Вентилът Oerlikon: история, устройство и принцип на действие

Въведение

Автоматичната въздушна спирачка е една от основните системи за безопасност в железопътния транспорт. Нейната надеждност зависи от съвместната работа на множество елементи: главния въздухопровод, разпределителните вентили, запасните въздушни резервоари, спирачните цилиндри, механичната предавка и фрикционните елементи.

Сред системите, използвани в европейския железопътен транспорт, особено място заема Oerlikon. Името се среща върху спирачно оборудване на товарни вагони и пътнически превозни средства, а познаването на неговите конструктивни особености е важно както за ремонтните специалисти, така и за персонала, който извършва технически прегледи и изпитвания.

В практиката често се използва думата вентил, но за основния възел на автоматичната въздушна спирачка по-точното техническо наименование е разпределителен вентил. Той реагира на измененията на налягането в главния въздухопровод и управлява подаването или изпускането на въздух от спирачните цилиндри.

За да разберем системата Oerlikon, трябва да разгледаме не само самия вентил, а и развитието на автоматичната въздушна спирачка, принципа на действие на разпределителите и изискванията към тяхната поддръжка.

1. Началото: необходимостта от автоматична влакова спирачка

В ранните етапи от развитието на железниците спирането на влака е било значително по-трудно за организиране, отколкото днес. При системи с ръчно задействани спирачки резултатът е зависел от своевременната реакция на персонала върху отделните вагони.

При дълги композиции това създавало очевидни ограничения. Между подаването на командата за спиране и реалното задействане на спирачките можело да възникне значително закъснение, а неправилната координация увеличавала надлъжните сили във влака.

Развитието на пневматичните спирачки променя този подход. Въздухът се използва едновременно за предаване на командата и за създаване на необходимото налягане в спирачните цилиндри.

Особено важна стъпка е въвеждането на автоматичната непряка въздушна спирачка. При нея понижаването на налягането в главния въздухопровод предизвиква задействане на спирачките. При разкъсване на влака или разделяне на състава въздухопроводът се разединява и налягането спада, което също задейства спирачките на засегнатите части.

Това е основният принцип, върху който се изграждат множество европейски системи.

1.1. От общия принцип до специализираните разпределители

С развитието на железопътната техника се появяват различни конструкции на разпределителни вентили. Целта е да се подобрят:

• скоростта на разпространение на спирачната команда;
• управлението на задействането и разхлабването;
• устойчивостта срещу нежелано задействане;
• поведението при продължителни спирания;
• съвместимостта между превозни средства с различни производствени поколения;
• надеждността при различни експлоатационни условия.

През XX век се утвърждават редица системи, сред които Westinghouse, Kunze-Knorr, Hildebrand-Knorr, Oerlikon и по-късно Knorr KE.

Историята на тези системи не е просто последователност от търговски марки. Тя отразява постепенното усъвършенстване на автоматичното управление на въздушната спирачка.

2. Oerlikon и мястото му в железопътната спирачна техника

Oerlikon е име, свързано с швейцарската индустриална традиция и с разработването на пневматично спирачно оборудване. В железопътната практика обозначенията Oerlikon се срещат при различни изпълнения и поколения на спирачни системи.

Важно е да се направи едно уточнение: Oerlikon не трябва да се разглежда като един-единствен модел вентил с неизменна конструкция. Различните типове и изпълнения могат да се различават по вътрешно устройство, допълнителни възли, режими и технически характеристики.

Ето защо при идентифициране на оборудването не е достатъчно да се прочете само името на производителя. Необходими са точният тип, маркировката, данните от табелката и приложимата техническа документация.

2.1. Развитие на конструкциите

Историческото развитие на железопътните разпределители преминава от сравнително прости пневматични устройства към по-сложни конструкции, способни да управляват спирачното усилие по-надеждно и предвидимо.

При съвременните и по-старите поколения оборудване могат да се срещат решения с:

• управляващи бутала и мембрани;
• клапанни системи за разпределение на въздуха;
• управляващи и трансферни камери;
• ускорители на спирачната команда;
• допълнителни възли за бързодействащи режими;
• отделни или интегрирани функции за управление на разхлабването.

Този списък описва възможни конструктивни решения в пневматичните разпределители, а не задължително оборудване на всеки вентил Oerlikon. Конкретната конфигурация трябва да се установява по документацията на съответния модел.

2.2. Системата EST

Обозначението EST се среща в техническата практика при оборудване и документация за спирачната система Oerlikon. За правилната работа с такова оборудване е необходимо да се използва документацията за конкретния тип, вместо характеристиките на един модел автоматично да се пренасят към всички останали.

В практическата работа най-важни са:

• идентифицирането на точния модел;
• проверката на съответствието с оборудването на вагона;
• познаването на схемата на свързване;
• спазването на ремонтните и изпитвателните изисквания;
• проверката на функционалните характеристики след обслужване.

Тези изисквания са особено важни при ремонт на възли, които външно си приличат, но не са взаимозаменяеми.

3. Как работи автоматичният разпределителен вентил

За да се разбере действието на Oerlikon, първо трябва да се разгледа общият принцип на автоматичната непряка въздушна спирачка.

Основните елементи на една типична пневматична схема са:

• Главен въздухопровод (ГВ) — предава управляващото изменение на налягането по дължината на влака.
• Разпределителен вентил — разпознава измененията на налягането и управлява спирачния процес.
• Запасен въздушен резервоар — съхранява въздуха, необходим за задействане на спирачката.
• Спирачен цилиндър — преобразува пневматичното налягане в механично усилие.
• Спирачна предавка — предава усилието към калодките или другите фрикционни елементи.

Конкретната схема може да съдържа допълнителни резервоари, ускорителни устройства и други възли според вида на спирачната система.

3.1. Зареждане и готовност за работа

При зареждане на системата локомотивът подава сгъстен въздух в главния въздухопровод. Разпределителният вентил използва зададеното състояние на налягането, за да установи готовност за работа и да осигури необходимото зареждане на свързаните резервоари.

При изправна и правилно настроена система спирачният цилиндър трябва да бъде разхлабен, когато командното налягане съответства на нормалното състояние за движение.

Зареждането не е само напълване на тръбопровода. То трябва да възстанови необходимите пневматични условия за следващото задействане на спирачката.

3.2. Задействане на спирачката

Когато машинистът задейства спирачката, налягането в главния въздухопровод се понижава.

Разпределителният вентил реагира на това изменение и управлява подаването на въздух от запасния резервоар към спирачния цилиндър.

В резултат буталото на цилиндъра се премества, механичната предавка се задейства и фрикционните елементи започват да създават спирачно усилие.

Същественото е, че въздухът в спирачния цилиндър не се подава просто директно от локомотива по главния въздухопровод. При автоматичната непряка спирачка разпределителният вентил управлява използването на предварително запасения въздух.

3.3. Степенно задействане

При системи, които поддържат степенно задействане, спирачното усилие може да се увеличава чрез последователни промени в командното налягане.

Това позволява на машиниста да регулира спирачния процес според условията на движение, масата на влака, наклона на трасето и необходимото намаляване на скоростта.

Действителната характеристика зависи от конструкцията на разпределителя и от състоянието на цялата спирачна система.

3.4. Разхлабване на спирачката

При възстановяване на налягането в главния въздухопровод разпределителният вентил преминава към състояние на разхлабване.

В зависимост от конструкцията се осигурява изпускане на въздуха от спирачния цилиндър и възстановяване на необходимото зареждане на резервоарите.

Тук трябва да се прави разлика между разхлабване и презареждане. Разхлабването е процесът на освобождаване на спирачната сила, докато презареждането възстановява необходимия запас от сгъстен въздух и готовността за следващо задействане.

Това разграничение е важно при анализа на непълно разхлабване, продължително зареждане и други отклонения в работата.

4. Какво определя ефективността на разпределителя

Работата на един разпределител не може да се оценява само по това дали спирачката задейства и разхлабва.

За надеждната работа имат значение няколко групи характеристики.

4.1. Чувствителност към изменението на налягането

Разпределителят трябва да реагира на предвидените изменения в главния въздухопровод, без да се задейства нежелано при допустимите колебания на налягането.

Недостатъчната чувствителност може да доведе до забавена или липсваща реакция. Неправилното поведение при колебания на налягането може да предизвика нежелано задействане или други нарушения в работата.

4.2. Време за задействане

Времето за задействане е важно за поведението на целия влак. При дълга композиция отделните спирачки не започват да действат абсолютно едновременно.

Конструкцията на разпределителя, характеристиките на въздухопровода и състоянието на пневматичните компоненти влияят върху разпространението на спирачната команда.

Затова времето за задействане трябва да се оценява по предвидената изпитвателна процедура, а не чрез субективна преценка на специалиста.

4.3. Разхлабване и възстановяване на заряда

Непълното разхлабване може да бъде свързано с неизправност в разпределителя, замърсяване, утечки, проблеми с изпускателните канали или други елементи на системата.

Не е правилно обаче всяка задържана спирачка автоматично да се определя като дефектен разпределител.

Необходима е проверка на цялата пневматична и механична верига.

4.4. Пропускателна способност

Разпределителят трябва да осигурява необходимия въздушен поток за съответното приложение.

При избора и подмяната му значение имат предвиденото изпълнение на спирачната система, характеристиките на цилиндъра и резервоарите, режимът на работа и одобрената конфигурация на вагона.

Не трябва да се избира вентил само по външния му вид или по предполагаемия диаметър на спирачния цилиндър. Решаващи са типовото обозначение и техническите изисквания за конкретното превозно средство.

5. Работни режими на железопътната спирачка

При товарните вагони се използват различни режими на спиране, които определят времевите характеристики и поведението на спирачната система.

Сред познатите означения са G, P и R. Точният набор зависи от оборудването на превозното средство.

• G — режим за товарни влакове, при който се предвиждат по-продължителни времена за задействане и разхлабване.
• P — режим за по-бързо действие на спирачката, използван при съответните експлоатационни условия.
• R — режим за повишена спирачна ефективност при системи, проектирани и одобрени за него.

Тези режими не представляват просто различни налягания в спирачния цилиндър. Те са свързани с определени характеристики на спирачната система и с условията, за които тя е предназначена.

Не всеки разпределител поддържа всички режими. При някои конструкции промяната на режима се извършва чрез превключвател или допълнителен възел, а при други решенията са различни.

Поради това не трябва да се приема, че всеки вентил Oerlikon има еднаква конфигурация G-P-R или че наличието на определено означение гарантира еднакви характеристики при всички модели.

6. Съвместимост между Oerlikon и Knorr KE

Един от често обсъжданите въпроси в ремонтната практика е дали вагони с разпределители Oerlikon могат да се движат в една композиция с вагони, оборудвани със системата Knorr KE.

Отговорът изисква разграничаване на две неща: съвместимост на спирачните системи и идентичност на техните характеристики.

Различните конструкции могат да бъдат предназначени за работа в една и съща влакова композиция, когато отговарят на приложимите изисквания за съвместимост и са правилно оборудвани, настроени и поддържани.

Това обаче не означава, че всички вентили реагират по абсолютно еднакъв начин във всяка ситуация.

За правилната оценка трябва да се проверят:

• одобреното изпълнение на спирачната система;
• съответствието с приложимите нормативни изисквания;
• предвидените режими на работа;
• спирачната маса и характеристиките на превозните средства;
• състоянието на главния въздухопровод;
• правилното функциониране на отделните спирачки;
• резултатите от предписаните изпитвания.

UIC публикува нормативни документи за въздушните спирачки на товарни и пътнически влакове. По-новата нормативна рамка включва IRS 50540, който актуализира и допълва предишната UIC Leaflet 540 във връзка с развитието на европейските стандарти. Това е правилната отправна точка за нормативната страна на въпроса, но не замества техническата документация за конкретния вентил.

Следователно не марката сама по себе си определя дали даден вагон може да участва в определен състав. Решаващи са одобрената конфигурация, съвместимостта и техническото състояние на спирачната система.

7. Налягане в главния въздухопровод: защо настройките са критични

Работното налягане е основен параметър на автоматичната въздушна спирачка.

В европейската практика често се използва номинално налягане от 5 bar в главния въздухопровод. При историческо или специализирано оборудване обаче могат да съществуват различни настройки и изисквания.

Не е достатъчно да се установи само какво показва манометърът. Трябва да се знае за какво налягане е проектирана и настроена конкретната система.

При неправилно съответствие могат да възникнат проблеми със зареждането, разхлабването или работата на разпределителя. Точният резултат зависи от конструкцията и от състоянието на оборудването.

Ето защо при работа с Oerlikon трябва да се проверят:

1. Предписаното работно налягане.
2. Маркировката и техническите данни на разпределителя.
3. Изискванията на производителя за зареждане и разхлабване.
4. Изпълнението на въздухопроводите и резервоарите.
5. Резултатите от изпитването след ремонт или подмяна.

Не бива да се приема, че всяка стара система е настроена на едно и също налягане или че всяко отклонение може да се коригира чрез промяна на настройките.

Настройките се извършват само по документацията за конкретното изпълнение.

8. Типични неизправности и диагностичен подход

При диагностика на спирачна система Oerlikon трябва да се разглеждат както възможните дефекти на разпределителя, така и неизправностите в останалите елементи.

Практическият подход е да се започне от установеното отклонение, след което да се проверят причините по логична последователност.

8.1. Спирачката не задейства

Възможните причини включват:

• неизправност или блокиране на разпределителя;
• недостатъчно зареждане на системата;
• проблем в управляващите пневматични канали;
• утечки или повреди в свързаните компоненти;
• неизправност в спирачния цилиндър или механичната предавка.

Преди демонтаж на разпределителя трябва да се установи дали до него достига правилната управляваща промяна на налягането и дали останалите условия за задействане са изпълнени.

8.2. Спирачката не се разхлабва напълно

Това отклонение може да бъде свързано с:

• неправилна работа на разпределителя;
• затруднено изпускане на въздуха;
• замърсяване или запушване на канал;
• утечки или проблеми с презареждането;
• неизправност на спирачния цилиндър;
• механично задържане в предавката или фрикционните елементи.

Диагностиката трябва да разграничи пневматичното задържане от механичното. Ако цилиндърът е разхлабен, но механичната предавка остава задържана, подмяната на разпределителя няма да отстрани причината.

8.3. Бавно задействане или разхлабване

Времевите отклонения могат да бъдат резултат от неподходяща конфигурация, замърсяване, утечки, нарушено зареждане или неизправност на конкретен компонент.

При дълги влакове трябва да се отчита и взаимодействието между отделните превозни средства. Наблюдението върху един вагон не е достатъчно, за да се направи заключение за поведението на целия състав.

8.4. Повтаряща се неизправност след ремонт

Ако един и същ дефект се появява отново след ремонт, е необходимо да се провери дали първоначалната причина действително е отстранена.

Особено важно е да се установи:

• дали е използван правилният тип резервни части;
• дали са спазени предписаните настройки;
• дали монтажът е изпълнен правилно;
• дали съседните компоненти работят нормално;
• дали изпитването е проведено по правилната процедура.

Повтарящата се неизправност не трябва автоматично да се приема за доказателство за лошо качество на самия вентил. Причината може да е в условията на работа, неправилна конфигурация или неизправност в друга част на системата.

9. Ремонт и изпитване на разпределителите Oerlikon

Разпределителният вентил е отговорен пневматичен възел и ремонтът му трябва да се извършва при спазване на съответната техническа документация.

Общото описание на принципа на действие не може да замени ремонтното ръководство. То не определя допустимите размери, настройките, ремонтните комплекти, последователността на разглобяване или критериите за приемане.

В зависимост от конкретния тип ремонтната процедура може да включва:

1. Идентифициране на вентила и проверка на приложимата документация.
2. Външен оглед и установяване на видими повреди.
3. Демонтаж и проверка на предписаните компоненти.
4. Почистване и оценка на състоянието на работните повърхности.
5. Подмяна на износени или негодни части с одобрени резервни части.
6. Сглобяване и настройване по предписанията за конкретния модел.
7. Функционално изпитване на подходящ стенд.
8. Документиране на резултатите и приемане съгласно приложимата процедура.

Този списък е обща рамка за организация на ремонта, а не инструкция за разглобяване или настройване на определен модел Oerlikon.

9.1. Защо изпитването на стенд е необходимо

Външният оглед не може да установи всички възможни неизправности на разпределителя.

Един вентил може да изглежда добре, но да има отклонения във времето за задействане, разхлабването, чувствителността или херметичността.

Изпитването трябва да установи дали устройството изпълнява предписаните функции при зададените условия. Конкретните изпитвателни точки и допустимите отклонения се определят от документацията за съответния тип.

След ремонт не е достатъчно вентилът просто да бъде монтиран и да се установи, че спирачката задейства. Необходимо е да се потвърди съответствието с предвидените функционални характеристики.

10. Нормативни документи и технически източници

За правилното обслужване на спирачните системи трябва да се разграничават три вида информация:

• Нормативни изисквания — определят общите условия за съвместимост и работа на спирачните системи.
• Документация на производителя — съдържа специфичните за даден модел конструктивни, ремонтни и изпитвателни изисквания.
• Практически технически ръководства — подпомагат диагностиката, ремонта и обучението на специалистите.

Основните източници за допълнителна проверка са:

1. UIC — IRS 50540: Brakes – Air brakes for freight trains and passenger trains. Документът разглежда въздушните спирачки на товарни и пътнически влакове и връзката им с европейските стандарти.
2. UIC — официален списък на Leaflets и IRS. Източник за проверка на действащите обозначения и издания на нормативните документи.
3. Spirachki.eu — Документи и стандарти. Събрани технически материали, включително ръководство за ремонт и изпитване на автоматични спирачки Oerlikon EST.
4. Spirachki.eu — Ремонт и изпитване на автоматични влакови спирачки, част 2: Oerlikon. Практически материал, посветен на системата Oerlikon и на ремонтните и диагностичните въпроси.

При конкретен ремонт трябва да се използва приложимото издание на съответния документ. Самото наличие на даден стандарт в списъка с източници не означава, че той съдържа всички конструктивни и ремонтни подробности за определен модел вентил.

11. Oerlikon днес: значение на техническите знания и правилната диагностика

Развитието на железопътната спирачна техника не е премахнало необходимостта от познаване на по-старите системи. В експлоатация продължават да се срещат различни поколения оборудване, а поддръжката им изисква съчетаване на конструктивни знания, практически опит и правилно използване на документацията.

При системата Oerlikon това означава да се познава принципът на действие на разпределителя, но и да се разбира връзката му с останалите компоненти.

Надеждната диагностика не се основава на предположението, че една марка е по-добра или по-лоша от друга. Тя започва с установяване на действителния дефект и продължава с проверка на причините, измервания и функционални изпитвания.

Съвременните нормативни изисквания също се развиват. Обновяването на документите на UIC и взаимодействието им с европейските стандарти показват, че съвместимостта и експлоатационната безопасност трябва да се разглеждат в рамките на актуалната нормативна система, а не само според практики, използвани преди десетилетия.

Oerlikon – познанието, което не бива да се губи

Поради недостатъчното познаване на спирачната система Oerlikon и неразбирането на нейния произход, у нас понякога тя остава на заден план. Срещат се и погрешни представи за произхода ѝ, включително свързването ѝ с Македония или Сърбия. Oerlikon е със швейцарски индустриален произход, а името му е част от историята на европейската железопътна спирачна техника.

Фактът, че днес оборудването може да се ремонтира или произвежда в различни държави, не променя неговия исторически произход и не е основание да се подценяват конструктивните му особености.

За съжаление, специалистите в България, които действително познават системата Oerlikon в дълбочина и могат самостоятелно да извършват качествена диагностика, ремонт и изпитване на нейните разпределители, вероятно са изключително малко. Точният им брой трудно може да бъде установен, но това поставя сериозен въпрос за съхраняването на практическия опит и техническите знания.

Непознаването на една спирачна система не я прави по-малко надеждна, а трудният ремонт не я прави по-малко значима. Той означава единствено, че са необходими подходящи знания, специализирана документация и практически умения.

Целта на тази публикация не е да противопоставя Oerlikon на Knorr-Bremse или на други производители. Целта е да върне вниманието към една важна част от железопътната техника, да подпомогне правилното разбиране на нейното устройство и да допринесе за съхраняването на знанията, без които качественият ремонт е невъзможен.

В железопътния транспорт традицията има стойност само когато е подкрепена с компетентност. А компетентността се доказва не с предположения за произхода на даден вентил, а със способността да се установи причината за неизправността, да се извърши правилният ремонт и да се потвърди надеждната работа на спирачната система.

Заключение

Разпределителният вентил Oerlikon е част от развитието на автоматичните железопътни спирачки и представлява важен елемент от пневматичната система на оборудваните с него превозни средства.

За правилната му поддръжка не е достатъчно да се познава общият принцип на действие. Необходими са точна идентификация на модела, познаване на конкретната конструкция, правилно изпълнение на ремонта и проверка на функционалните характеристики.

Най-важният принцип в диагностиката остава непроменен: първо се установява причината за неизправността, а след това се предприема ремонт.

Този подход намалява риска от ненужна подмяна на изправни възли, подпомага правилното използване на резервните части и осигурява по-надеждна работа на спирачната система.

В железопътния транспорт няма маловажни компоненти, когато става дума за безопасност. Всеки елемент трябва да изпълнява предназначената си функция, а всяко отклонение да бъде оценено и отстранено по технически обоснован начин.

Федя Серафиев

Експерт с над 35 години опит в диагностиката и поддръжката на железопътни спирачни системи Knorr-Bremse, Oerlikon и Wabtec. Автор на техническа литература за ремонта и изпитването на автоматични влакови спирачки, както и основател на TrainBrakes.com и Spirachki.eu.