Druhy kolejových brzd a jejich fungování

Pohybový stav vozidla vyjadřuje jeho kinetická energie, kterou vozidlo získalo při rozjezdu, kdy tažná síla lokomotivy působila na dráze jeho rozjezdu. Tuto energii je třeba při brzdění zmařit, přeměnit na jiný druh energie, především na energii tepelnou. Adhezní brzdové systémy využívají k přenosu brzdících sil mezi vozidlem a kolejí styk kola s kolejnicí a účinnost brzdění je závislá na jeho stavu, tedy jeho schopnosti přenášet tečné síly - adhezi.

U špalíkové brzdy (obr. 1) je kinetická energie mařena třením brzdových špalíků o jízdní plochy kol vozidla. od jejich vzniku. Ty původní byly z dubového dřeva, záhy se začaly používat litinové. nižší hlučnost a stabilnější součinitel tření mezi špalíkem a kolem, který při použití špalíků litinových se zvyšující rychlostí klesá a tím se snižuje účinek brzdy. Při intenzivním brzdění špalíkovou brzdou nebo při její poruše hrozí poškození kol nadměrným vyhřátím.

U kotoučové brzdy tvoří třecí dvojici brzdový kotouč, nalisovaný na nápravě, a brzdové destičky (obr. 2) přitlačované brzdovými čelistmi. Brzdící síla magnetické kolejnicové brzdy je vyvozována třením brzdových trámců o kolejnice. Brzdové trámce jsou přitahovány ke kolejnicím magnetickým polem, vyvolaným elektromagnety uvnitř brzdových trámců pomocí elektrického proudu z vozové baterie. obr. vagony.

Každé hnací vozidlo je vybaveno minimálně mechanickou brzdou a pneumatickou brzdou. Novější (nebo technicky dokonalejší) vozidla disponují ještě elektrickou brzdou. Tyto tři typy brzdových zařízení jsou pouze základní a dále se dělí na více poddruhů. Mechanická brzda působí na kola pouze mechanickými prostředky - např. řetězy. Ruční brzda je tzv. zajišťovací brzdou, která zabezpečuje stojící lokomotivu proti samovolnému pohybu. Ovládá se vratidly umístěnými na stanovištích strojvedoucího.

Střadačová brzda není klasickou mechanickou brzdou, neboť využívá i elektřiny a pneumatického zařízení. Jedná se rovněž o zajišťovací brzdu. Střadačová brzda je kombinací tlakovzdušné a pružinové brzdy. Ovládá se elektricky tlačítky, pro odbrzdění se využívá tlaku vzduchu. Pneumatická brzda využívá ke své činnosti stlačeného vzduchu. Až na výjimky (lokotraktory 799) jsou pneumatickou brzdou vybaveny všechny řady hnacích vozidel ČD.

Přímočinná brzda (lokomotivní, přídavná) je určena pouze pro brzdění samotné lokomotivy nebo hnacího vozu. Narozdíl od samočinné tlakové brzdy umožňuje okamžitě zvyšovat a snižovat tlak v brzdových válcích lokomotivy. Maximální tlak v brzdových válcích lokomotivy, který tato brzda vyvine, je obvykle 5 bar. Nejčastěji používaným brzdičem (tj. ovladačem brzdy) je typ DAKO BP (Brzda Přímočinná). Na každém stanovišti je jeden tento brzdič. V minulosti se místo něj používaly kohouty. Ty byly z výroby i na některých Škodovkách I. generace, dnes však již byly nahrazeny zmiňovanými brzdiči DAKO BP. Novějším typem brzdiče přímočinné brzdy je typ DAKO BPE (Brzda Přímočinná Elektrická).

Samčinná tlaková brzda (vlaková, průběžná, nepřímočinná) je nejdůležitějším typem pneumatické brzdy. Každá lokomotiva určená k vedení vlaků musí být vybavena touto brzdou. Tato brzda je určena k brzdění celého vlaku včetně lokomotivy. Funguje následujícím způsobem: nejprve kompresory na lokomotivě naplní stlačeným vzduchem hlavní vzduchojemy a poté, co je sestaven vlak, dojde k naplnění průběžného potrubí stlačeným vzduchem na hodnotu 5 bar. Před odjezdem soupravy vozmistr vykoná zkoušku brzdy. Samotný proces brzdění funguje tak, že brzdičem na stanovišti strojvedoucí postupně snižuje tlak v hlavním potrubí podle požadovaného brzdného účinku až na hodnotu 3,5 bar, což je úplné provozní zabrzdění.

Snížením tlaku v průběžném potrubí dojde k zareagování brzdových rozváděčů, které přepustí vzduch z pomocných vzduchojemů do brzdových válců. Zvýšením tlaku v průběžném potrubí se dosáhne snížení intenzity brzdění opět pomocí rozváděčů, které částečně, případně zcela odvětrají brzdové válce. Pokud dojde k roztržení vlaku, rozpojí se i pneumatické hadice spojující jednotlivé vozy, čímž dojde ke ztrátě tlaku v potrubí a brzdové rozváděče přepustí veškerý vzduch do brzdových válců (5 bar v brzdovém válci). Právě došlo k rychločinnému brzdění. Stejná situace nastává při stržení záchranné brzdy nebo odpadu elektromagnetického ventilu vlakového zabezpečovače. V těchto situacích brzda reaguje samočinně, proto se označuje jako samočinná brzda. Rychlobrzdu (rychločinné brzdění) může v případě nebezpečí spustit i strojvedoucí, a to přestavením páky brzdiče do poslední polohy. Brzdicí účinek je shodný jako účinek úplného provozního zabrzdění, v případě rychlobrzdy je ale doba potřebná k jeho vyvinutí kratší. Na tratích vybavených traťovým rádiovým systémem (TRS) může rychlobrzdu aktivovat i výpravčí pomocí dálkového STOPu. Některé rychlobrzdy jsou vybaveny funkcí tzv. přemostění účinku, tj. že strojvedoucí může ovlivnit cílové zastavení vlaku. Přebití brzdy je nežádoucí stav, který je charakterizován naplněním brzd vyšším tlakem než 5 bar, což je provozní tlak. Při přestavení brzdiče do jízdní polohy nedojde k odbrzdění vlaku. K přebití brzdy dojde v případě, že brzdič byl dlouho v poloze vysokotlakého švihu, kterým se plní potrubí vlaku. Přebití brzdy se řeší přestavením brzdiče do polohy nízkotlakého přebití, která zajistí zvýšení tlaku v potrubí na 5,4 bar. Rozdíl 0,4 bar mezi hodnotou při nízkotlakém přebití a hodnotou provozního tlaku se postupně zmenšuje, až zcela zanikne. Toto zajišťuje ústrojí lineárního odvětrávání, které tlak sníží v rámci necitlivosti brzd tak, aby nedošlo k zabrzdění.

Nejrozšířenějšími brzdiči jsou brzdiče DAKO BS2 a DAKO BSE. V 50. - 70. letech se používal brzdič ŠKODA N/O, ten ale na provozních lokomotivách prakticky nenajdeme z důvodu jeho pozdější výměny za DAKO BS2. Výjimečně dožívá na některých starých lokomotivách (řady 121, 141, 181). Daleko častější brzdič je DAKO BS2 (Brzda Samočinná). Je vzduchem ovládaný a kromě nejnovějších vozidel, škodováckých lokomotiv II. generace a některých novějších motorových lokomotiv se vyskytuje v podstatě na všech vozidlech. Nízkotlaké přebití (max. 5,4 bar v potrubí) - pro rychlejší odbrzdění soupravy, kde nehrozí přebití brzdy vlaku (nesmí dojít ke zvýšení tlaku v pomocných vzduchojemech nad 5 bar), speciální ústrojí si ohlídá potřebné srovnání tlakové diference. Modernějším a dodnes používaným brzdičem je typ DAKO BSE (Brzda Samočinná Elektrická).

Jak je patrné z názvu, jedná se o elektricky ovládaný brzdič, umístěný obvykle ve strojovně. Na stanovištích jsou tedy pouze jeho ovladače. Brzdičem DAKO BSE jsou vybaveny lokomotivy ŠKODA II. Doplňkovou brzdou (stále se jedná o pneumatickou brzdu) jsou vybavena novější hnací vozidla. Stejně jako doplňková brzda je i parkovací brzda doménou novějších hnacích vozidel. Tato brzda automaticky při zastavení vozidla přivede do brzdových válců tlak 2 bar a zajistí tak stojící soupravu proti pohybu.

Tyto brzdy jsou oblíbené zejména z důvodu vysokého výkonu a úspory klasických brzdových zdrží. Nejrozšířenější typ elektrické brzdy. Tato brzda pomocí přepojovačů trakčních motorů nastaví režim práce cize buzeného dynama. Elektrická energie generovaná trakčními motory díky kinetické energii vlaku se pak maří na střeše lokomotivy ve ventilátory chlazených brzdových odpornících. Elektrodynamickou brzdou se ovládá pomocí převodníku, což je nádrž plněná či vyprazdňovaná stlačeným vzduchem. Tlak vzduchu je převáděn na elektrickou veličinu, které je poté vstupním signálem pro zařízení regulující výkon EDB. Elektrodynamickou brzdou jsou vybaveny všechny elektrické lokomotivy ŠKODA II. a III. V podstatě se jedná také o elektrodynamickou brzdu, s tím rozdílem, že ERB pracují v režimu rekuperace, tj. že trakčními elektromotory generovaná energie se není ničí v odpornících, ale je prostřednictvím sběrače vracena zpět do troleje, čímž dochází ke značným úsporám. Upravenou rekuperační brzdou mohou být ale vybaveny i akumulátorové lokomotivy, kdy je generovaná energie využita pro dobíjení akumulátorů.

Elektrodynamické a kolejnicové brzdy

Elektromagnetická neboli kolejnicová brzda je známá mimo jiné i z tramvají. Kolejnicovou brzdou jsou vybaveny řady 471, 680 a 799. Elektromagnetická kolejnicová brzda se používá jako doplněk k nouzové brzdě. Tuto brzdu tvoří trámek, umístěný mezi dvojkolími nad kolejnicemi a osazený elektromagnety. Brzdění touto brzdou se zahajuje přitažením trámku s magnety až k hlavám kolejnic, kdy dojde ke kontaktu a značnému tření.

Většina lokomotiv je vybavena odbrzďovačem, který je většinou typu DAKO OL2 (Odbrzďovač Lokomotivní). Důležitým článkem v brzdové soustavě každé lokomotivy s pneumatickou brzdou je kompresor. Na lokomotivách je instalován zpravidla hlavní a pomocný kompresor. Pomocný kompresor je poháněn elektromotorem a slouží k výrobě stlačeného vzduchu potřebného pro zdvižení sběračů. Nejčastějším typem je pístový kompresor, dále se používají šroubové kompresory. Kompresory se dělí podle stupňů podle toho, v kolika stupních probíhá stlačování vzduchu.

Na lokomotivách elektrické trakce jsou kompresory poháněny klínovým řemenem od elektromotoru, který je napájen přes předřadné odpory přímo z troleje nebo měničem pomocných pohonů. Provozní vzduchojemy bývají 8-10 bar, hlavní objemy často 450-500 l.

Hlavními komponentami jsou hlavní vzduchojemy, průběžné potrubí a brzdové válce. Před odjezdem bývá provedena zkouška brzdy; při jízdě brzdová soustava reaguje na tlak v potrubí a rozváděče podle potřeby zvyšují či snižují brzdný účinek. Brzda tedy pracuje jako složitý, avšak řízený systém propojený s provozem vozidel.

Další typy a porovnání

Mezi časté typy brzd patří špalíkové, kotoučové i bubnové. Bubnové brzdy (Drum brakes) používají třecí destičky uvnitř bubnu a bývají hydraulicky či mechanicky řízené; nabízejí spolehlivý výkon za všech podmínek, avšak vyžadují speciální rámové provedení. Protiběžné brzdy - torpédo (Coaster brakes) pracují v zadním náboji a ovládají se šlapáním proti směru; jsou jednoduché a uživatelsky přívětivé pro děti a užitková kola. Pásová brzda (Band Brake) bývá utilizována spíše u pevných zařízení jako doplněk k bubnové brzdě.

Ekonomičnost a technická vyspělost: Kotoučové brzdy nabízejí vysoký brzdný výkon a lepší tepelné vlastnosti, zlepšenou modulaci a snadnější údržbu, avšak vyžadují náročnější konstrukci kola. Mezi výhody kotoučových brzd patří menší znečištění brzdových ploch adhezí a lepší účinnost za mokra; mezi nevýhody patří nutnost kvalitní výpletu a větších částí rámu. Hydraulické kotoučové brzdy poskytují vyšší brzdný výkon než mechanické, ale vyžadují pečlivější údržbu kapaliny a odolnost vůči kontaminaci.

Souhrnný pohled na hlavní typy brzd

1. Špalíkové brzdy - tradiční, na stranách kol, vysoká adheze vyžaduje udržování stavu špalíků.
2. Kotoučové brzdy - používají kotouč a destičky, výhody v lepším chladění a odolnosti proti nečistotám.
3. Bubnové brzdy - uzavřený systém, vhodné pro užitkové vozy, spolehlivé za špatných podmínek.
4. Elektrické a elektromagnetické brzdy - využívají elektřinu a rekuperaci, některé varianty umožňují rekupaci energie.
5. Pneumatické brzdy - tlakovým vzduchem řízené, klíčové pro průběžné brzdy vlaků.

V praxi se často kombinuje více systémů: kotoučové brzdy na vybraných vozidlech doplněné čistícími špalíky, doplňkové brzdové prvky pro lepší udržení brzdného kontaktu a zajištění stání. Důležitá je pravidelná údržba kompresorů, brzdových válců a brzdových hadic, aby brzdová soustava plnila svou primární funkci bez selhání.

tags: #druhy #kolejovych #brzd