مكابح هوائية يتم التحكم فيها إلكترونياً

تُعد المكابح الهوائية التي يتم التحكم فيها إلكترونياً نوعاً من أنظمة كبح السكك الحديدية .

تستخدم أنظمة كبح القطارات التقليدية صمامات هوائية للتحكم في قوة الكبح وتوليدها في عربات القطار على امتداده. يتكون هذا النظام التقليدي عمومًا من أنبوب كبح يمتد على طول القطار، ويزود خزانات الهواء المثبتة على كل عربة بالهواء. عند امتلاء أنبوب الكبح ومكونات العربة بالهواء، تنفك المكابح. وعندما يحتاج السائق إلى استخدام المكابح، تقوم صمامات التحكم في القاطرة بتخفيض ضغط أنبوب الكبح. ومع انخفاض ضغط أنبوب الكبح، تقوم أجزاء الخدمة في كل عربة بتحويل الهواء من خزاناتها إلى أسطوانات المكابح. ولتحرير المكابح، يقوم السائق بملء أنبوب الكبح. وقد ظلت هذه الطريقة للتحكم في مكابح عربات الشحن والركاب دون تغيير يُذكر منذ اختراعها على يد جورج وستنجهاوس عام ١٨٦٨.

يعاني نظام الكبح التقليدي من العديد من نقاط الضعف، منها زمن الاستجابة . فنظرًا لأن المهندس يتحكم في تدفق الهواء داخل وخارج أنبوب الكبح من القاطرة، فقد يستغرق الأمر ما يصل إلى دقيقتين حتى يصل تأثير الكبح إلى مؤخرة قطار شحن طويل. وقد يؤدي هذا الكبح غير المتساوي إلى تراكم قوى كبيرة بين عربات القطار.

كذلك، بما أن أنبوب الفرامل يُستخدم عادةً للتحكم في الهواء وتزويد العربات به، فإذا لم يكن المهندس حذرًا، فقد ينفد الهواء. علاوة على ذلك، ولأن المهندس لا يعلم سوى ضغط أنبوب الفرامل وتدفق الهواء إليه، فليس من السهل معرفة حالة فرامل القطار في أي وقت.

على النقيض من ذلك، يستخدم نظام الكبح الإلكتروني (ECP) أنظمة تحكم إلكترونية تُمكّن من تفعيل المكابح الهوائية في العربات. في القطار المُجهز بنظام ECP، تُزود العربات بكابل يمتد بموازاة أنبوب المكابح على طول القطار. يُستخدم هذا الكابل لتزويد المكونات الإلكترونية المُثبتة في العربات بالطاقة. كما يعمل الكابل كوسيلة اتصال تسمح للقاطرة بإرسال الأوامر إلى العربات على طول القطار وتلقي ردود الفعل منها.

يوفر نظام التحكم الإلكتروني بالفرامل (ECP) العديد من المزايا مقارنةً بنظام الفرامل التقليدي. فعلى سبيل المثال، بما أن جميع العربات تتلقى أمر الفرملة في الوقت نفسه، يتم تطبيق الفرامل بشكل موحد وفوري. وهذا يوفر تحكمًا أفضل بكثير في القطار، ويقلل مسافات التوقف، ويؤدي إلى انخفاض خطر خروج القطار عن القضبان أو انكسار وصلات الربط.

إذا انقسم القطار، يتم فصل الكابل، مما يؤدي إلى تطبيق الفرامل تلقائيًا.

بفضل نظام التحكم الإلكتروني في ضغط المكابح (ECP)، يبقى أنبوب المكابح مشحونًا أثناء التشغيل. وهذا يسمح لخزانات الهواء في العربات بالاستمرار في الشحن، مما يقلل من احتمالية نفاد هواء المكابح. علاوة على ذلك، وبما أن العربات قادرة على إرسال بيانات حالتها إلى القاطرة الأمامية، يستطيع السائق مراقبة حالة القطار ومعرفة قدرات المكابح المتاحة في أي وقت.

يمكن لـ ECPB أيضًا تطبيق الفرامل على العربات الخلفية قبل تطبيق الفرامل على العربات الأمامية بقليل، مما يقلل من الصدمة والضوضاء الناتجة عن تجمع العربات.

من المرجح أيضاً زيادة الفترات الزمنية بين اختبارات الفرامل نظراً لقدرة فرامل ECP على التشخيص الذاتي، مما سيؤدي إلى توفير كبير في التكاليف سيساعد في تغطية تكاليف تركيب النظام. ^{[ 1 ]}

تتمثل الفوائد في تحسين التحكم في الكبح، وتقليل تآكل المعدات الناتج عن الدفع والسحب بين السيارات، وتقليل مسافة التوقف، وتحسين الفواصل الزمنية بين السيارات. ^{[ 2 ]}

عند تطويرها لأول مرة، كانت مكابح ECP ذات التحكم الكهربائي تتطلب عددًا من الأسلاك على طول القطار للتحكم في الملفات اللولبية على كل عربة لتحرير المكابح، ولم تكن تُعتبر اقتصادية لنقل البضائع. تغير هذا الوضع مع إدخال أنظمة التحكم الإلكترونية، مما يسمح بنقل البيانات عبر سلك ثنائي الموصل أو لاسلكيًا من القاطرة إلى معالج دقيق في كل عربة، حيث تحافظ صمامات تعمل بالطاقة محليًا على الضغط المطلوب في كل أسطوانة مكابح. ^{[ 3 ]}

يمكن لأنظمة التحكم الإلكترونية في الطاقة (ECP) استخدام الطاقة المولدة من المحاور أو الطاقة الموزعة عبر الأسلاك. يستخدم خط سكة حديد فورتيسكيو في أستراليا الطاقة الموزعة عبر الأسلاك بجهد 200 فولت تيار مستمر . كما يضع خط فورتيسكيو أنبوبي الفرامل وكابلات التحكم/الطاقة على جانب واحد فقط من العربات، حيث تعمل القطارات كوحدات تحميل فقط، ولا يتم عكس اتجاه العربات عادةً. ^{[ 4 ]} إن وجود الأسلاك على جانب واحد يغني الطاقم عن الانحناء أسفل وصلة الربط، كما هو الحال في التكوين العادي حيث يتقاطع الخرطوم والسلك أسفل وصلة الربط.

صُممت مكابح ECP من مختلف الشركات المصنعة لتكون متوافقة فيما بينها. شركة نيويورك لمكابح الهواء ، ومقرها ووترتاون، نيويورك، هي وحدة تابعة لشركة كنور-بريمزه ، ^{[ 5 ]} ومقرها ميونيخ، ألمانيا. أما شركة واب تيك للإلكترونيات السككية، أو WRE، وهي وحدة تابعة لشركة واب تيك ، ^{[ 6 ]} فلديها مرافق في جيرمانتاون، ماريلاند، وسيدار رابيدز، أيوا.

في حالة سكة حديد فورتيسكيو، فإن فرامل ECP الجديدة غير متوافقة من نواحٍ عديدة.

• الأنابيب التي تربط العربات ببعضها مستقيمة وتوجد على جانب واحد فقط من العربة، ولا تعبر إلى الجانب الآخر أسفل وصلة الربط.
• العربات أحادية الجانب، بينما القاطرات ثنائية الجانب لزيادة المرونة. العربات أحادية الجانب لتناسب آلة تفريغ دوارة . ^{[ 7 ]}

• 1968: قامت شركة ميتسوبيشي إلكتريك بتسليم "وحدة التحكم في الفرامل الكهربائية من نوع MBS" لقطارات EMU من الفئة 7000 و 8000 التابعة لمترو أوساكا البلدي . ^{[ 8 ]}
• 1971: قطار كهربائي متعدد الوحدات من سلسلة TRTA 6000 لخط مترو تشيودا ، مع نظام فرامل متجددة ECP بالاشتراك مع دائرة التقطيع .
• 1982: قطارات EMU من سلسلة 200 التابعة لقطارات توهوكو شينكانسن وجويتسو شينكانسن (القطارات السريعة)، وهي أول مثال على نظام ECP في القطارات عالية السرعة في اليابان.
• التسعينيات: أولى التجارب على خطوط السكك الحديدية الشمالية (BN). شغّلت شركة TSM من مدينة كانساس أكثر من ثمانية قطارات لنقل الفحم والشحن متعدد الوسائط باستخدام نظام التحكم الإلكتروني "EABS" الخاص بها لخطوط السكك الحديدية الشمالية (BN) والوسطى (CP) وأمتراك (Amtrak). استحوذت شركة وابكو (Wabco) على شركة TSM في عام 1998.
• 11 أكتوبر 2007: بدأ تشغيل أول قطار تابع لشركة نورفولك ساوثرن في الولايات المتحدة الأمريكية مزود بنظام التحكم الإلكتروني في القطارات (ECP). ^{[ 9 ] [ 10 ]}
• 2007: كان من المتوقع أيضًا أن تبدأ اختبارات فرامل ECP على خط نقل الأحمال الثقيلة التابع لشركة Spoornet في ريتشاردز باي بجنوب إفريقيا ، على أن يتم تشغيلها في عام 2009. ^{[ 11 ] [ 12 ]}
• 24 يناير 2008: التجارب الأولى على شركة BNSF ^{[ 13 ]} قامت شركة BNSF بتحديث 300 عربة فحم من حوض نهر باودر باستخدام Wabtec ECP-4200. ^{[ 14 ]}
• ويجري اختبار نظام الكبح الإلكتروني (ECP) أيضاً في أستراليا. ^{[ 15 ]}
• مايو 2008: خط سكة حديد فورتيسكيو الجديد مزود بنظام التحكم الإلكتروني في المسار. ^{[ 4 ]}
• سبتمبر 2008: بدأت شركة السكك الحديدية الكندية الباسيفيكية باختبار قطارات الفحم المجهزة بنظام التحكم الإلكتروني في مسار نقل الفحم في مقاطعة كولومبيا البريطانية .
• نوفمبر 2008: وفقًا لمجلة "Railway Gazette International" ^{[ 16 ]،} من المفترض أن يكون النظامان من شركتي NYAB وWabtec متوافقين، ولكن لم تُجرَ اختبارات لتأكيد ذلك بعد. تُحدد القواعد الفيدرالية فحص مكابح الهواء العادي مرة كل 1600 كيلومتر، ولكن مع نظام ECP، يرتفع هذا الرقم إلى 5600 كيلومتر، مما يسمح برحلة ذهابًا وإيابًا من الساحل إلى الساحل بفحص واحد في القاعدة الرئيسية.
• أغسطس 2012، سكة حديد ريو تينتو - الأسطول الكامل المكون من 7500 عربة لنقل خام الحديد.
• 2013، Aurizon 3 من 12 قاطرة من فئة 6000 وعربات الفحم ^{[ 17 ]}
• أبريل 2014، جميع قواديس الفحم من شركة إكستراتا .
• أبريل 2014، عربات نقل الفحم التابعة لشركة باسيفيك ناشونال . ^{[ 17 ]}

نظام الطاقة الموزعة هو نظام يتم فيه ربط قاطرات في منتصف أو نهاية قطار ثقيل، ويتم التحكم بها عن بُعد، مبدئيًا عبر الراديو من القاطرة الأمامية. ومن بين مزاياه الأخرى، أنه يقلل من إجهاد الربط في القطارات الطويلة والثقيلة. كما يمكن استخدام أسلاك نظام التحكم الإلكتروني في الطاقة (ECP) للتحكم في هذه القاطرات الوسيطة.

• المعيار: رابطة السكك الحديدية الأمريكية S-4200 ^{[ 18 ]}
• طول القطار: 3700 متر (12000 قدم) كحد أقصى 
• العربات (أجهزة الشبكة): 180
• الطاقة الموزعة السلكية (WDP): 230 فولت تيار مستمر

في عام 2014، اقترحت إدارة السكك الحديدية الفيدرالية الأمريكية إلزام القطارات التي تنقل مواد خطرة باستخدام المكابح الإلكترونية. وقد ألغت إدارة ترامب هذا المقترح في عام 2017 بعد تعديله وإضعافه من قبل جماعات الضغط. ^{[ 19 ]}

• فرامل يتم التحكم فيها إلكترونياً - للمركبات على الطرق
• حاقن وحدة يتم التحكم فيه إلكترونياً

• تقرير FRA
• تقرير EEX (أستراليا) مؤرشف بتاريخ 20 أبريل 2013 على موقع Wayback Machine