Westinghousen ilmajarru on nimi, joka annetaan rautatiejarrujärjestelmille , jotka käyttävät toiminnassaan paineilmaa .
George Westinghouse patentoi ensimmäisen luotettavan ( automaattisen ) ilmajarrujärjestelmän 5. maaliskuuta 1872 . Westinghousen keksintö oli todella vallankumouksellinen rautateillä, tarjoten luotettavan jarrutuksen, mikä puolestaan laajensi nopeusaluetta, jolla noiden vuosien junat pystyivät liikkumaan. Westinghouse ehdotti myös monia lisäyksiä keksintöönsä, mikä mahdollisti sen soveltamisen monenlaisiin automaattisiin jarrujärjestelmiin. Vuonna 1893 Yhdysvaltain kongressi jopa hyväksyi erityisen Railroad Safety Appliance Act -lain , joka teki tällaisten järjestelmien käytön pakolliseksi. Pelkästään Yhdysvalloissa vuoteen 1905 mennessä yli 2 miljoonaa rahti-, matkustaja-, posti- ja matkatavaravaunua sekä noin 89 000 veturia oli varustettu automaattisilla Westinghouse-jarruilla.
Yksinkertaisimmassa ilmajarrujärjestelmässä, jota kutsutaan suoravaikutteiseksi järjestelmäksi (tai suoravaikutteiseksi jarruksi ), paineilma painaa sylinterissä olevaa mäntää . Mäntä on kytketty jarrukenkään , joka hankaa vaunun tai veturin pyörää ja saa sen pysähtymään. Paineilma syötetään veturin kompressorilla vaunusta vaunuun erityisen jarrujohdon (putkijärjestelmän) kautta, joka kulkee koko junan läpi ja jossa on joustavat sisäkkeet vaunujen välissä . Tällaisen järjestelmän perusongelma on, että jos johdon tai sen liitäntöjen tiiviys rikkoutuu , järjestelmän paine laskee, eikä se välttämättä riitä luotettavaan jarrutukseen, mikä voi johtaa onnettomuuteen. Suoravaikutteisia järjestelmiä käytetään vain vetureissa, niissä on kaksipiirikaavio, jolloin jokaisella telillä on oma itsenäinen piirinsä.
Tämän suoravaikutteisten järjestelmien puutteen korjaamiseksi Westinghouse ehdotti, että jokainen auto varustettaisiin ilmasäiliöllä sekä erityisellä "kolmoisventtiilillä", jota kutsutaan myös ohjausventtiiliksi.
Usein sanotaan, että "kolmoisventtiili" on nimetty, koska se suorittaa kolme toimintoa. Itse asiassa tämä on myytti, koska sillä on vain kaksi tehtävää: se käyttää voimaa jarruihin ja vapauttaa ne. Tietenkin rinnakkain se suorittaa muita asiaan liittyviä toimintoja, esimerkiksi ylläpitää voimaa tai antaa ilmasäiliön täyttyä vapautettaessa. Pääpatenttissaan Westinghouse viittaa "kolmoisventtiilijärjestelyyn", koska se koostuu kolmesta osasta: venttiiliventtiilistä, joka syöttää ilmaa säiliöstä jarrusylintereihin, säiliön täyttöventtiilistä ja venttiilistä, joka vapauttaa jarrusylinterit.
Järjestelmän toimintaperiaate on seuraava:
Toisin kuin suoravaikutteisissa järjestelmissä, Westinghouse-järjestelmä käyttää linjapaineen laskua jarrutuksen käynnistämiseen. Kun kuljettaja tarvitsee hidastaa vauhtia, hän avaa junan ilmajohdon ilmakehään yhdistävän jarruventtiilin, linjan paine laskee ja autojen jarrusylinterit aktivoituvat. Jos venttiili suljetaan, veturin kompressori palauttaa paineen linjaan, paine nousee, vaunujen jarrusylinterit avautuvat ilmakehään vapauttaen jarrut ja lataamalla säiliöitä.
Siten Westinghouse-järjestelmästä tulee luotettava - loppujen lopuksi kaikki lentolinjan vauriot missä tahansa sen osissa, mukaan lukien niin vakavat kuin junan rikkoutuminen, aiheuttavat välittömän koko junan pysähtymisen. Siksi Westinghouse-jarrua kutsutaan automaattiseksi .
Nykyaikaiset ilmajarrujärjestelmät koostuvat kahdesta osasta:
Normaalitilassa kuljettaja vähentää painetta linjassa tietyllä määrällä. Kestää muutaman sekunnin ennen kuin paine linjassa laskee ja muutaman sekunnin vielä ennen kuin jarrut toimivat koko junan ajan. Mutta hätäjarrutuksessa linja on kytketty suoraan ilmakehään, mikä johtaa kaikkien jarrusylintereiden välittömään toimintaan. Samassa tilassa järjestelmä toimii, jos tien eheys rikkoo tai muu onnettomuus rikkoo.
Järjestelmän hätäkäytön ongelman asettaminen lisää siihen yhden komponentin. Kolmoisventtiili on jaettu kahteen osaan: vakio, käytetään normaalitilassa, ja hätä, joka reagoi jyrkäseen paineen laskuun ilmalinjassa. Ilmasäiliö on myös jaettu kahteen osaan - vakio- ja hätätilanteeseen. Tällaista säiliötä kutsutaan "kaksiosastoiseksi". Normaalikäytössä jarrusylintereihin syötetään painetta vain tavallisesta osastosta, kun taas hätäjarrutuksessa molemmat kytketään päälle ja jarrutusvoima kasvaa 20-30%.
Kolmoisventtiilin hätäosa laukeaa erittäin nopeasta painehäviöstä linjassa. Koska junat ovat yleensä pitkiä ja radan halkaisija suhteellisen pieni, jarrutusvoima on huomattavasti suurempi junan kärjessä (kuljettajan käynnistämässä hätäjarrutuksessa) tai radan katkeamisen alueella. Jarrujen epätasaisen toiminnan välttämiseksi junan pituudella jokaisen auton kaasupoljin, kun se aktivoituu, tuottaa ylimääräisen paineen alenemisen linjaan.
Sähköpneumaattiset jarrut (EPB) ovat uudentyyppisiä ilmajarruja, jotka varmistavat, että kaikkia jarrujärjestelmiä käytetään samanaikaisesti koko junassa, toisin kuin perinteiset jarrut, jotka toimivat peräkkäin jarrutuksen tai loma-aallon kulkiessa radalla. Tällä hetkellä EPT:t liikennöivät entisen Neuvostoliiton maiden matkustajajunissa, monien maiden lähijunissa testataan Pohjois-Amerikassa ja Etelä-Afrikassa malmia ja hiiltä kuljettavissa junissa. On myös näyttöä siitä, että tällaisia jarruja käytettiin 1980-luvun lopulla nopeissa ICE-junissa Saksassa.
Neuvostoliiton EPT:t ovat ei-automaattisia, niiden tyypin 305 sähköinen ilmanjakaja (EVR) on koottu yhdeksi yksiköksi tyypin 292 ilmanjakajalla (modernisoitu kolminkertainen Westinghouse-venttiili), niiden väliin on asennettu kytkentäventtiili, joka yhdistää jarrusylinteriin se ilmanjakaja , joka antaa enemmän painetta. Tämä mahdollistaa junan pysäyttämisen tavanomaisella automaattijarrulla EPT:n vian sattuessa. EPT-piiri on kaksijohtiminen: ensimmäinen johdin on pääjohdin, siihen on kytketty EVR 305 ja toinen on ohjaus, se on kytketty viimeisen auton pääjohtoon ja ohjausvirta palautetaan veturi sen läpi, mikä vahvistaa EPT-piirin eheyden. EVR-s:n toinen lähtö on maadoitettu (kytketty runkoon) ja toimiva jarruvirta palautetaan veturiin kiskoja pitkin.
Ulkomailla matkustajajunissa oli pitkään kolmijohtiminen sähköpneumaattiset jarrut, jotka mahdollistivat jarrutusvoiman asettamisen yhdelle seitsemästä tasosta. Useimmissa tapauksissa tällaisen järjestelmän luotettavuus ei ole riittävä, koska johtimiin on syötettävä jännite jarrutusvoiman aikaansaamiseksi, mutta useimmissa tapauksissa tällainen järjestelmä voi toimia onnettomuudessa myös perinteisen ilmajarrun tavoin. Myöhemmissä järjestelmissä ohjaus tapahtui johdolla, jossa pidettiin jatkuvasti vakiojännitettä jarrujen vapauttamiseksi.
Viime aikoina on otettu käyttöön elektronisesti ohjatut jarrujärjestelmät, joissa kaikki vaunut on yhdistetty lähiverkolla, jolloin veturin tietokone pystyy ohjaamaan jokaista jarrua erikseen sekä vastaanottamaan erikseen tietoa kunkin järjestelmäkomponentin tilasta.
Ilmajarru ei välttämättä toimi, jos ilmalinjan venttiili on kiinni jossakin autossa. Tämä johtaa siihen, että suljetun venttiilin takana olevien autojen jarrut eivät pysty reagoimaan paineen muutoksiin linjassa. Oli tapauksia, joissa tämä johti vakaviin onnettomuuksiin ( katastrofi Kamenskajan asemalla , rautatieonnettomuus Lyonin rautatieasemalla , onnettomuus Tšeljabinskin alueella 11. elokuuta 2011 ).
Tällaisten tapausten estämiseksi toteutetaan erityisiä suojatoimenpiteitä. Kaikilla rautateillä on tiukat, erityislainsäädännöllä säädetyt säännöt junien tarkastamisesta ennen matkaa. Näitä toimenpiteitä sovelletaan kaikissa vaiheissa - autojen ilmalinjojen ja lataustankkien liittämisestä toiminnan tarkastukseen ja jokaisen jarrun vapauttamiseen koko junassa. Erityistä huomiota kiinnitetään viimeiseen koriin, veturin johdon läpikulku tarkistetaan erityisellä laitteella tai manuaalisesti avaamalla viimeisen auton päätyventtiili, kun taas kuljettajan on vahvistettava, että hän näkee paineen laskun painemittarissa , ja sävellyksestä kuuluu terävä kaasupolkimien ääni ja välillä näkyy jopa kuinka kaasupolkimesta tuleva ilma puhaltaa pölyä auton alle.
Jos ilma virtaa koko junan pituudelta, mutta yksittäisen auton jarrut eivät toimi, sen kolmoisventtiili on viallinen. Riippuen korjaamoiden saatavuudesta sekä junan toimimattomien jarrujen määrää koskevasta lainsäädännöstä, tällainen vaunu voidaan poistaa käytöstä välittömästi tai lähettää korjattavaksi lähimpään käytettävissä olevaan paikkaan. Lisäksi linjan eheys tarkistetaan ennen lähtöä asettamalla hanan kahva lyhyesti ylilatausasentoon (ensimmäinen), kun taas linjan paineen nousunopeuden perusteella voidaan arvioida sen tilavuutta - mitä nopeammin paine kasvaa, sitä lyhyempi linja. Pitkissä tavarajunissa paine ei juuri nouse, mutta jos nousu on liian nopea (paine nousee rajalle muutamassa sekunnissa), niin jarruputki on lyhyt - lyhyt juna tai päätyventtiilin sulkeminen ensimmäisessä osa junaa.
Toinen mahdollinen toimintahäiriö on jarrupalojen väärä valinta, joka voi ylikuumentua ja lakata toimimasta pitkässä rinteessä. Tällainen tapaus tapahtui 30 kilometrin laskeutumisessa Katoomba kaupungin ja Sydneyn Emu Plainsin esikaupungin välillä Australiassa . Juna menetti hallinnan, eikä onnettomuus sattunut vain onnen sattumalta.
Nykyaikainen ilmajarru eroaa alkuperäisestä kolmoisventtiilin suunnittelun erilaisten muutosten vuoksi, jotka eivät ole täysin yhteensopivia keskenään. Ilmajarrujen perusperiaate on kuitenkin sama kaikkialla maailmassa.
| Rautateiden liikkuvan kaluston jarrut | |
|---|---|
| Jarrujärjestelmän elementit | |
| Terminologia |
|
| jarrut | |
| Jarrujärjestelmien keksijät | |