Układy hamowania pojazdów trakcyjnych

    Lokomotywy mogą być wyposażone w 4 systemy hamulców: hamulec zespolony (działający na cały pociąg), hamulec niesamoczynny (działający na lokomotywę), hamulec elektrodynamiczny oraz hamulec postojowy. Dwa pierwsze systemy zasilane są sprężonym powietrzem.

    Każda lokomotywa jest wyposażona w hamulec zespolony, niesamoczynny (jest to hamulec pneumatyczny działający tylko na lokomotywę; nie jest możliwe jednoczesne uruchomienie hamulca zespolonego i niesamoczynnego) oraz postojowy. Niektóre lokomotywy wyposażone są też w hamulec elektrodynamiczny. Zasadę działania hamulca pneumatycznego bardzo dobrze wyjaśnił na grupie pl.misc.kolej Adam Płaszczyca:

    Już tłumaczę jak to jest - na najprostszych hamulcach systemu Westinghouse'a - inne (Knorr, Oerlikon to jego modyfikacje).
    Najpierw źródło powietrza - sprężarka. Jest oczywiście w loku. Ładuje ona powietrze do zbiornika głównego. Przez całą długość składu idzie tak zwany przewód główny. Zwykła rura (pomiędzy wagonami są gumowe węże które się łączy), do której na każdym wagonie są połączone urządzenia hamulcowe. Pomiędzy zbiornikiem głownym, a przewodem głównym w loku jest (lub są) zawór maszynisty (nazywany również kranem maszynisty). Odpowiada on za sterowanie ciśnieniem w przewodzie głównym.
Na każdym hamowanym wagonie znajdują się:
- zbiornik pomocniczy
- cylinder hamulcowy
- zawór rozrządczy.
Ten ostatni decydyje o włączeniu hamulców.

    A teraz jak to działa.
    Sprężarka ładuje powietrze do zbiornika głównego. Można uznać, że ciśnienie w nim jest stałe, czyli stanowi on niewyczerpalne źródło powietrza.
No to podłączamy loka do składu. Załóżmy, że skład stał długo, czyli nigdzie w nim nie ma śladów ciśnienia w układzie hamulcowym. Po podpięciu loka zaczyna się napełnianie układu. Powietrze wlatuje do przewodu głównego. Zawory rozrządcze na skutek różnicy ciśnienia pomiędzy przewodem głównym, a zbiornikiem pomocniczym przestawiają się na odhamowanie. Poniżej schemat (nie narysowałem urządzenia przestawiającego zawór - to po prostu mały cylinderek z tłokiem gdzie z jednej strony tłoka jest zbiornik pomocniczy, a z drugiej przewód główny).
 

________________________________________________________
_________________   ____________________________________  Przewód główny
                 | |
                 |\/ Zawór zwrotny
                 | |
                 | |
  Zawór         /| |\                     _____________
  rozrządczy   / |  \\                   /             \
              |   \  \|_________________/ zbiornik      |
              |    \__ _________________  pomocniczy    |
atmosfera  ___|__     |                 \               |
       <-  ____   \  /                   \______________/
                \  \/
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |     _____________
                 |  |    /      ||
                 |  \___/       ||
                  \_____        ||=============(O
                        \       ||
                         \______||______

                          Cylinder hamulcowy
 

    Napełnianie układu hamulcowego kończy się wraz z osiągnięciem w przewodzie głównym ciśnienia 0,5 MPa (5 atmosfer). Ciśnienie to jest utrzymywane za pomocą zaworu maszynisty automagicznie. Takie samo ciśnienie jest w zbiorniku pomocniczym.

    A teraz hamowanie.
    Maszynista przestawiając zawór sterujący obniża ciśnienie w przewodzie hamulcowym. Zawór rozrządczy zostaje na skutek różnicy ciśnień Zb. pom. -- przwód główny przestawiony w położenie hamowanie, czyli tak, jak poniżej:

________________________________________________________
_________________   ____________________________________  Przewód główny
                 | |
                 |\/ Zawór zwrotny
                 | |
                 |_|
  Zawór         /|  \                     _____________
  rozrządczy   / |   \                   /             \
              || |  __|_________________/ zbiornik      |
              |_/  /   _________________  pomocniczy    |
atmosfera  ___|   /  /|                 \               |
       <-  ____\ |  //                   \______________/
                \|  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |
                 |  |     _____________
                 |  |    /      ||
                 |   \__/       ||
                  \_____  -->   ||=============(O
                        \       ||
                         \______||______

                          Cylinder hamulcowy

    Jak widać zbiornik pomocniczy został połączony z cylindrem hamulcowym, a reszta połączeń jest poodcinana.

    Teraz odhamowanie - maszynista zwiększa ciśnienie w przewodzie głównym i kiedy ciśnienie w nim  będzie wyższe niż w zbiorniku pomocniczym, to wtedy zawór przestawi się na napełnianie, czyli przwód będzie połączony ze zbiornikiem, a cylinder z atmosferą.

    A teraz co to jest odlużniacz i do czego służy. Otóż jest to takie sprytne urządzenie, które po pociągnięciu drucianej rączki wystającej spod wagonu (w lokomotywach uruchamia się to przyciskiem) łączy zbiornik pomocniczy z atmosferą. Po co się  go stosuje?

  1. Wagony ze składu trzeba odtoczyć. Można je co prawda połączyć z lokiem, ale to trwa. Prościej spuścić ciśnienie i już.
  2. Po przeładowaniu. Może się zdarzyć, że ciśnienie w przewodzie głównym na chwilę przekroczy 5 atmosfer, a potem spadnie do 5. I wtedy kapa, bo ciśnienie w zbiorniku pozostanie wyższe niż w przewodzie głównym. I odhamować się nie da. I wtedy odluźniacz przychodzi z pomocą.
    A teraz o wadach Westinghouse'a. Po pierwsze, ten system pozwala na zahamowanie składu i odhamowanie składu. I tyle. O ile hamowanei można stopniować (bo w czasie hamowania ciśnienie w zbiorniku spada - część powietrza idzie do cylindra). to odhamowanie zawsze jest pełne. Co więcej, jeżeli zrobimy kilka szybkich cykli hamowanie - odhamowanie, to zbiornik pomocniczy nie zdąży się wypełnić i hamulce ulegną wyczerpaniu (i tak też nazywa się system Westinghouse'a - hamulce wyczerpalne). Inne systemy mają nieco lepsze rozwiązania. Choć niewiele się różnią. Inny jest tylko zawór rozrządczy. W Oerlikonei na przykład porównuje on różnicę ciśnien przewód główny-zbiornik pomocniczy z ciśnieniem w cylindrze. I co za tym idzie umożliwia częściowe odhamowanie.
 

    Tradycyjne rozwiązania hamulców postojowych stosowane w pojazdach trakcyjnych opierają się na urządzeniu uruchamianym dźwignią z kabiny maszynisty działającym poprzez przekładnię zębatą i śrubę na przekładnię mechaniczną hamulca podstawowego przy zestawach kołowych. Ze względu na dużą liczbę elementów sprawność tego hamulca przyjmuje się na poziomie 0,4. Praktyka eksploatacyjna pokazuje jednak, że sprawność ta jest dużo niższa, gdyż hamulca tego nie udaje się czasem uruchomić (szczególnie po dłuższym nieużywaniu).
    Opracowano więc hamulec postojowy typu hydraulicznego (w celu zastosowanie go w lokomotywach typu 104E serii EP-09). W hamulcu tym napęd ręczny przekazywany jest poprzez pompę na siłowniki hydrauliczne działające na przekładnię mechaniczną hamulca podstawowego przy zestawie kołowym. Sprawność tego hamulca ograniczona jest praktycznie sprawnością przekładni hamulca podstawowego na wózku, która z reguły wynosi 0,9. Niestety, hamulec ten nie wykazał jednak wystarczającej niezawodności podczas eksploatacji -- przy dłuższym postoju w stanie zahamowania ciśnienie w siłownikach spadało na skutek nieszczelności układu, a co za tym idzie -- spadała też siła dociskająca klocki hamulcowe i istniało niebezpieczeństwo całkowitego odhamowania.
    Opracowano więc nową koncepcję hamulca postojowego, której istotą jest zastosowanie specjalnej sprężyny realizującej docisk zahamowania układu mechanicznego. Działanie tej sprężyny wyzwalane byłoby poprzez spadek ciśnienia w układzie pneumatycznym. [na podstawie książki W. Gąsowskiego, J. Sobasia, K. Pohla "Układy mechaniczne elektrycznych pojazdów trakcyjnych"]
 

   Hamulce elektrodynamiczne stosowane w lokomotywach działają na zasadzie przekształcania energii kinetycznej pociągu za pomocą silników trakcyjnych w energię elektryczną, która jest następnie oddawana do sieci trakcyjnej (hamowanie odzyskowe) lub też przekształcana na energię cieplną na opornikach.