Frână automată

Frâna de aer automat este un sistem de frânare pentru aer comprimat inventat de George Westinghouse în 1872 și utilizat pe toate treptele de viteză și trenuri de azi. Se bazează pe un principiu de siguranță care permite eliberarea frânelor numai atunci când este presurizată și fără deteriorări. În caz contrar (cuplare ruptă, scurgere semnificativă etc.), scăderea presiunii face ca frânele să fie aplicate automat și să oprească trenul, se spune că frâna este automată. Pentru a circula pe rețeaua feroviară franceză, frâna trebuie să fie automată, continuă, moderată și inepuizabilă.

Descriere

CFA.svg

Orice locomotivă , vagon , set de trenuri autopropulsate sau cap tractor, este echipată cu o unitate de producere a aerului comprimat . Această energie este utilizată pentru a aplica forța de frână pantofi , ci , de asemenea , pentru a transmite instrucțiunea de frânare la ansamblul trenului. Mecanicul de tren își reglează frânarea reglând o presiune numită CG / CFA pe supapă . La 5 bari (presiune de funcționare) frânele sunt eliberate; când presiunea scade mai mult de 1,5 bari în CG / CFA, frânele sunt acționate complet.

Conducta CG / CFA (cunoscut sub numele de frâna automată (CFA) sau frâna automată generală (CGFA sau CG)) - în albastru pe diagrama - ruleaza prin trenul de la un capăt la altul și este alimentat prin valva unui mecanic de (la negru partea roșie a grupului de producție a aerului). Acest lucru permite variația presiunii în conducta CG de la 0 la 5 bari. O automatizare de urgență (semnal de alarmă etc.) poate, de asemenea, aerisi conducta CG / CFA în atmosferă și astfel poate genera o frânare maximă (frânare de urgență)

De obicei, o a doua linie de aer AC / CP (mai mare de 7 bari) furnizată de unitatea de producție a aerului este de asemenea direcționată de-a lungul trenului.

Distribuitorii Westinghouse - reprezentați prin discuri negre în diagramă - sunt instalate pe vehicule: vor provoca alimentarea cilindrilor de frână în timpul unui vid în conductă. Aerul utilizat pentru alimentarea cilindrilor de frână provine, în cea mai simplă versiune, dintr-un rezervor auxiliar - prezentat în maro - furnizat de CFA / CGFA / CG, adică se umple până la presiunea de funcționare (5 bari, 506,6 kPa) când frânele sunt eliberate. Distribuitorul traduce instrucțiunile CG / CFA într-o presiune în cilindrii de frână .

Se spune că frâna este automată atunci când absența energiei în controlul său (indiferent dacă este electrică sau pneumatică) este cea care produce cel mai conservator rezultat, aplicarea frânelor.

Se spune că frâna este moderată atunci când este posibilă ajustarea oricărei valori a presiunii la cilindrii de frână.

Se spune că frâna este continuă, deoarece linia CG / CFA controlează toate ansamblurile de frână (distribuitor, cilindru de frână) prezente pe fiecare vehicul din tren.

Se spune că frâna este inepuizabilă atunci când controlul aplicării frânei precede neapărat epuizarea energiei pneumatice necesare frânării.

Compoziția unui tren trebuie să poată fi modificată (cu excepția trenurilor rigide, cum ar fi anumite vagoane și vagoane ); de supapele de oprire , prin urmare , sunt plasate la capetele vehiculelor la „termina“ CFA / CGFA / CG , fără a le pune în aer liber, provocând o scurgere de frânare al acestuia din urmă.

Distribuitor

Supapa controlată sub presiune CFA / CGFA / CG (mecanicul de tren ajustează punctul de referință de frânare acționând asupra acestuia) furnizează presiunea dorită cilindrilor de frână (se spune că frâna este moderată). Legea controlului este inversată: o creștere a presiunii CFA / CGFA / CG scade frânarea, o scădere crește frânarea. Forța maximă de frânare este aplicată imediat ce presiunea CG scade cu mai mult de 1,5 bar.

Diagrama unui distribuitor

Pentru a elibera frânele, șoferul aplică presiunea de funcționare (5 bari) în linia CFA / CGFA / CG (2). Supapele (3) și (5) se deschid atâta timp cât rezervorul auxiliar (1) și rezervorul de comandă (4) nu au atins presiunea de funcționare; presiunea din (A) și (B) este identică, orice presiune prezentă în (C) ar împinge tija goală în jos, ceea ce ar pune cilindrul de frână (6) în atmosferă prin intermediul tijei goale. Frânele sunt bine eliberate.

Dispozitivul de egalizare (3) joacă un rol important în cuplarea frânei. Pentru a închide, această supapă este sensibilă la viteza de cădere a CFA / CGFA / CG. Când presiunea Pc a rezervorului de comandă este egală cu presiunea PCG CG, cele două camere ale supapei 3 comunică printr-o tijă calibrată. Dacă presiunea CG scade foarte încet, căderea de presiune introdusă prin orificiul calibrat va fi scăzută și, prin urmare, cele două camere vor fi la aceeași presiune, supapa va rămâne deschisă. Nu va avea loc nicio frânare, aceasta se numește insensibilitate a distribuitorului. Pe de altă parte, dacă căderea de presiune CG este clară, căderea de presiune datorată găurii calibrate va determina o diferență de presiune Pc> PCG suficientă pentru a muta tija spre dreapta. Supapa este închisă, frâna este cuplată, este sensibilitatea distribuitorului. Presiunea Pc este astfel memorată.

Când presiunea din conductă scade (cerere de strângere), pe de o parte supapa de reținere (5) și dispozitivul de egalizare (3) vor împiedica propagarea vidului în rezervoarele auxiliare și de control; pe de altă parte, o diferență de presiune între camerele (A) și (B) ale dispozitivului principal va determina deplasarea tijei goale a aceluiași dispozitiv principal, deoarece se sprijină pe o membrană (în negru) care separă aceste două camere . În timp ce urcă, tija va împinge supapa din partea superioară a dispozitivului principal și va permite comunicația între camerele (C) și (D), astfel cilindrul de frână va fi alimentat cu aerul din rezervorul auxiliar (în plus tija goală fiind împotriva supapei, aerul nu mai poate scăpa în atmosferă). Această situație va dura până când presiunea din cameră (C) este suficientă pentru a împinge înapoi tija goală; presiunea pe cilindrul de frână va fi apoi presiunea dorită. Scurgerile sunt compensate deoarece, în acest caz, presiunea din camera (C) nu va mai fi suficientă pentru a menține tija goală în echilibru și va fi alimentată din nou.

Distribuitorul încorporează un limitator de presiune maximă (care nu este prezentat în diagramă), astfel încât pentru orice depresiune mai mare de 1,5 bar (în raport cu presiunea de control (A)) presiunea la cilindrul de frână va rămâne la valoarea sa maximă (3,8 bară conform UIC)

La eliberare, sistemul va fi dezechilibrat în direcția opusă, iar tija goală va permite ventilarea cilindrului de frână într-un nou echilibru (atunci când presiunea corespunde presiunii dorite).

În interiorul distribuitorului, duzele sunt introduse și calibrate pentru a respecta timpii bine definiți pentru umplerea și golirea cilindrilor de frână cu un volum dat. Cilindrii cu volum diferit nu vor oferi aceleași timpi de răspuns. Există o clasă de așa-numiții distribuitori universali ale căror timpi de răspuns rămân aceiași indiferent de volumul cilindrilor de frână. Această funcție se obține prin adăugarea unui releu pneumatic (partea de control a releului menține un volum constant).

La începutul frânării, CG-ul este canalizat către un buzunar al acceleratorului (rezervor mic din distribuitor) de un dispozitiv (care nu este prezentat în diagramă) numit accelerator de golire CG. Umplerea acestui buzunar face ca CG să cadă scurt și rapid, ceea ce propagă rapid acest impuls în conducta CG de-a lungul trenului. Odată ce geanta este plină, așteptați resetarea frânei pentru a reseta acest dispozitiv.

Robinetul mecanicului

Alimentat de CP / CP, supapa mecanicului este moderată și, prin urmare, permite reglarea precisă a presiunii în linia CG / CFA.

Conducta CG / CFA nu poate fi complet etanșă. Supapa mecanicului compensează scurgerile mici tolerabile în CG / CFA. Garantează o presiune stabilă pe toată gama de reglare. Pe de altă parte, debitul său este limitat: pentru scurgeri mai mari, care nu le pot compensa, presiunea CG / CFA scade. Ca rezultat, frâna este declanșată și automatitatea frânei este asigurată (a se vedea, de asemenea, sensibilitatea / insensibilitatea distribuitorului, care previne frânarea nedorită).

Din motive de siguranță, alimentarea conductei se poate face doar la un moment dat. Într-adevăr, dacă ar fi făcută în mai multe locuri, depresiunea controlată dintr-un punct A ar fi anulată de sursa de alimentare menținută constantă în punctul B.

Se poate face în diferite moduri:

Robinetul mecanicului

Șoferul are șase poziții pentru a varia presiunea CG / CFA.

Supapa mecanicului electro-pneumatic

O unitate electropneumatică joacă același rol ca o supapă, dar este controlată de impulsuri electrice (strângere sau slăbire) și efectuează variațiile de presiune necesare în conductă.

Puterea permanentă

Frâna automată nu servește ca frână de serviciu; de exemplu la vehiculele autopropulsate clasice din Belgia (puterea este furnizată prin intermediul unei electrovalve EMV420). Poate fi folosit doar ca frână de urgență prin aerisirea CG / CFA. Asigură automatitatea sistemului în cazul în care frâna de serviciu este directă (frână electro-pneumatică directă).

Asistență electropneumatică

Distribuitor de frână EP.svg

Deoarece controlul CG este pur pneumatic, viteza sa de propagare de la cap până la coada trenului poate pune probleme de performanță pe convoiurile mari. Pentru a depăși această problemă, producătorii au echipat vehicule cu frâne indirecte EP / FEP (pentru electro-pneumatice) pentru a permite transmiterea mai rapidă a depresiunilor și realimentarea de-a lungul convoiului. Este o asistență electro-pneumatică a CG care face orice variație a CG-ului simultan pe toată lungimea trenului.

Pentru a oferi această asistență, o a doua linie de aer AC / CP furnizată de compresorul trenului trebuie direcționată alături de tren. Pe fiecare vehicul, o electrovalvă de umplere și o electrovalvă de scurgere corectează local valoarea CG conform instrucțiunilor date de supapa mecanicului. Electrovana de umplere este alimentată de CA / CP printr-un regulator setat la 5 bari; rezervoarele tampon sunt de asemenea instalate în fiecare vehicul pentru a evita scăderile bruște ale presiunilor CA / CP.

Funcționează folosind trei fire electrice  : strângerea (firul inferior în diagramă), slăbirea (firul superior) și împământarea (firul central) și necesită prezența unei linii de alimentare (AC).: Aceasta (în roșu pe diagramă) furnizează aer de înaltă presiune (6 până la 9 bari) către diferitele vehicule din convoi, aer care este, de asemenea, utilizat pentru funcționarea ușilor automate, suspensiilor pneumatice etc.

Marea majoritate a echipamentelor pentru pasageri este echipată cu frâna EP. Pentru a evita reacțiile în tren, acesta trebuie utilizat numai atunci când toate vehiculele sale sunt echipate.

Strângere

La strângere, un impuls electric este trimis la firul de strângere de către supapa de frână sau unitatea electro-pneumatică; pe fiecare vehicul, electrovana de strângere este apoi alimentată, ceea ce pune CFA / CGFA / CG în atmosferă; astfel presiunea din această conductă scade, mai repede decât dacă vidul ar fi trebuit să se răspândească fizic, iar frânele pot fi, de asemenea, aplicate mai repede.

Slăbirea

La slăbire, este trimis un fir electric pe firul de slăbire; este electrovalva de eliberare care este alimentată și permite alimentarea CFA / CGFA / CG de la AC (linia de alimentare).

Defecțiuni și riscuri ale frânei automate

Epuizare

În timpul strângerii prelungite, presiunea din rezervorul auxiliar al distribuitorului va scădea (datorită scurgerilor ușoare prezente și tolerate în mod normal). Ca rezultat, diferența de presiune dintre acest rezervor și CFA / CGFA / CG va fi redusă, iar distribuitorul, funcționând normal, va reduce presiunea asupra cilindrului de frână. Astfel, încetul cu încetul, frâna își va pierde eficacitatea; se spune că este epuizat .

De asemenea, dacă reîncărcarea nu este menținută suficient de mult timp după frânare, rezervorul auxiliar (cel care conține aerul care intră în cilindrul de frână pentru a permite frânarea) nu va avea timp să se umple corect. De asemenea, presiunea trimisă cilindrului va scădea în caz de frânare consecutivă sau chiar va deveni aproape zero, prevenind apoi orice strângere.

Regulamentele feroviare prevăd măsuri care trebuie luate pentru a evita aceste situații.

Pierderea și lipsa continuității

Problema poate apărea pe parcurs dacă supapa de închidere se închide (chiar dacă această eventualitate este foarte puțin probabilă), partea convoiului situată după această supapă nu mai este frânată.

Prin urmare, am echipat aceste robinete de oprire cu o gaură de scurgere, punând partea „externă” (partea cuplajului, nu partea vehiculului) a țevii în atmosferă; partea din spate a convoiului va fi astfel frânată (chiar dacă partea din față va putea continua, va fi frânată normal).

În timpul formării trenului , este de asemenea posibil ca cuplajul să uite să deschidă supapele de frână prezente la fiecare capăt al vagoanelor și al vagoanelor, privându-le pe cele situate după tăierea frânării. Acesta este unul dintre defectele pe care diferitele teste de frână încearcă să le detecteze.

Izolarea frânei

Numim conducerea albă faptul că un vehicul încorporează CFA / CGFA / CG, dar nu include echipamentul de frânare (deci nu este frânat).

Aceste cazuri sunt destul de rare (sunt cel mai adesea consecința îndepărtării echipamentului de frână sau scoaterea acestuia, în așteptarea reformei (distrugerii) sau a revizuirii). Dar ne putem găsi într-un caz echivalent atunci când izolăm complet un vehicul (după o blocare totală a frânei, de exemplu): numim apoi acest caz „vehicul izolat” (în sensul că nu există frânare, ci echipament prezent).

Problema cu acest vehicul („izolat” sau în „conducere albă” care nu este frânată și plasată în coadă (ultimul vehicul)) este că nu se oprește în cazul unei ruperi a cuplajului la înălțimea sa. Acesta este motivul pentru care este plasat penultim sau în corpul trenului atunci când este planificată încorporarea acestuia. Acest lucru este pentru a preveni, atunci când convoiul se află pe o rampă (urcare) și se produce o ruptură, acesta nu coboară panta în direcția opusă prin gravitație, fenomen denumit „drift” care reprezintă un risc major pentru siguranța traficului. Acest vehicul nefrânat și dacă acesta este ultimul (în cazul accidental al nefuncționării pe traseu) este, prin urmare, amânat (retras) sau reclasificat la prima stație pentru a-l repune în penultima poziție (cel puțin) sau în caroserie a trenului, dacă este posibil. Astfel, în cazul unei cuplări rupte pe acest vehicul, acesta este frânat de vagonul din spatele acestuia sau de restul convoiului care îl succede.

Prin urmare, protecția împotriva derivei este prevăzută în reglementări.

Alternative

Frână directă

Frână directă.svg

Frâna directă este cel mai simplu sistem imaginabil: aerul trimis de la o supapă presurizează direct cilindrul (cilindrii) de frână printr-o linie de frână directă . Dezavantajele sunt, desigur, absența automatității (o scurgere care induce eliberarea frânelor nu este compensată automat) și presiunile mai mici utilizate (0 până la 4 bar în loc de 3,5 până la 5 bar).

Este utilizat pentru frânarea pe locomotive simple („Haut Le Pied”), precum și pe anumite mașini de control.

Frână cu vid

Frâna de vid face contrariul: mai degrabă decât presurizarea conductei, este evacuată. Frânele se vor acționa la acționare. Este, de asemenea, o frână automată (frânele se vor acționa dacă conducta este aerisită) și continuă, dar datorită presiunilor mai mici (-1 bar până la 0 bar în loc de 3,5 până la 5 bar) cererile de frânare și de eliberare se propagă mai lent; în plus, acest sistem este mai sensibil la scurgeri.

Frână electrică

Este posibil să nu mai folosiți aer pentru comanda frânei: un cablu electric care trece prin convoi poate fi utilizat în locul unei conducte; atâta timp cât este menținută sub tensiune, frânele vor rămâne eliberate. Astfel, în cazul unei spargeri a cuplajului, firul nu mai este furnizat și vâsla este frânată.

Sistemele mai avansate utilizează gestionarea computerizată a frânelor, configurând un fel de rețea locală .

Note și referințe

Note

  1. În trecut, au fost folosite supape triple, dar acestea nu permiteau moderarea în eliberare: nu puteai elibera parțial frânele.
  2. Pentru un convoi lung de 700 m, putem observa o întârziere de aproximativ zece secunde de CG la sfârșitul trenului.

Referințe

  1. (ro) Frâne cu aer
  2. The Automatic Air Brake , Canadian Railway Hall of Fame .
  3. „  Frânarea șinei 21  ”
  4. Decretul din 5 iunie 2000 privind normele tehnice și de întreținere aplicabile materialului rulant care circulă pe rețeaua feroviară națională ( citiți online )
  5. „  Frânare pe șină - Sisteme de control curent  ” , pe www.deschamps-web.com (accesat la 21 decembrie 2016 )
  6. „  Descrierea cuplaje, alte conexiuni și componente de frână vehicul  “, EPSF ,3 februarie 2014( citește online )
  7. "  Unități de comandă a frânei de cabină  ", standardele EPSF ,16 noiembrie 2007( citește online )
  8. (ro) Frâne pneumatice pentru trenuri de marfă și trenuri de călători UIC 540 11/08
  9. „  Asistența electropneumatică (FEP)  ” , pe florent.brisou.pagesperso-orange.fr (accesat la 20 decembrie 2016 )

Vezi și tu

Articole similare

linkuri externe