цепной тормоз, который использовал цепь, проходящую вдоль всего поезда, для одновременного приведения в действие тормозов на всех вагонах. Цепной тормоз вскоре был вытеснен тормозами, работающими от воздуха или вакуума. Эти тормоза использовали шланги, соединяющие все вагоны поезда, что позволяло машинисту включать или выключать тормоза одним клапаном в локомотиве. Непрерывные тормоза могут быть простыми или автоматическими, и основное различие между ними заключается в том, что происходит, если поезд отсоединится. В простых тормозах для включения тормозов требуется давление, и вся тормозная сила теряется, если непрерывный шланг обрывается по какой-либо причине. Таким образом, простые неавтоматические тормоза бесполезны в действительно критических ситуациях, что продемонстрировала железнодорожная катастрофа в Армаге. Автоматические тормоза, напротив, используют давление воздуха или вакуума для удержания тормозов в разомкнутом состоянии за счет резервуара, установленного на каждом вагоне, который автоматически включает тормоза при потере давления/вакуума в тормозной магистрали. Автоматические тормоза, таким образом, в значительной степени "безопасны в случае отказа", хотя негерметичность кранов шлангов может приводить к авариям, таким как авария на вокзале Гар де Лион. Стандартный воздушный тормоз Уэстингхауса имеет дополнительное преимущество в виде тройного клапана и местного резервуара на каждом вагоне, что позволяет полностью включать тормоза даже при небольшом снижении давления воздуха, а также сокращает время отпускания тормозов, поскольку не все давление сбрасывается в атмосферу. Неавтоматические тормоза по-прежнему используются на локомотивах и первых нескольких вагонах, поскольку они позволяют управлять всем поездом без необходимости включать автоматические тормоза.

Механический тормоз

Большинство тяговых единиц, пассажирских вагонов и некоторых грузовых вагонов оснащены парковочным тормозом ручного управления (ручным тормозом). Он действует непосредственно (механически) на тормозную систему транспортного средства. Активация такого тормоза предотвращает вращение колес независимо от пневматического тормоза и поэтому подходит для фиксации припаркованных вагонов и пассажирских вагонов от самопроизвольного движения. Для этой цели могут использоваться только механические тормоза, поскольку удерживающая сила пневматических тормозов может уменьшиться из-за неизбежных утечек. Существует два типа. Ручной тормоз, который можно приводить в действие находясь внутри транспортного средства, используется, во-первых, для предотвращения его скатывания, а во-вторых, для регулирования скорости при некоторых маневровых операциях и для остановки поезда в случае отказа автоматического тормоза. Обычно он выполнен в виде винтового тормоза и приводится в действие с тормозной площадки или, в случае пассажирских вагонов, изнутри вагона, как правило, из тамбурного узла. На грузовых вагонах UIC этот тормоз выделен белой рамкой (белым цветом, как и остальная тормозная маркировка, либо черным на белом или светлоокрашенном фоне). Ручные тормоза на тендерах и танк-локомотивах часто выполнены в виде противовесного тормоза. Ручной парковочный тормоз предназначен только для фиксации статических железнодорожных транспортных средств от скатывания. Он может быть выполнен в виде рулевого колеса или пружинного тормоза, а органы управления на грузовых вагонах обозначены красными рамками. На зубчатых железных дорогах часто устанавливается храповый тормоз, зависящий от направления движения. Он тормозит только при движении вниз по склону. При движении вверх приложенный храповый тормоз освобождается храповым механизмом и предотвращает откатывание поезда назад.

Воздушные и вакуумные тормоза

В начале XX века многие британские железные дороги использовали вакуумные тормоза, а не железнодорожные воздушные тормоза, применявшиеся в большинстве стран мира. Главным преимуществом вакуумных тормозов было то, что вакуум можно создать с помощью парового эжектора без движущихся частей (который мог приводиться в действие паром паровоза), в то время как для системы воздушного тормоза требовался шумный и сложный компрессор. Однако воздушные тормоза могут быть значительно эффективнее вакуумных при заданном размере тормозного цилиндра. Компрессор воздушного тормоза обычно способен создавать давление, в то время как для вакуумных тормозов достигается лишь давление вакуума. В вакуумной системе максимальная разница давлений равна атмосферному давлению (на уровне моря, уменьшающемуся с высотой). Поэтому система воздушного торможения может использовать гораздо меньший тормозной цилиндр, чем вакуумная, для создания той же тормозной силы. Это преимущество воздушных тормозов возрастает на больших высотах, например, в Перу и Швейцарии, где вакуумные тормоза до сих пор используются на второстепенных железных дорогах. Значительно более высокая эффективность воздушных тормозов и отказ от паровозов привели к их повсеместному распространению; однако вакуумные тормоза все еще используются в Индии, Аргентине и Южной Африке, но их применение будет сокращаться в ближайшем будущем. См. Jane's World Railways. Визуально системы различаются тем, что воздушные тормоза работают под высоким давлением, и воздушные шланги на концах вагонов имеют небольшой диаметр, в то время как вакуумные тормоза работают под низким давлением, и шланги на концах вагонов имеют больший диаметр. Воздушные тормоза на крайних вагонах поезда отключаются с помощью крана. Вакуумные тормоза на крайних вагонах поезда герметизируются фиксированными заглушками ("обманками"), на которые надевается открытый конец вакуумного трубопровода. Герметизация обеспечивается вакуумом при помощи резиновой прокладки, а штифт удерживает трубопровод на месте при падении вакуума во время торможения.

Улучшения воздушных тормозов

Одним из усовершенствований автоматического воздушного тормоза является наличие второго воздушного шланга (главной магистрали или основной линии) вдоль состава для подзарядки воздушных резервуаров каждого вагона. Это давление воздуха также может использоваться для привода дверей погрузки и разгрузки на вагонах для перевозки пшеницы, угля и балласта. На пассажирских вагонах главная магистраль используется также для подачи воздуха к приводам дверей и пневмоподвеске.

Пневматические тормоза с электронным управлением

Электронно управляемые пневматические тормоза (ЭУПТ) – американская разработка конца XX века, предназначенная для работы с очень длинными и тяжелыми грузовыми поездами, и являются дальнейшим развитием EP-тормозов с ещё более высоким уровнем управления. Кроме того, информация о состоянии тормозов каждого вагона передается на панель управления машиниста. В системе ЭУПТ от локомотива к последнему вагону прокладывается линия электропитания и управления. Электрические управляющие сигналы распространяются практически мгновенно, в отличие от изменения давления воздуха, скорость распространения которого ограничена сопротивлением воздушного потока в трубопроводах и, следовательно, значительно ниже. Это позволяет одновременно приводить в действие тормоза всех вагонов, и даже – от задней части поезда к передней. Это предотвращает рывки и толчки вагонов, снижает тормозной путь и уменьшает износ оборудования. В Северной Америке доступны две марки ЭУПТ: New York Air Brake и Wabtec. Эти два типа взаимозаменяемы.

Возвратность

Соединения тормозов между вагонами могут быть упрощены, если вагоны всегда ориентированы в одном направлении. Исключение будет сделано для локомотивов, которые часто поворачиваются на поворотных кругах или треугольниках. На новой железной дороге Фортескю, открытой в 2008 году, вагоны эксплуатируются группами, хотя их направление меняется на разворотном кольце в порту. Соединения ЭЦП расположены только с одной стороны и являются односторонними.