История развития тормозных пневмосистем

Подавляющее большинство современных грузовых автомобилей оснащается пневматической системой торможения. Это разветвленная конструкция, основанная на сложном взаимодействии целого ряда управляющих и ведомых элементов. Принцип работы основан на применении сжатого воздуха в качестве энергоносителя.

Сегодня существует множество разновидностей тормозных пневмосистем, различающихся по типу конструкции, количеству рабочих контуров. Они активно используются не только в грузовиках, но и в автобусах, спецтехнике (бульдозеры, грейдеры, краны), а также в железнодорожном транспорте.

Интересно, что изначально первые воздушные тормоза разрабатывались именно для железных дорог.

Тормоз Вестингауза

В далеком 1846 году в семье потомственного изобретателя и бизнесмена из штата Нью-Йорк родился Джордж Вестингауз, которому предстояло стать талантливым изобретателем и удачливым промышленником. Если его отец занимался разработкой исключительно сельскохозяйственных машин, то Джордж пробовал себя в различных инженерных отраслях. Он с восторгом относился ко всем новым и неожиданным открытиям, старался внедрить их в жизнь. Именно он был одним из первых выдающихся людей, рассмотревших и поверивших в гений Николы Теслы. Вестингауз даже заключил с ним сделку на приобретение 42 патентов в области использования переменного тока для нужд своей электротехнической компании WestinghouseElectricCorporation, которая кстати просуществовала вплоть до 1997 года.

В возрасте 17 лет Джордж воевал на полях Гражданской войны в США, где живо заинтересовался паровозами и всем, что с ними связано. Вернувшись домой он поступил на работу в железнодорожную мастерскую. Здесь увидели свет первые изобретения, в том числе специальный механизм для подъема вагонов, сошедших с рельсов. Эти разработки помогли ему скопить денег на открытие собственной вагоноремонтной мастерской.

В 1872 году в городе Питтсбурге был создан автоматический пневмотормоз для железнодорожных составов, работающий на сжатом воздухе. Для того времени это было по-настоящему революционное изобретение. Оно открывало возможность существенно повысить безопасность ж/д перевозок, гарантируя надежное торможение даже при относительно высоких скоростях.

Благодаря продуманности конструкции и коммерческой жилке Джорджа новые тормоза очень быстро разошлись по США, получили широкое распространение в Западной Европе и России. В 1893 году на законодательном уровне в Соединенных Штатах постановили использование тормозов данной системы обязательным.

В начале XX века свыше двух миллионов вагонов различных типов, около 90 тысяч локомотивов были оснащены пневмотормозами Вестингауза.

Принцип работы

До Вестингауза в ж/д транспорте применялись простые пневмотормоза, называемые системой прямого действия. В ней воздух под давлением воздействует на цилиндровый поршень, который соединен с колодкой, трущейся о колесо и тормозящей его. Локомотивный компрессор посредством магистрального трубопровода, проходящего по всей цепочке вагонов, передает сжатый воздух. Сложности и всевозможные неудобства при эксплуатации заключались в потенциальной возможности разгерметизации соединений магистрали. Поэтому устаревшая система была крайне ненадежна, что нередко приводило к мелким авариям и даже крупным катастрофам.

Замысел Вестингауза заключался в оборудовании вагонов специальными резервуарами для воздуха и тройными управляющими клапанами. Запорные устройства названы тройными, так как, они состоят из трех элементов. Это тарельчатый клапан для подачи воздуха из магистральной емкости на тормозной цилиндр, клапан для заполнения резервуара и вентиль для отпускания цилиндров.

В общем схему работы можно разделить на три этапа:

  • При низком давлении в магистрали выпускной клапан перекрывается, а воздух из резервуара проникает в цилиндр, вызывая торможение;
  • Когда давление в трубопроводе высокое, клапанное устройство включается и наполняет резервуар воздухом. Одновременно раскрывается выходное отверстие цилиндра, что приводит к отпусканию тормозов;
  • Если параметры давления в магистрали и емкости одинаковы, клапанный механизм перекрывается, тормоза остаются в своей последней позиции.

В сравнении с конструкцией прямого действия разработка Вестингауза ощутимо выигрывает, так как, основана на использовании пониженного, а не повышенного давления при торможении. Скорость падает одновременно с падением давления в магистрали. Поэтому любое повреждение или обрыв воздушных шлангов не приведет к аварии, а состав просто остановится.

Пневмосистемы торможения вXX веке и сегодня

Первым человеком, которому пришло в голову применить тормозные пневмосистемы на автомобилях, стал неизвестный американский инженер. В 1904 году он предложил свою систему французским предпринимателям. С 1920 года компания Knorr-Bremseвыкупила патент, доработала конструкцию, и в 1939 году создала собственную систему для коммерческого транспорта. После Второй мировой войны фирма возобновила свою деятельность, а в 1985 сконцентрировалась на выпуске исключительно тормозной техники для ж/д и грузового коммерческого транспорта.

Пневмотормоза стали активно применяться в большегрузных авто примерно с 40-50-х годов прошлого века. Машины стали заметно тяжелее, и механические, гидравлические системы уже не могли обеспечить надежное и оперативное торможение. Наиболее близкой к современным и почти не изменившейся системой считаются тормоза для Зил-130 1963 года выпуска.Вообще отечественные разработки получили всемирное признание, и до сих пор по многим показателям не уступают лучшим зарубежным аналогам.

Популярность пневмоприводов обусловлена большим количеством преимуществ, а именно:

  • При небольшом усилии водителя на педаль удается передать на колодки мощное сжимание;
  • Атмосферный воздух, как рабочая среда, ничего не стоит. Поэтому является дешевым, всегда доступным и безопасным носителем;
  • Современные накопители сжатого воздуха или ресиверы дают возможность выполнять экстренные торможения даже при поломке компрессора;
  • Простые и удобные соединения отдельных прицепов в автопоезда;
  • Накопленный сжатый воздух может эффективно использоваться не только для тормозов, но и во вспомогательных устройствах и оборудовании. К примеру, это могут быть звуковые сигналы, очистители стекол, устройства для подкачки шин, механизмы открывания дверей и т.д.

Использующиеся сегодня пневматические системы намного сложнее и производительнее своих предшественников. Так, с 1981 года стали внедряться электронные компоненты. А с середины 90-х годов ушедшего столетия мощные грузовики стали оснащаться электропневматическими приводами. Дело в том, что электрический импульс распространяется практически мгновенно, что позволяет воздействовать на все оси автопоезда одновременно.

Преимущества электропневматики также заключаются в возможности создания эффекта искусственной задержки. Это очень важно для фур с прицепами. Торможение сначала задних осей помогает предотвратить такую опасную ситуацию, как складывание автопоезда.