مكابح السكك الحديدية


مكابح السكك الحديدية هي نوع من المكابح المستخدمة في عربات القطارات لتمكين التباطؤ، والتحكم في التسارع (عند النزول) ، أو تثبيتها في مكانها عند التوقف. ورغم تشابه المبدأ الأساسي مع استخدامها في المركبات البرية، إلا أن خصائصها التشغيلية أكثر تعقيدًا نظرًا للحاجة إلى التحكم في عدة عربات متصلة، ولضمان فعاليتها في المركبات التي تُركت بدون محرك . وتُعد مكابح المشابك أحد أنواع المكابح التي استُخدمت تاريخيًا في القطارات.
التطورات المبكرة
في بدايات السكك الحديدية، كانت تقنية الكبح بدائية. كانت القطارات الأولى مزودة بمكابح تعمل على عربة القاطرة وعلى عربات القطار، حيث كان "الحمّالون" أو " عمال الكبح " في الولايات المتحدة ، يقومون بتشغيل المكابح، ويتنقلون على متن العربة لهذا الغرض. قامت بعض خطوط السكك الحديدية بتزويد القاطرات بصافرة مكابح خاصة ذات صوت عميق لتنبيه الحمّالين إلى ضرورة استخدام المكابح. في تلك المرحلة من التطوير، كانت جميع المكابح تُشغّل عن طريق تشغيل برغي ووصلة بكتل مكابح مثبتة على مداسات العجلات، وكان من الممكن استخدام هذه المكابح حتى عند توقف العربات. في البداية، كان الحمّالون يتنقلون في ملاجئ بدائية خارج العربات، ولكن سرعان ما حلّ محلهم "حراس مساعدون" كانوا يتنقلون داخل عربات الركاب، وكان بإمكانهم الوصول إلى عجلة مكابح في مواقعهم. كان جهد الكبح المتاح محدودًا وغير موثوق، إذ كان استخدام المكابح من قبل الحراس يعتمد على قدرتهم على السمع والاستجابة السريعة لصافرة المكابح. [ 1 ]
كان من بين التطورات المبكرة استخدام مكابح البخار في القاطرات، حيث يُمكن تطبيق ضغط المرجل على وسادات المكابح الموجودة على عجلات القاطرة. ومع ازدياد سرعات القطارات، أصبح من الضروري توفير نظام كبح أكثر قوةً يُمكن تشغيله وإيقافه فورًا من قِبل سائق القطار، ويُطلق عليه اسم المكابح المستمرة لأنها فعّالة بشكل متواصل على طول القطار.
في المملكة المتحدة، تفاقمت حادثة قطار أبوتس ريبتون في يناير 1876 بسبب مسافات التوقف الطويلة للقطارات السريعة التي لا تحتوي على مكابح مستمرة، والتي اتضح أنها في الظروف المعاكسة قد تتجاوز بكثير تلك المفترضة عند تحديد مواقع الإشارات. [ 2 ] وقد تجلى ذلك من خلال التجارب التي أُجريت على مكابح السكك الحديدية في نيوارك في العام السابق، لمساعدة لجنة ملكية كانت تنظر آنذاك في حوادث السكك الحديدية. وبحسب ما قاله مسؤول معاصر في السكك الحديدية، فإن هذه
أظهرت الدراسات أنه في الظروف العادية، يتطلب الأمر مسافة تتراوح بين 800 و1200 ياردة لإيقاف القطار عند سيره بسرعة تتراوح بين 45.5 و48.5 ميلاً في الساعة، وهي سرعة أقل بكثير من سرعة السير المعتادة لأسرع القطارات السريعة. لم يكن مسؤولو السكك الحديدية مستعدين لهذه النتيجة، وسرعان ما تم الاعتراف بضرورة زيادة قوة الكبح بشكل كبير [ 3 ].
التجارب التي أجريت بعد أن أبلغ أبوتس ريبتون عن ما يلي لقطار سريع يطابق تقريبًا الظروف المعنية (مثل انحدار بنسبة 1 في 200، ولكن بدون كبح في ظل ظروف مواتية): [ 2 ]
| نظام الفرامل | قطار | مسافة | زمن التوقف (ثوانٍ) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| ميل في الساعة | كم/ساعة | يارد | م | ||
| مستمر (فراغ) | 45 | 72 | 410 | 370 | 26 |
| مستمر (فراغ) | 45 | 72 | 451 | 412 | 30 |
| 3 عربات فرامل | 40.9 | 65.8 | 800 | 730 | 59 |
| عربتان فرامل | 40.9 | 65.8 | 631 | 577 | 44 |
| عربتان فرامل | 45 | 72 | 795 | 727 | 55 |
| عربة فرامل واحدة | 45 | 72 | 1125 | 1029 | 70 |
مع ذلك، لم يكن هناك حل تقني واضح للمشكلة، نظراً لضرورة تحقيق معدل قوة كبح موحد نسبياً في جميع أنحاء القطار، ولضرورة إضافة وإزالة عربات من القطار في نقاط متكررة على طول الرحلة. (في ذلك الوقت، كانت القطارات الموحدة نادرة).
كانت الأنواع الرئيسية للحلول هي:
- نظام زنبركي: في عام 1853، حصل جيمس نيوال، صانع عربات سكة حديد لانكشاير ويوركشاير ، على براءة اختراع لنظام يستخدم قضيبًا دوارًا يمتد على طول القطار لشدّ مقابض الفرامل في كل عربة، وذلك بمقاومة قوة زنبركات مخروطية محمولة داخل أسطوانات. كان القضيب، المثبت على أسطح العربات في محاور مطاطية ، مزودًا بوصلات عالمية وأجزاء انزلاقية قصيرة للسماح بضغط المصدات . كانت الفرامل تُتحكم من أحد طرفي القطار. لتحرير الفرامل، كان الحارس يشد القضيب لضغط الزنبركات، والتي كانت تُثبّت بواسطة آلية سقاطة واحدة تحت سيطرته (مع العلم أنه في حالات الطوارئ، كان بإمكان السائق سحب حبل لتحرير آلية السقاطة). عند تحرير آلية السقاطة، تُفعّل الزنبركات الفرامل. في حال انقسام القطار، لم تعد آلية السقاطة في مقصورة الحارس تُثبّت الفرامل، بل كانت الزنبركات في كل عربة تُفعّل الفرامل على العجلات. حدّت المرونة الزائدة في وصلات الربط من فعالية الجهاز لخمس عربات تقريبًا؛ وكان من الضروري إضافة حواجز وحجرات فرامل إضافية في حال تجاوز هذا العدد. بيع هذا الجهاز لعدد قليل من الشركات، وحصل النظام على توصية من مجلس التجارة . أجرت شركة لانكشاير ويوركشاير تجربة متزامنة مع نظام مشابه صممه موظف آخر، تشارلز فاي، ولكن لم يُلاحظ فرق يُذكر في فعاليتهما. في نسخة فاي، الحاصلة على براءة اختراع عام 1856، مرت القضبان أسفل العربات، وتم تزويد كل فرامل بآلية دودة وسيطة لتطبيق الزنبرك المباشر . احتُفظ بالميزة "التلقائية" المهمة لنظام نيوال، ولكن آلية الدودة ضمنت عدم عمل الفرامل بقوة مفرطة عند تحريرها. كانت نسخة فاي من النظام هي التي شاركت بها الشركة في تجارب فرامل نيوارك في يونيو 1875، حيث حققت أداءً متوسطًا، عادةً ما يكون في منتصف الترتيب بين الأنظمة الثمانية التي خضعت للاختبار. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
- كانت فرامل السلسلة عبارة عن سلسلة متصلة بشكل مستمر على طول الجزء السفلي من القطار. عند شدها، تُفعّل قابض احتكاك يستخدم دوران العجلات لشد نظام الفرامل عند تلك النقطة. يعاني هذا النظام من قيود شديدة فيما يتعلق بطول القطار الذي يمكن التحكم به (حيث تضعف قوة الكبح بشكل ملحوظ بعد العربة الثالثة)، وفي تحقيق ضبط دقيق (نظرًا للارتخاء المطلوب في وصلات الدبابيس ، وهو ما لا يمكن لسلسلة ثابتة الطول مراعاته). في الولايات المتحدة، طُوّرت فرامل السلسلة بشكل مستقل وحصلت على براءة اختراع من قبل لوسيوس ستيبينز من هارتفورد، كونيتيكت عام 1848، وويليام لوغريج من ويفرتون، ماريلاند عام 1855. [ 9 ] عُرفت النسخة البريطانية باسم فرامل كلارك وويب، نسبةً إلى جون كلارك الذي طوّرها خلال أربعينيات القرن التاسع عشر، وفرانسيس ويليام ويب الذي أتقنها عام 1875. [ 10 ] استمر استخدام فرامل السلسلة حتى سبعينيات القرن التاسع عشر في أمريكا [ 9 ] وتسعينيات القرن التاسع عشر في المملكة المتحدة. [ 10 ]
- تعتبر فرامل هيبرلين نوعًا مميزًا من فرامل السلسلة الشائعة في ألمانيا، حيث تستخدم كابلًا علويًا بدلاً من سلسلة متصلة من الأسفل.
- المكابح الهيدروليكية. كان ضغط التشغيل لتطبيق المكابح ينتقل هيدروليكيًا (كما هو الحال مع مكابح السيارات). وقد لاقت هذه المكابح رواجًا في المملكة المتحدة (على سبيل المثال، مع خطوط سكك حديد ميدلاند وغريت إيسترن )، ولكن كان يُستخدم الماء كسائل هيدروليكي، وحتى في المملكة المتحدة، كانت احتمالات التجمد تُشكل عائقًا أمام استخدام المكابح الهيدروليكية، على الرغم من أن خط سكة حديد غريت إيسترن، الذي استخدمها لفترة من الوقت، تغلب على هذه المشكلة باستخدام الماء المالح. [ 11 ]

- نظام التفريغ البسيط. يقوم جهاز طرد الهواء في القاطرة بتوليد فراغ في أنبوب متصل على طول القطار، مما يسمح لضغط الهواء الخارجي بتشغيل أسطوانات الفرامل في كل عربة. كان هذا النظام رخيصًا وفعالًا للغاية، لكن نقطة ضعفه الرئيسية كانت تعطلّه في حال انقسام القطار أو تمزق أنبوب القطار.
- نظام المكابح الفراغية الأوتوماتيكي. يشبه هذا النظام نظام المكابح الفراغية البسيط، إلا أنه يُفرغ خزانات الفراغ في كل عربة عند توليد فراغ في أنبوب القطار، مما يؤدي إلى تحرير المكابح. عند ضغط السائق على المكابح، يسمح صمام المكابح بدخول الهواء الجوي إلى أنبوب القطار، فيضغط هذا الهواء على المكابح مُعاكسًا الفراغ في خزانات الفراغ. وباعتباره نظام مكابح أوتوماتيكي، فإنه يُفعّل قوة الكبح في حال انقسام القطار أو تمزق أنبوب القطار. أما عيبه، فيتمثل في الحاجة إلى خزانات فراغية كبيرة في كل عربة، وقد اعتُبر حجمها الكبير وآلياتها المعقدة نسبيًا غير مرغوب فيها.
- نظام مكابح الهواء من ويستنجهاوس . في هذا النظام، تُزود كل عربة بخزانات هواء، حيث يقوم القاطرة بشحن أنبوب القطار بضغط هواء موجب، مما يؤدي إلى تحرير مكابح العربة وشحن خزانات الهواء. عند ضغط السائق على المكابح، يقوم صمام المكابح بتحرير الهواء من أنبوب القطار، وتقوم صمامات ثلاثية في كل عربة برصد انخفاض الضغط، فتُدخل الهواء من خزانات الهواء إلى أسطوانات المكابح، مما يؤدي إلى تفعيل المكابح. يستخدم نظام ويستنجهاوس خزانات هواء وأسطوانات مكابح أصغر من تلك المستخدمة في معدات التفريغ، نظرًا لإمكانية استخدام ضغط هواء مرتفع نسبيًا. مع ذلك، يتطلب النظام ضاغط هواء لتوليد الهواء المضغوط، وفي بدايات السكك الحديدية، كان هذا يتطلب ضاغط هواء بخاري ترددي كبير، وهو ما اعتبره العديد من المهندسين غير مرغوب فيه. ومن عيوبه الأخرى ضرورة تحرير المكابح بالكامل قبل إعادة تشغيلها، حيث لم يكن هناك في البداية نظام "تحرير تدريجي"، مما أدى إلى وقوع العديد من الحوادث أثناء انقطاع قوة المكابح مؤقتًا. [ 13 ]
ملاحظة: هناك عدد من المتغيرات والتطورات لجميع هذه الأنظمة.
أظهرت تجارب نيوارك أن أداء فرامل الهواء من ويستنجهاوس كان متفوقًا بشكل واضح: [ 14 ] ولكن لأسباب أخرى [ 15 ] تم اعتماد نظام الفراغ بشكل عام في السكك الحديدية في المملكة المتحدة.
| نظام الفرامل | وزن القطار مع المحرك | قطار | مسافة التوقف | حان وقت التوقف (التوقفات) | تباطؤ | قضبان | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| أطنان طويلة | أطنان | ميل في الساعة | كم/ساعة | يارد | م | ز | م/ث 2 | |||
| ويستنجهاوس أوتوماتيكي | 203 طن 4 قنطار | 206.5 | 52 | 84 | 304 | 278 | 19 | 0.099 | 0.97 | جاف |
| كلارك الهيدروليكي | 198 طن 3 قنطار | 201.3 | 52 | 84 | 404 | 369 | 22.75 | 0.075 | 0.74 | جاف |
| مكنسة سميث الكهربائية [ 13 ] | 262 طن 7 قنطار | 266.6 | 49.5 | 79.7 | 483 | 442 | 29 | 0.057 | 0.56 | جاف |
| سلسلة متاجر كلارك آند ويب | 241 طن 10 قنطار | 245.4 | 47.5 | 76.4 | 479 | 438 | 29 | 0.056 | 0.55 | جاف |
| نظام باركر الهيدروليكي | 210 طن 2 قنطار | 213.5 | 50.75 | 81.67 | 516 | 472 | 32 | 0.056 | 0.55 | جاف |
| مكنسة كهربائية من ويستنجهاوس | 204 طن 3 قنطار | 207.4 | 52 | 84 | 576 | 527 | 34.5 | 0.052 | 0.51 | مبتل |
| فاي الميكانيكية | 186 طن 3 قنطار | 189.1 | 44.5 | 71.6 | 388 | 355 | 27.5 | 0.057 | 0.56 | مبتل |
| هواء ستيل وماكينيس | 197 طن 7 قنطار | 200.5 | 49.5 | 79.7 | 534 | 488 | 34.5 | 0.051 | 0.50 | مبتل |
الممارسة البريطانية اللاحقة
في الممارسة البريطانية، كانت قطارات الركاب فقط هي التي تم تجهيزها بفرامل مستمرة حتى حوالي عام 1930؛ أما قطارات البضائع والمعادن فكانت تسير بسرعة أبطأ وتعتمد على قوة الفرامل من القاطرة والعربة وعربة الفرامل - وهي مركبة ثقيلة موجودة في الجزء الخلفي من القطار ويشغلها حارس .
كانت عربات نقل البضائع والمعادن مزودة بمكابح يدوية تُشغل بواسطة ذراع يدوي من قبل طاقم على الأرض. استُخدمت هذه المكابح عند الضرورة أثناء توقف العربات، وكذلك عند نزول القطارات منحدرًا حادًا. يتوقف القطار عند قمة المنحدر، ويتقدم الحارس لتثبيت مقابض المكابح، ما يؤدي إلى تفعيل المكابح جزئيًا أثناء النزول. كانت عربات البضائع الأولى مزودة بمقابض مكابح على جانب واحد فقط، ولكن منذ حوالي عام 1930، أصبح من الضروري وجود مقابض مكابح على كلا جانبي عربات البضائع. وُصفت القطارات التي تحتوي على عربات مزودة بمكابح يدوية بأنها "غير مجهزة": وقد استُخدمت في بريطانيا حتى حوالي عام 1985. منذ حوالي عام 1930، تم إدخال القطارات شبه المجهزة، حيث وُضعت عربات البضائع المزودة بمكابح مستمرة بجانب القاطرة، ما يوفر قوة كبح كافية للسير بسرعات أعلى من القطارات غير المجهزة. في تجربة أُجريت في يناير 1952، قطع قطار فحم مكون من 52 عربة، يزن 850 طنًا، مسافة 204 كيلومترات (127 ميلًا) بمتوسط سرعة 61 كيلومترًا في الساعة (38 ميلًا في الساعة) ، مقارنةً بالسرعة القصوى المعتادة على خط ميدلاند الرئيسي البالغة 40 كيلومترًا في الساعة (25 ميلًا في الساعة) لقطارات الشحن غير المجهزة. [ 16 ] في عام 1952، كانت 14% من العربات المكشوفة، و55% من العربات المغطاة، و80% من عربات نقل الماشية مزودة بمكابح هوائية. [ 17 ]
في بدايات استخدام قاطرات الديزل ، كان يتم تركيب عربة فرامل مصممة خصيصًا لزيادة قوة الكبح عند جرّ قطارات غير مجهزة. وكانت عربة الفرامل منخفضة، بحيث يتمكن السائق من رؤية السكة والإشارات أمامه حتى لو تم دفعها أمام القاطرة، وهو ما كان يحدث غالبًا.
بحلول عام 1878، كان هناك أكثر من 105 براءات اختراع في مختلف البلدان لأنظمة الكبح، ولم يتم اعتماد معظمها على نطاق واسع. [ 18 ]
الفرامل المستمرة
مع ازدياد أحمال القطارات وانحداراتها وسرعاتها، أصبحت المكابح مشكلة أكثر أهمية. في أواخر القرن التاسع عشر، بدأت تظهر مكابح مستمرة أفضل بكثير. كان أول نوع من المكابح المستمرة هو مكابح السلسلة [ 19 ] التي تستخدم سلسلة تمتد على طول القطار لتشغيل المكابح على جميع العربات في وقت واحد.
سرعان ما حلت المكابح الهوائية أو المكابح التي تعمل بالشفط محل مكابح السلسلة . تستخدم هذه المكابح خراطيم تربط جميع عربات القطار، مما يسمح للسائق بتشغيل المكابح أو إيقافها بصمام واحد في القاطرة.
يمكن أن تكون هذه المكابح المستمرة بسيطة أو أوتوماتيكية، ويكمن الفرق الأساسي في ما يحدث في حال انقسام القطار إلى نصفين. ففي المكابح البسيطة، يلزم الضغط لتفعيلها، وتُفقد قوة الكبح بالكامل إذا انقطع الخرطوم المستمر لأي سبب. ولذلك، تصبح المكابح البسيطة غير الأوتوماتيكية عديمة الفائدة عند وقوع كارثة حقيقية، كما يتضح من كارثة قطار أرماغ .
من ناحية أخرى، تستخدم المكابح الأوتوماتيكية ضغط الهواء أو الفراغ لإيقاف تشغيلها مقابل خزان موجود في كل عربة، والذي يقوم بتفعيل المكابح في حال فقدان الضغط/الفراغ في أنبوب القطار . وبالتالي، فإن المكابح الأوتوماتيكية تتمتع بقدر كبير من الأمان ، على الرغم من أن الإغلاق الخاطئ لصنابير الخراطيم قد يؤدي إلى حوادث مثل حادثة محطة غار دو ليون .
يتميز نظام الفرامل الهوائية القياسي من ويستنجهاوس بتحسين إضافي يتمثل في صمام ثلاثي وخزان محلي في كل عربة، مما يتيح تطبيق الفرامل بالكامل مع انخفاض طفيف فقط في ضغط الهواء، مما يقلل الوقت اللازم لتحرير الفرامل حيث لا يتم تفريغ كل الضغط إلى الغلاف الجوي.
لا تزال المكابح غير الأوتوماتيكية تلعب دورًا في المحركات والعربات القليلة الأولى، حيث يمكن استخدامها للتحكم في القطار بأكمله دون الحاجة إلى تطبيق المكابح الأوتوماتيكية.
الأنواع
هذه ليست قائمة كاملة بجميع أنواع مكابح السكك الحديدية، ولكنها تتضمن معظم الأمثلة الشائعة.
مكابح ميكانيكية
معظم وحدات الجر، وعربات الركاب، وبعض عربات الشحن مُجهزة بفرامل يدوية للتوقف. تعمل هذه الفرامل مباشرةً (ميكانيكيًا) على وصلة فرامل المركبة. يمنع تفعيل هذه الفرامل دوران العجلات بشكل مستقل عن الفرامل الهوائية ، ولذلك فهي مناسبة لتثبيت عربات الشحن والقطارات المتوقفة ومنع حركتها غير المقصودة. لا يُمكن استخدام سوى الفرامل الميكانيكية لهذا الغرض، إذ لا يُمكن الحفاظ على قوة تثبيت الفرامل الهوائية بشكل دائم دون وجود ضاغط هواء يعمل.
يوجد نوعان. يُستخدم فرامل اليد، التي يمكن تشغيلها على متن المركبة، أولاً لمنعها من التدحرج، وثانياً لتنظيم السرعة في بعض عمليات المناورة ، ولإيقاف القطارات في حال تعطل الفرامل الأوتوماتيكية. عادةً ما تُصمم فرامل اليد على شكل لولب، ويتم تشغيلها من منصة عامل الفرامل، أو من داخل عربة الركاب، عادةً من منطقة المدخل. في عربات الشحن التابعة لشركة UIC، يكون ثقل الكبح محاطًا بإطار أبيض (أبيض مثل باقي كتابة الفرامل، أو أسود على خلفية بيضاء أو فاتحة اللون). أما فرامل اليد في عربات الوقود وقاطرات الخزانات، فغالبًا ما تُصمم على شكل فرامل ثقل موازن .
لا يُناسب فرامل التوقف اليدوية إلا تثبيت عربات السكك الحديدية الثابتة ومنعها من التدحرج. ويمكن تصميمها على شكل عجلة يدوية أو فرامل زنبركية .
غالباً ما يتم تركيب فرامل ذات آلية تروس تعتمد على الاتجاه في المركبات على خطوط السكك الحديدية المسننة. وهي تعمل فقط عند النزول. أما عند الصعود، فيتم تحرير فرامل التروس المطبقة بواسطة آلية تروس، مما يمنع القطار من التدحرج للخلف.
فرامل هوائية وفرامل تعمل بالشفط

في أوائل القرن العشرين، استخدمت العديد من خطوط السكك الحديدية البريطانية مكابح التفريغ بدلاً من مكابح الهواء المستخدمة في معظم أنحاء العالم. وتتمثل الميزة الرئيسية للتفريغ في إمكانية توليده بواسطة قاذف بخاري بدون أجزاء متحركة (والذي يمكن تشغيله بواسطة بخار قاطرة بخارية )، بينما يتطلب نظام مكابح الهواء ضاغطًا معقدًا ومزعجًا .
مع ذلك، يمكن جعل مكابح الهواء أكثر فعالية بكثير من مكابح التفريغ الهوائي لنفس حجم أسطوانة المكابح. عادةً ما يكون ضاغط مكابح الهواء قادرًا على توليد ضغط يصل إلى 90 رطل لكل بوصة مربعة (620 كيلو باسكال ؛ 6.2 بار ) مقابل 15 رطل لكل بوصة مربعة فقط (100 كيلو باسكال؛ 1.0 بار) في نظام التفريغ الهوائي. في نظام التفريغ الهوائي، يكون أقصى فرق ضغط هو الضغط الجوي ( 14.7 رطل لكل بوصة مربعة أو 101 كيلو باسكال أو 1.01 بار عند مستوى سطح البحر، وأقل عند الارتفاعات العالية). لذلك، يمكن لنظام مكابح الهواء استخدام أسطوانة مكابح أصغر بكثير من نظام التفريغ الهوائي لتوليد نفس قوة الكبح. تزداد هذه الميزة لمكابح الهواء في المرتفعات العالية، كما هو الحال في بيرو وسويسرا حيث تُستخدم مكابح التفريغ الهوائي اليوم في خطوط السكك الحديدية الثانوية. وقد ساهمت الفعالية العالية لمكابح الهواء وتراجع استخدام قاطرات البخار في انتشارها على نطاق واسع؛ ومع ذلك، لا يزال نظام الكبح بالتفريغ الهوائي مستخدمًا في الهند والأرجنتين وجنوب إفريقيا ، ولكن من المتوقع أن يتراجع استخدامه في المستقبل القريب . انظر إلى كتاب "سكك حديد العالم" لجين .
تظهر الاختلافات المرئية بين النظامين في أن مكابح الهواء تعمل بضغط عالٍ، حيث تكون خراطيم الهواء في نهايات عربات القطار صغيرة القطر؛ بينما تعمل مكابح التفريغ بضغط منخفض، وتكون خراطيم الهواء في نهايات عربات القطار أكبر قطرًا. تُغلق مكابح الهواء في العربات الخارجية للقطار باستخدام صنبور. أما مكابح التفريغ في العربات الخارجية للقطار، فتُغلق بسدادات ثابتة ("أختام") يُوضع عليها الطرف المفتوح لأنبوب التفريغ. ويُحكم إغلاق الأنبوب بواسطة التفريغ على حلقة مطاطية، مع وجود دبوس لتثبيت الأنبوب في مكانه عند انخفاض التفريغ أثناء الكبح. [ 20 ] [ 21 ]
تحسينات على نظام الفرامل الهوائية
من التحسينات التي أُدخلت على نظام المكابح الهوائية الأوتوماتيكية وجود خرطوم هواء ثانٍ (الخزان الرئيسي أو الخط الرئيسي) على طول القطار لإعادة شحن خزانات الهواء في كل عربة. ويمكن استخدام ضغط الهواء هذا أيضًا لتشغيل أبواب التحميل والتفريغ في عربات القمح والفحم والصابورة . أما في عربات الركاب ، فيُستخدم أنبوب الخزان الرئيسي أيضًا لتزويد الهواء اللازم لتشغيل الأبواب ونظام التعليق الهوائي.
مكابح الضغط المعاكس
مكابح الضغط المعاكس هي نوع من مكابح قاطرات البخار، تعمل على كبح القاطرة باستخدام أسطوانات القيادة. وتعمل هذه المكابح عن طريق استخدام الأسطوانات كضواغط هواء، وتحويل الطاقة الحركية إلى حرارة.
مكابح ديناميكية
من السمات الشائعة في القاطرات الكهربائية والديزل الكهربائية وجود الفرامل الديناميكية؛ حيث تعمل هذه الفرامل باستخدام المحركات الكهربائية التي تدير العجلات عادةً كمولد كهربائي، مما يؤدي إلى إبطاء القطار.
مكبح التيار الدوامي
تعمل مكابح التيارات الدوامية على إبطاء أو إيقاف القطار عن طريق توليد تيارات دوامية وبالتالي تبديد طاقته الحركية على شكل حرارة.
المكابح الكهروهوائية

يستخدم نظام الفرامل الكهربائية عالي الأداء "أنبوب خزان رئيسي" لتزويد جميع خزانات الفرامل في القطار بالهواء، حيث يتم التحكم بصمامات الفرامل كهربائيًا بواسطة دائرة تحكم ثلاثية الأسلاك. عند فصل السلك، تُفعّل الفرامل تلقائيًا، مما يحافظ على خاصية الأمان في أنظمة الفرامل الأخرى. يوفر هذا النظام ما بين أربعة وسبعة مستويات للفرملة، حسب فئة القطار. كما يسمح بتفعيل الفرامل بشكل أسرع، حيث تنتقل إشارة التحكم الكهربائية فورًا إلى جميع عربات القطار، بينما قد يستغرق تغير ضغط الهواء الذي يُفعّل الفرامل في النظام التقليدي عدة ثوانٍ أو عشرات الثواني للوصول إلى مؤخرة القطار. مع ذلك، لا يُستخدم هذا النظام في قطارات الشحن نظرًا لتكلفته.
مكابح هوائية يتم التحكم فيها إلكترونياً
تُعدّ المكابح الهوائية المُتحكَّم بها إلكترونيًا (ECP) ابتكارًا أمريكيًا ظهر في أواخر القرن العشرين للتعامل مع قطارات الشحن الطويلة والثقيلة جدًا، وهي تطوير للمكابح الكهربائية (EP) مع مستوى تحكم أعلى. إضافةً إلى ذلك، تُرسَل معلومات حول حالة المكابح في كل عربة إلى لوحة تحكم السائق.
في نظام التحكم الإلكتروني بالجهد (ECP)، يتم تركيب خط طاقة وتحكم يربط بين عربات القطار من المقدمة إلى المؤخرة. تنتقل إشارات التحكم الكهربائية بشكل فوري وفعال، على عكس تغيرات ضغط الهواء التي تنتقل بسرعة بطيئة نسبياً، محدودة عملياً بمقاومة تدفق الهواء في الأنابيب. يسمح هذا النظام بتفعيل مكابح جميع العربات في وقت واحد، أو حتى من المؤخرة إلى المقدمة بدلاً من المقدمة إلى المؤخرة. يمنع هذا النظام العربات الخلفية من دفع العربات الأمامية، مما يؤدي إلى تقليل مسافة التوقف وتآكل المعدات.
تتوفر في أمريكا الشمالية علامتان تجاريتان لفرامل ECP، إحداهما من إنتاج شركة نيويورك إير بريك والأخرى من إنتاج شركة واب تيك . هذان النوعان قابلان للتبديل.
مكابح هيبرلين
مكابح هيبرلاين هي مكابح سكك حديدية مستمرة تُستخدم في ألمانيا، وتُفعّل بواسطة كابل ميكانيكي. وبالتالي، يبدأ كبح القطار مركزياً من القاطرة باستخدام رافعة. يؤدي ذلك إلى تفعيل مشابك المكابح على كل عربة على حدة، بمساعدة نظام مؤازر يستفيد من دوران المحور. وتعمل المكابح تلقائياً في حال انقطاع الكابل.
مكابح بخارية
مكابح البخار هي نوع من أنواع المكابح المستخدمة في قاطرات البخار وعربات نقل الفحم الخاصة بها، حيث تعمل أسطوانة البخار مباشرة على وصلات المكابح.
قابلية الانعكاس
يمكن تبسيط وصلات الفرامل بين العربات إذا كانت العربات تشير دائمًا إلى نفس الاتجاه. ويُستثنى من ذلك القاطرات التي غالبًا ما تُدار على منصات دوارة أو مثلثات .
على خط سكة حديد فورتيسكيو الذي افتُتح عام ٢٠٠٨، تُشغَّل العربات في مجموعات، مع تغيير اتجاهها عند منعطف الميناء. وتكون وصلات خط السكك الحديدية الشرقية (ECP) على جانب واحد فقط، وهي أحادية الاتجاه.
حوادث الفرامل
قد تؤدي الفرامل المعيبة أو غير المستخدمة بشكل صحيح إلى خروج القطار عن السيطرة ؛ وفي بعض الحالات تسبب ذلك في حوادث قطارات :
- حادثة خروج قطار عن القضبان في لاك ميغانتيك ، كيبيك (2013)، حيث تم ضبط فرامل اليد بشكل غير صحيح [ 22 ] على قطار نفط خام متوقف بدون رقابة ، وانحرفت عربات الصهاريج عن مسارها وسقطت على منحدر بسبب السرعة الزائدة على منعطف في وسط المدينة، مما أدى إلى انسكاب خمسة ملايين لتر (1,100,000 جالون إمبراطوري ؛ 1,300,000 جالون أمريكي ) من النفط وتسبب في حرائق أودت بحياة 47 شخصًا.
- جمهورية الكونغو الديمقراطية غرب كانانغا (2007) - 100 قتيل. [ 23 ]
- كارثة قطار إيغاندو ، تنزانيا (2002) – انطلق القطار إلى الخلف – 281 قتيلاً.
- كارثة قطار تينغا ، موزمبيق (2002) – انطلاق القطار للخلف – مقتل 192 شخصًا.
- كارثة قطار سان برناردينو ، كاليفورنيا (1989) – تعطلت مكابح قطار شحن مما أدى إلى اصطدامه بالمنازل
- حادث قطار في محطة ليون ، فرنسا (1988) - تم إغلاق الصمام عن طريق الخطأ مما أدى إلى خروج القطار عن السيطرة.
- كارثة القطار رقم 183 ، فيتنام (1982) - تسبب تخريب المكابح في انقلاب القطار بالقرب من محطة باو كا - مما أسفر عن مقتل أكثر من 200 شخص.
- حادث قطار تشيستر العام ، المملكة المتحدة (1972) - تعطلت مكابح قطار وقود فاصطدم بوحدة قطار ديزل متوقفة
- تشابل-إن-لو-فريث ، بريطانيا العظمى (1957) - تسبب أنبوب البخار المكسور في استحالة قيام الطاقم بتطبيق الفرامل.
- حادث قطار فيديكس ، محطة الاتحاد، واشنطن العاصمة، (1953) - صمام مغلق بواسطة لوحة عازلة مصممة بشكل سيئ.
- كارثة قطار توري ديل بيرزو ، إسبانيا (1944) - تعطلت الفرامل في قطار ركاب مكتظ اصطدم بقطار آخر في نفق؛ وكان قطار ثالث غير مدرك للأمر فاصطدم به أيضًا.
- حادثة خروج قطار عن مساره في سان ميشيل دو مورين ، فرنسا 1917 - قطار جامح على منحدر بنسبة 3.3%، مع وجود فرامل هوائية في 3 عربات فقط من أصل 19 عربة، وقاطرة غير قادرة على إبقاء القطار دون السرعة المسموح بها - 700 قتيل.
- كارثة قطار أرماغ ، أيرلندا الشمالية (1889) - أدى خروج القطار عن السيطرة إلى تغيير في القانون.
- حادث تحطم قطار شيبتون أون تشيرويل ، أكسفورد (1874) - ناجم عن كسر في عجلة العربة.
معرض
قاطرة من أوغندا مزودة بخرطوم فرامل هواء صغير فوق وصلة التوصيل وصنبور- فرامل هوائية يونانية، خرطوم رفيع في الأعلى وصنبور
انظر أيضاً
المصنعين
- مجموعة شركات رين (شركة رين لبطانات الفرامل المحدودة)، تشيناي، تاميل نادو، الهند
- شركة ويستنجهاوس لفرامل الهواء (WABCO)، والتي أصبحت فيما بعد شركة واب تيك ، الولايات المتحدة الأمريكية
- شركة فايفلي للنقل ، فرنسا [ 25 ]
- أنظمة مركبات السكك الحديدية كنور-بريمزه ، ألمانيا
- شركة وستنجهاوس للفرامل والإشارات المحدودة (وهي الآن قسم من شركة كنور-بريمزه)، المملكة المتحدة
- شركة نيويورك إير بريك (وهي الآن قسم من شركة كنور-بريمزه)، الولايات المتحدة الأمريكية
- إم تي زد ترانسماش ، روسيا [ 26 ]
- شركة MZT HEPOS، مقدونيا [ 27 ] (وهي الآن قسم من شركة Wabtec)
- شركة ميتسوبيشي إلكتريك ، اليابان
- نابتيسكو، اليابان [ 28 ]
- ديلنر ، السويد [ 29 ]
- أفلينك ، جنوب أفريقيا [ 30 ]
- قطارات النقل الخفيف من شركة هانينج آند كاهل المحدودة ، فرامل هيدروليكية ومكونات تحكم، ألمانيا [ 24 ]
- فويت ، ألمانيا [ 31 ]
- شركة يوجين للآلات المحدودة، كوريا الجنوبية [ 32 ]
مراجع
- ↑ وارد، أنتوني (صيف 2006). "جورج وستنجهاوس وفرامله". الخط المشترك: مجلة جمعية سكة حديد ميدلاند وغريت نورثرن . العدد 130. الصفحات 45-48 . الرقم الدولي الموحد للدوريات 1742-2426 .
- 1 2 تايلر، إتش دبليو (1876). "تقرير لجنة التحقيق في ملابسات حادث التصادم المزدوج على خط سكة حديد غريت نورثرن الذي وقع في أبوتس ريبتون في 21 يناير 1876" (ملف PDF) . أرشيف السكك الحديدية . لندن: HMSO . تاريخ الاطلاع: 18 مارس 2020 .
- ↑ تي إي هاريسون (كبير مهندسي سكة حديد الشمال الشرقي في ذلك الوقت، وثيقة ديسمبر 1877 مقتبسة (صفحة 193) في كتاب إف إيه إس براون، مهندسو سكة حديد الشمال العظيم، المجلد الأول: 1846-1881، جورج ألين وأونوين، لندن، 1966: (لأولئك الذين يعتقدون أنه كان ينبغي على الفيكتوريين إدخال التحويلات المترية: عند سرعات تتراوح بين 45.5 ميلًا في الساعة (73.2 كم/ساعة) و 48.5 ميلًا في الساعة (78.1 كم/ساعة)، كانت مسافات التوقف تتراوح بين 800 ياردة (730 مترًا) و 1200 ياردة (1100 مترًا) )
- ↑ "براءة اختراع نيوال لتحسينات في مكابح السكك الحديدية، إلخ". دليل اختراعات براءات الاختراع . 23 (1). لندن: ألكسندر ماكنتوش: 4 يناير 1854.
- ↑ وينشيب، إيان ر. (1987). "قبول المكابح المستمرة على خطوط السكك الحديدية في بريطانيا". في سميث، نورمان أ. ف. (محرر). تاريخ التكنولوجيا . المجلد 11. لندن: مانسيل. ISBN 978-1-3500-1847-1.
- ↑ "المقدمة". دليل برادشو العام للسكك الحديدية، دليل المساهمين، الدليل والتقويم ( الطبعة السادسة عشرة). لندن. 1864.
{{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط ) - ↑ "تجارب الفرامل المستمرة". صحيفة التايمز . العدد 28354. 29 يونيو 1875. ص 4.
- ↑ "الفرامل المستمرة". صحيفة التايمز . لندن. 24 نوفمبر 1876. ص 3.
- 1 2 وايت، جون هـ. الابن (1985). عربة ركاب السكك الحديدية الأمريكية . المجلد 2. بالتيمور، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ص 545. ISBN 9780801827471.
- 1 2 "كلارك وويب" . دليل غريس لتاريخ الصناعة البريطانية . 2 مارس 2016.
- ↑ إليس، هاميلتون (1949). عربات السكك الحديدية في القرن التاسع عشر . لندن: دار النشر للنقل الحديث. ص 58. قامت شركة ميدلاند بتوريد القطارات المزودة بفرامل هيدروليكية والتي تم اختبارها في نيوارك (انظر أدناه).
- ↑ "مرحباً بكم في Saskrailmuseum.org" . اتصل بنا . ١١ سبتمبر ٢٠٠٨. مؤرشف من الأصل في ١٥ أكتوبر ٢٠٠٨. تم الاطلاع عليه في ٣ أكتوبر ٢٠٠٨ .
- 1 2 مكبح فراغي "بسيط"، بدون خاصية أمان ضد الأعطال، اخترعه جيمس يونغ سميث في الولايات المتحدة. سيمونز، جاك ؛ بيدل، جوردون (1997). موسوعة أكسفورد لتاريخ السكك الحديدية البريطانية . أكسفورد، إنجلترا: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 42. ISBN 978-0-19-211697-0.
- ↑ البيانات أدناه مأخوذة من إليس، هاميلتون (1949). عربات السكك الحديدية في القرن التاسع عشر . لندن: دار النشر للنقل الحديث. ص 59. - مرتبة حسب الجدارة بعد مراعاة وزن القطار - الأنظمة المكتوبة بخط مائل لم تكن متصلة تمامًا
- ↑ بساطة الهندسة كسبب تقني؛ ولكن يبدو أن هناك أسبابًا غير تقنية قوية تتعلق بمهارة ويستنجهاوس في التسويق.
- ↑ مجلة السكك الحديدية، مارس 1952، صفحة 210
- ↑ مجلة السكك الحديدية، مارس 1952، صفحة 145
- ↑ "اختراق براءة اختراع ميليجان" . أرجوس (ملبورن، فيكتوريا : 1848 - 1957) . 6 سبتمبر 1878. ص 3.
- ↑ "(نسخة إلى) مسرد المصطلحات لجمعية LNWR" . lnwrs.org.uk . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2018 .
- ↑ هارفي، آر إف (1957). دليل سائقي قاطرات البخار في السكك الحديدية . لندن: هيئة النقل البريطانية . ص 144. OCLC 505163269 .
- ↑ تشغيل السكك الحديدية : تعليمات عامة لفحص وصيانة القاطرات ورافعات القاطرات . واشنطن: مكتب الطباعة الحكومي الأمريكي. 1945. ص 101. OCLC 608684085 .
- ↑ هافستراتر، بي جيه (8 يوليو 2013). "نظرة معمقة: كيف هرب قطار ودمر بلدة كندية" . رويترز . تم الاطلاع عليه في 9 يوليو 2013 .
- ↑ "عدد ضحايا تحطم الطائرة في جمهورية الكونغو الديمقراطية يتجاوز 100"" . بي بي سي نيوز . 2 أغسطس 2007. تم الاطلاع عليه في 22 مايو 2010 .
- 1 2 "هانينغ وكال" . hanning-kahl.en . تم الاسترجاع في 16 مارس 2018 .
- ↑ شركة فايفلي للنقل
- ↑ "MTZ TRANSMASH" . mtz-transmash.ru . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يوليو 2020 .
- ↑ "MZT Hepos" . hepos.com.mk . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 مايو 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2018 .
- ↑ "شركة نابتيسكو - نابتيسكو" . www.nabtesco.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 أبريل 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2018 .
- ↑ "موصلات ديلنر - تكنولوجيا السكك الحديدية" . مؤرشف من الأصل في 20 مايو 2009. تم الاطلاع عليه في 24 فبراير 2009 .—
- ↑ "السكك الحديدية" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-06-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25-03-2009 .
- ↑ "Voith - الصفحة الرئيسية" . voith.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2018 .
- ↑ "شركة يوجين للآلات" . yujinltd.co.kr . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18 يوليو 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2018 .
مصادر
- هيئة النقل البريطانية ، لندن (1957: 142). دليل سائقي قاطرات البخار للسكك الحديدية
للمزيد من القراءة
- مارش، جي إتش وشارب، إيه سي. تطوير مكابح السكك الحديدية. الجزء الأول 1730-1880، مجلة هندسة السكك الحديدية 2(1) 1973، 46-53؛ الجزء الثاني 1880-1940، مجلة هندسة السكك الحديدية 2(2) 1973، 32-42
- وينشيب، آي آر. قبول المكابح المستمرة على خطوط السكك الحديدية في بريطانيا. تاريخ التكنولوجيا 11 1986، 209-248. يغطي التطورات من حوالي عام 1850 إلى عام 1900.
روابط خارجية
- ريل تك
- إصلاح فرامل واكا
- الفرامل
- تاريخ النقل بالسكك الحديدية
- مكابح السكك الحديدية
