2013. 10. 12.

Vasúti fékezés XXXIX. – A Nagy Vízen túl, 3. rész

A történeti áttekintés és a legfontosabb üzemviteli eltérések számbavétele után most már közelíteni fogunk a gyakorlathoz és megnézzük, hogyan is fékeznek az észak-amerikai „nagy-” és nem olyan nagy (elsősorban teher)vonatok.




A vonathosszból és -terhelésből adódó első lényeges (és talán azt is mondhatnánk, hogy kézenfekvő) eltérés az, hogy egy amerikai vonatban a fővezeték nyomása oldott állapotban nem azonos az Európában paradigmaként kezelt 5,0 bar értékkel. Olyannyira nem azonos, hogy az vasúttársaságtól és attól is függően, hogy személyszállító- vagy tehervonatról van-e szó, 4,82–7,58 bar között változhat, mely az Imperial-mértékegységrendszerben 60–110 font/négyzehüvelyk [pound/square inch, psi] nyomásnak felel meg. Horribile dictu: átmenő forgalomban még a nyomás üzemszerű átállítására is lehetőség van!

Standardnak a 90 psi fővezetéknyomást tekinthetjük (6,20 bar), de egyes vasúttársaságok 80 psi (5,51 bar), mások pedig 100/110 (6,89/7,58 bar) nyomáson dolgoznak, főleg rakott vonatok esetében. De mi indokolja ezeket az eltéréseket? Nyilvánvalóan az, hogy magasabb nyomás mellett növelhető a kormányszelepeknek a nyomáscsökkenéssel szembeni érzékenysége, valamint a fékhengernyomás értéke is szabadabban variálható. Ez utóbbi esszenciális jelentőségű, ha egy 15 000 tonna terhelésű acélvonatot fékeznénk, mondjuk 1,25% esésű lejtőn.

Nézzünk most konkrét példákat: ha a fővezeték nyomását 10 psi (0,68 bar) értékkel csökkentjük, ez 110, 100, 90 és 80 psi nyomású rendszerben is kb. 25 psi (1,72 bar) fékhengernyomást idéz elő (ha a segédlégtartály és a fékhenger térfogata közötti összefüggést a standard 2,5-szörösnek tekintjük). Viszont ha a nyomást 25 psi-vel csökkentjük, a nagyobb nyomás miatti nagyobb különbségekből fakadóan az előző érték többszöröse lesz a fékhengernyomás értéke (akár 62,5 psi/4,3 bar). A maximális üzemi fékhengernyomás értéke – a megcsúszási határon lévő – 64 psi (4,41 bar), ez csak vészfékezés esetében emelhető. A maximális fékhengernyomás ezen értéke csak a 90 psi nyomásra feltöltött rendszer esetében érvényes, 100 psi esetén 71 psi (4,89 bar), 80 psi esetében pedig „csak” 57 psi (3,93 bar).

Hogyan lehet ekkora fékhengernyomásokkal a gyakorlatban dolgozni? A válasz: sehogy, illetve könnyedén. A gyakorlatban – és itt csak visszautalunk a vonali általános fékút és az európai léptékű térköztávolságok hiányára – a dolog úgy néz ki, hogy egy vonatnak csak ritkán van szüksége 15 psi-nél (kb. 1 bar) nagyobb mértékű nyomáscsökkentésre, s ez 90 psi-re töltött rendszer esetében kb. 2,5 bar fékhengernyomásnak felel meg. Sőt: minden olyan nyomáscsökkentést, mely magasabb 12 psi-nél, a helyi gyakorlat már heavy brakingnek, vagyis komoly, nagy erejű, „nehéz” fékezésnek tekint. A magas fővezetéknyomásnak persze hátránya is van (legalábbis európai szemmel), mert az extrém töltési időket eredményez, mely nem csak a vonathossz, hanem a levegőigényes segédlégtartályok miatt is kellemetlen.

Hét géppel továbbított végetláthatatlan „manifest”, azaz vegyes tehervonat dübörög át egy álmos kaliforniai kisvároson - egy több kilométer hosszúságú szerelvény fékezése és töltése európai szemszögből nézve igen sajátos kihívás

A fővezeték nyomásának időleges megemelésére szolgáló megoldások természetesen Európában is ismertek (nyomásigazítás időlégtartállyal, ill. bizonyos DAKO-fékezőszelepeken található, menetes átállítógomb, mely a fővezeték nyomásának kis mértékű, de állandó igazítására szolgál), ezek alkalmazása azonban szigorú szabályokhoz kötött, és alapvetően csak fékpróba alkalmával, illetve műhelyi vagy extrém vonali esetben (pl. féken maradás, szándékolatlan visszafékeződés) lehet őket használni.

Alapvető különbség az európai és amerikai fékrendszerek esetében az a körülmény is, hogy a legnagyobb fékhengernyomás értéke üzemi és vészfékezéskor eltér egymástól, ez utóbbi esetben akár az üzemi érték öt–hatszorosa is lehet. A megnövekedett levegőigényról a kormányszelep tartozékát képező vészfék-légtartály (emergency reservoir) gondoskodik, melyhez külön, a fővezetéket is megcsapoló fékhatásgyorsító tartozik.

Léteznek bizonyos jellegzetes szerkezetek az amerikai vasútüzemekben, melyek főleg a hosszú vonatok ésszerű megfékezését hivatottak szolgálni. Ilyenek azok a visszatartó szelepek (retainer valve), melyek egyes kocsikon vagy ezekből képzett vonatrészeken kezdeményezett oldást nyújtják el annak érdekében, hogy ha a vonat egyik része már völgymenetben gyorsul, ne szakadjon le róla az, amelyik még hegymenetben van, illetve a szerelvény ne „szabaduljon el”, ha teljesen völgymenetben közlekedik. A visszatartó szelepek a fékhenger kiürítésének normális folyamatát nyújtják meg a többszörösére. Kezelésük manuálisan történik: ha a vonat megáll, a fékek oldása után a személyzet egy tagja a visszatartott kocsikon (melyek száma a kocsiszám meghatározott százaléka) ki- vagy beiktatja a szelepeket. A szerkezet rendkívül hasznos, mert a használatával a kocsik segédlégtartályai úgy töltődhetnek, mintha nem lennének féken, a fékhengerekben mégis van annyi nyomás, hogy a vonat ne gyorsuljon.

A visszatartó szelepnek négy állása van: a közvetlen kiömlést biztosító (kiiktatott) állás, az elnyújtott kiömlést biztosító állás, alacsony nyomás megtartása (10 psi/0,692 bar), magas nyomás megtartása (20psi/1,39 bar). Minthogy azonban a völgymenetek során a széles körben elterjedt hajtóműfékek alkalmazása a gyorsulás megelőzéséhez általában elegendő, Amerika-szerte rendkívül kevés olyan helyszín van (gyakorlatilag csak a nehéz, hegyi szakaszok), ahol a visszatartó szelepek használata a mai napig előírás. Hozzá kell tennünk, hogy az amerikai üzemben egyáltalán nem általános a kerekek kétoldalú fékezése, mely a megfékezettséget lényegesen gyengíti (viszont legalább a kocsik levegőigénye kisebb). Másrészt a vonatok sebessége sem túl nagy (45–65 mérföld/óra, vagyis kb. 70–100 km/h), tehát nem a sebesség, hanem „csak” a vonathossz és a terhelés az, ami Európához képest lényegesen más követelményeket támaszt.

Tartálykocsi egy amerikai vegyes tehervonatban: önsúlya 44 tonna, raksúlya 77 tonna - a rakottan 119 tonnás kocsi tengelyterhelése a 30 tonnát súrolja. Ha jobban megfigyeljük, egy másik helyi sajátosság is látható: csak a kerekek egyik oldalát fékezik

Az amerikai vasutakon alkalmazott fékberendezéseknek van még egy legendás alkatrésze, ez pedig a K-kormányszelep, mely a Westinghouse-féle gyorsműködésű kormányszelep továbbfejlesztett változata. Maga a berendezés igen bonyolult, pl. a kormánydugattyúak az üzemi körülményektől függően hét különböző állása van, ráadásul a szelep fokozatos oldásra nem képes (kétnyomásos) kivitelű. Ennek megfelelően kimeríthető is lenne, azonban ezt a problémát orvosolják a fentebb már említett visszatartó szelepek. A K-kormányszelep és annak tökéletesített változatai (AB-kormányszelep) nélkül az amerikai vasút ma nem lenne az, ami. Ez az a szerkezet, mely a monstre tehervonatokat alkalmassá tette az európaihoz képest közel azonos diagramok (fékhatásterjedési sebességek, oldási idők) produkálására azzal, hogy a fékezésre és oldásra kellően érzékeny, de ez utóbbit a szükséges mértékben elnyújtja a kimerülés megakadályozása érdekében.

Az amerikai személyszállítás fékes története a hasonló műszaki adottságok miatt nagyjából ugyanazt az utat járta be, mint Európa: kezdetben a Westinghouse-féle gyorsműködésű kormányszelep volt használatban (Európában is!), majd 1906-ra kifejlesztették az LN-típusú személyvonati féket, mely külön vészféklégtartállyal rendelkezett, és fokozatos oldásra is alkalmas volt. Az 1910-es években megszületett az UC-kormányszelep, mely elektromos vezérlésre is alkalmassá tehető volt, s fokozatosan oldó és nem oldó üzemben (tehát személy- és tehervonati üzemben) is használhatták. A további fejlődés során megalkotott szerkezetek közül kiemelhető a D22-fékek családja, s ezek továbbfejlesztett, mai napig is használt változatai.

Összességében elmondható, hogy a személyszállítás műszaki fejlesztése közel sem volt olyan prioritás, mint Európában, és persze az, hogy az amerikai vonatok fékezésére az UIC-technológia nem lenne képes, viszont a tengeren túlról joggal irigyelhetik az európai fékberendezések egyszerűségét és nagyszerű kezelhetőségét.

Union Pacific intermodális „stacktrain”, azaz emeletes konténervonat. Ezen szerelvények között bőven akad helyi viszonylatban rövidnek számító darab (ilyen a képen látható is), de lóerő/tonna arányuk magasabb, a kedvezőbb menetdinamikát pedig ki is használják - így kedvező pályaviszonyok esetén fékes szempontból már sebességük is fontos tényező
(fotók: Magyarics Zoltán)
Az Egyesült Államok és Kanada vasútüzeme gyökeresen eltér az Európában vasútként ismert jelenségtől, ezért mai témánk megértéséhez érdemes áttekinteni a főbb jellegzetességeket, melyek a vonatok fékezésének követelményeit megszabják.
A mellékvonali, illetve iparvágányokat kiszolgáló menetek többnyire rövid, lassan mozgó, európai léptékű szerelvények, melyek nem támasztanak különleges fékezési elvárásokat. Egészen más a helyzet azonban a fővonali tehervonatokkal. Ezek közül az intermodális (félpótkocsikat és/vagy konténereket szállító) vonatok az amerikai vasutak expresszei, melyek lehetőség szerint 60-70 mérföld/órás utazósebességgel haladnak, tömegük pedig jellemzően 3-3500 tonna körül alakul - a négyezer tonnás határt ritkán haladják meg. Ezek a szerelvények tömegükhöz képest viszonylag hosszúak (a felső határ 9000 láb, azaz szűk 3 kilométer körüli), így helyi léptékben dinamikus mozgásuk (lóerő/tonna arányuk a vegyes tehervonatok nagyjából kétszerese) miatt a fékhatás terjedésének sebessége lehet kritikus tényező. Az ellenpólust a fővonali vegyes tehervonatok (‘manifest’) és tömegárut (jellemzően szenet vagy olajipari, illetve vegyipari anyagokat) szállító zárt irányvonatok képviselik. Az ilyen vonatok sebessége kisebb, terhelésük viszont jellemzően 5–8000 tonna, sőt sokszor átesnek a tízezres határon is. Ezen szerelvényeknél a fő kihívás a vonat tömegének és a fővonali forgalom dinamikájának összehangolása. Az igazán kirívó méretű szerelvények a síkvidéki fővonalak és zárt üzemnek számító bányavasutak kiváltságai – ilyen helyeken 15–17000 tonnás elegyek is előfordulnak, de Kanadában 30000 tonnát meghaladó ércvonatok is közlekednek. Minden fővonali tehervonat esetében egységes jellemző az európai szemmel nézve extrém vonathossz: az élet a tengerentúlon bizony másfél-két kilométernél kezdődik, ennek minden fékes kihívásával együtt (fékhatásterjedés, eltérő erőhatások a vonaton belül, a fékpróba lebonyolításának feltételei, és a többi). A hegyvidéki pályákon egy hágó tetőponján könnyen kerülhet olyan helyzetbe a személyzet, amikor az első egy kilométernyi elegy már a lejtőn van, a hátsó egy kilométernyi viszont még az emelkedőn. További, a fékezési kérdésekre komoly kihatással bíró tényező a toló- és közbesorozott mozdonyok kiterjedt alkalmazása, melyről a későbbiekben lesz majd szó.
A pályaoldali feltételek is nagymértékben eltérnek az Óhazában megszokottól. Az egy vonatra eső nagyobb elegytömeg miatt a fővonalakon számát tekintve kevesebb szerelvényt közlekedtetnek, mint a sűrű forgalmú nyugat-európai fővonalakon - a 15-20 perces követés a tengerentúlon már nagyon gyakorinak számít. A forgalomirányítás működése is eltérő: fővonalakon ma már szinte alap a központi forgalomírányítás, mely intenzív vonali rádiós kommunikáción alapul - így a nagy tömegű vonatok hirtelen megállítása nem gyakori követelmény, a mozdonyvezetők és vonalirányítók “hosszabb távra terveznek”. A regionális és iparvasúti világban a pályára általában annyit költenek, hogy éppen ne essen le róla a vonat (vagy legalábbis csak hetente-havonta egyszer, ingerküszöbtől függően). Ebben a kategóriában a 10 mérföld/óra (Class 1) és 25 mérföld/óra (Class 2) engedélyezett sebesség jellemző. Ezzel szemben a fővonalak 60 (Class 4) vagy 80 (Class 5) mérföldes (97, illetve 129 kilométer/óra) sebességre kiépített pályák. Itt a sínek folyóméterre vetített tömege legalább 64.5 kilogramm, a megengedett tengelyterhelés pedig a nyugati vasutaknál (ez a gyakorlatban a Chicago–Memphis vonaltól nyugatra ténykedő cégeket jelenti) 35 tonnáig is felmehet. Egy szénvonat esetében így egyenként 120-140 tonnás rakott kocsikkal lehet számolni, ami fékezési szempontból fontos körülmény. A mozgatott tömegek miatt az észak-amerikai vasutakon kizárólagosan központi ütköző-vonó készüléket alkalmaznak, mely a Janney (AAR) készülék valamelyik variánsa.
Magyarics Zoltán


Nánási Zoltán

Sorozatunk további részei ide kattintva olvashatók.

3 megjegyzés:

  1. Jó cikk lett, köszi szépen. Most megint olvashatok vissza, hogy mi mit jelent... Elhangzott már, hogy mi az a "féken maradás", vagy "szándékolatlan visszafékeződés"?

    Érdekes, hogy a hazai szemmel extrémnek minősülő vonathosszok és -tömegek kapcsán az emberek 90%-ának az amerikai vasutak ugranak be, holott az oroszok is elég súlyos vasakkal gurigáznak. Érdekes lenne egy, az orosz viszonyokat is bemutató cikk, vagy egy orosz-amerikai összehasonlítás is, nyilván ez utóbbihoz nem egyszerű olyan szakembert keríteni, aki mindkét vasutat kellő részletekig ismeri.

    VálaszTörlés
    Válaszok
    1. Féken maradás alatt az olyan eseteket értjük, amikor pl. az üzemi oldás ellenére a vonatba sorozott valamelyik kocsi nem old fel. Ennek a kezelésére több megoldás is lehetséges, a legegyszerűbb a nyomásigazító használata, a legdrasztikusabb a kormányszelep kilevegőzése és az újbóli feltöltés, esetleg a légfék kiiktatása.

      A szándékolatlan visszafékeződés szintén az elégtelen feltöltésre illetve oldásra vezethető vissza: a kormányszelep valami miatt olyan nyomáshullámot érzékel, amelynek hatására befékez, holott fékezési parancs a fékezőszeleptől el sem indult.

      Orosz (szovjet): lesz. Türelem. :)

      Törlés
  2. A szerző ígérete szerint a sorozat következő részeiben lesz szó az oroszokról is, akik némileg másképp érik el az extrém méretű szerelvényeknél a fékhatás terjedésének kellő sebességét.

    Az extrém méreteket illetően az oroszok a 10000 tonnát tudtommal nem nagyon lépik át, a szénvonatoknál is 6000 illetve 9000 tonna körül van a jellemző egység. A vonathosszokat tekintve az oroszok azért kicsit közelebb állnak az európai léptékhez, a legtöbb fővonalon pedig a vegyes személy-teher forgalom miatt a vonatközlekedés dinamikája is inkább európai dimenziójú. Legalábbis nekem így tűnik. :)

    VálaszTörlés

Figyelem!

Oldalunkon bizonyos esetben, elsősorban régebbi írások esetén vagy időszakosan valamennyi írás esetén előzetesen moderáljuk a hozzászólásokat vagy a hozzászólások lehetőségének időszakos vagy tartós felfüggesztését. Amennyiben erre nem kerül sor, úgy fenntartjuk az utólagos moderáció jogát. Moderációs alapelveinkről részletesebben az Impresszumban olvashatnak.