transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Hamulce pneumatyczne > Hamulec pneumatyczny typu pośredniego działania (zespolony)

Hamulec pneumatyczny typu pośredniego działania (PN) ten jest zasadniczym hamulcem stosowanym w pojazdach kolejowych zgodnie z wymagniami karty UIC 540. Jego działanie polega na tym, że działa na wszystkie pojazdy włączone w skład pociągu (stąd nazwa "zespolony") i w normalnym trybie pracy uruchamiany jest z jednego miejsca, czyli z kabiny maszynisty poprzez ręczny manipulator zwany zaworem (kranem) hamulcowym, a w nowoczesnych pojazdach trakcyjnych nastawnikiem hamulcowym. Różnice pomiędzy zaworem, a nastawnikiem wyjaśniam przy opisie przebiegu hamowania.
Ten rodzaj hamulca został wynaleziony przez amerykańskiego wynalazcę Georga Westinghousa w 1869 roku i jego podstawowa zasadza działania jest do dnia dzisiejszego niezmienna.
Hamulec ten jest hamulcem samoczynnym (automatycznym) typu pośredniego działania, to znaczy do cylindrów (siłowników) hamulcowych nie jest wtłaczanie ciśnienie bezpośrednio z przewodu zasilającego lecz z zasobnika ciśnienia, którym jest specjalny zbiornik pneumatyczny, zwany zbiornikiem pomocniczym.
Hamulec zespolony ma dwie istotne cechy, zapewniające wysoki poziom bezpieczeństwa - są nimi samoczynność działania i niewyczerpalność.

Samoczynność polega na tym, że ubytek ciśnienia w przewodzie głównym samoczynnie wdraża hamowanie.

Niewyczerpalność polega na tym, że zbiorniki pomocnicze, czyli zasobniki ciśnienia (zbiorniki pomocnicze) w poszczególnych pojazdach składu pociągu, magazynują ciśnienie wykorzystywane do hamowania. Po każdym hamowaniu są automatycznie napełniane do wartości nominalnej w celu możliwości ponownego hamowania.

Jednym z najważniejszych podzespołów układu hamulca zespolonego są zawory rozrządcze zwane też rozdzielaczami powietrza. Te aparaty pneumatyczne zabudowane są w każdym pojeździe kolejowym. Według ich typów określa się system hamulca zastosowany w pojeździe.

 
Przykładowe oznaczenia systemu hamulca pneumatycznego
Wybrane systemy hamulca:
O - Oerlikon
KE - Knorr Bremse
W - Westinghouse
SW - SAB WABCO
FT - Faiveley Transport
FL - Fablok
MH - MZT - Hepos
DK - DAKO
Ch - Charmilles
itd.

Zawór rozrządczy to centralny podzespół układu hamulcowego każdego pojazdu kolejowego. Odpowiada on za sterowanie pracą hamulca typu pośredniego działania (zespolonego) według reżimu ustalonego poprzez maszynistę manipulatorem hamulcowym maszynisty lub np. na skutek zadziałania układów automatyki bezpieczeństwa jazdy. Zawory rozrządcze pracują na drodze czysto pneumatyczno - mechanicznej bez sterowania elektrycznego.

Kliknij aby powiększyć  
Przykładowe zawory rozrządcze pod nadwoziem


   
Przykładowe zawory rozrządcze na tablicach pneumatycznych

 
Przykładowy zawór rozrządczy (opis na powiększeniu)

Z zaworami rozrządczymi ściśle współpracują zbiorniki pomocnicze powietrza, w których gromadzony jest zapas sprężonego powietrza wykorzystywany podczas hamowania. Powietrze do tych zbiorników dostarczane jest z przewodu głównego poprzez właśnie zawór rozrządczy.

   
Przykładowe układ połączeń zaworów rozrządczych (opisy na powiększeniach)

W lokomotywach i wagonach zawór rozrządczy zwykle umożliwia dokonanie nastawienia na hamulec wolnodziałający (nastawa G) lub hamulec szybkodziałający (nastawa P lub R), a w nowoczesnych zespołach trakcyjnych najczęściej stosowana jest tylko nastawa hamulca szybkodziałająca (nastawa R). Zobacz opis nastaw hamulca - tutaj.


Zawór rozrządczy na tablicy pneumatycznej lokomotywy z dźwignią przestawczą nastawy hamulca (G, P, R)


Uproszczony schemat układu pneumatycznego pojazdu trakcyjnego w zakresie hamulca zespolonego
SG - sprężarka główna
ZG - zbiornik główny
PG - przewód główny (hamulcowy)
PZ - przewód zasilający
PC - przetwornik ciśnienia
NHZ - nastawnik hamulca pośredniego (zespolonego)
CH - cylinder hamulcowy
ZR - zawór rozrządczy
ZP - zbiornik pomocniczy
WHZ - wyłącznik hamulca zespolonego
a - połączenie z atmosferą
y - sprzęgi pneumatyczne
x - zasilanie odbiorników pneumatycznych niehamulcowych

 
Uproszczony schemat układu pneumatycznego pojazdu doczepnego w zakresie hamulca zespolonego
PG - przewód główny (hamulcowy)
PZ - przewód zasilający
CH - cylinder hamulcowy
ZR - zawór rozrządczy
ZP - zbiornik pomocniczy
WHZ - wyłącznik hamulca zespolonego
a - połączenie z atmosferą
y - sprzęgi pneumatyczne
x - zasilanie odbiorników pneumatycznych niehamulcowych



Uproszczony schemat układu pneumatycznego składu pociągu w zakresie hamulca zespolonego
ZR - zawory rozrządcze
PG - przewód główny (hamulcowy)
PZ - przewód zasilający
kz - kurki odcinające sprzęgów pneumatycznych - zamknięte
kz - kurki odcinające sprzęgów pneumatycznych - otwarte
Jako przykład wagon 3 niewyposażony w PZ

W pojazdach trakcyjnych zainstalowany jest układ sterujący układem pneumatycznym całego pojazdu trakcyjnego jak i składu pociągu. W najnowocześniejszych rozwiązaniach sterowanie takie odbywa się przez układy mikroprocesorowe oraz wykonawcze moduły pneumatyczne. Poniższe fotografie przedstawiają zintegrowane tablice pneumatyczne i mikroprocesorowe sterowniki układu hamulcowego, które obsługują układ pneumatyczny z uwzględnieniem działania np. hamulca pneumatycznego zespolonego, hamulca pneumatycznego dodatkowego, elektropneumatycznego, współpracę hamulców pneumatycznych z hamulcem elektrodynamicznym, elektrozawory układów automatyki bezpieczeństwa jazdy itp. Na tablicach takich zabudowane jest zazwyczaj również wyposażenie związane z działaniem innych odbiorników układu pneumatycznego jak np. układu piasecznicy, układu sprężyn pneumatycznych oparcia nadwozia, czy też np. syren pneumatycznych.
Zobacz opis układów pneumatycznych stosowanych w pojazdach kolejowych - tutaj.

 
Nowoczesne tablice pneumatyczne (1 i 2) i mikroprocesorowy sterownik układu hamulcowego (3) - opis na 1 powiększeniu


Przebieg hamowania i luzowania hamulca zespolonego
Omawiany hamulec jest wykorzystywany do hamowania wszystkich pojazdów z czynnym hamulcem, które jadą w składzie pociągu, z zastrzeżeniem, że ostatni pojazd składu pociągu musi mieć czynny (sprawny) hamulec.
Sygnały hamulcowe z pojazdu trakcyjnego do kolejnych pojazdów składu pociągu przenoszone są przewodem głównym - PG (hamulcowym) poprzez tzw. FALĘ UDERZENIOWĄ, czyli zmianę wartości ciśnienia w stosunku do wartości zasadniczej 0,5 MPa (5 bar). Zawory rozrządcze na podstawie aktualnej wartości ciśnienia w PG przesterowują wewnętrzne swoje połączenia pneumatyczne i odpowiednio wdrażają hamowanie lub luzowanie.

HAMOWANIE – następuje na skutek OBNIŻENIA ciśnienia w przewodzie głównym w stosunku do ciśnienia znamionowego – fala uderzeniowa przesterowuje zawory rozrządcze na proces hamowania.
LUZOWANIE – następuje na skutek PODNOSZENIA ciśnienia w przewodzie głównym do wartości ciśnienia znamionowego – fala uderzeniowa przesterowuje zawory rozrządcze na proces luzowania.

Im mniejsze ciśnienie w przewodzie głównym tym większa siła hamowania.

Maszynista ustawiając na odpowiednią pozycję rękojeść manipulatora (zaworu / nastawnika hamulca zespolonego) odpowiednio wpływa na zwiększanie lub zmniejszanie ciśnienia w przewodzie głównym, poprzez łączenie go z atmosferą (przy zmniejszaniu ciśnienia) lub z przewodem zasilającym (przy zwiększaniu ciśnienia). Fala uderzeniowa biegnie przewodem głównym z prędkością około 250 m/s przez kolejne pojazdy składu pociągu, docierając kolejno do każdego z pojazdów. W związku z takim przebiegiem fali najpóźniej hamowanie / luzowanie rozpoczyna się w ostatnich pojazdach składu pociągu.
Aktualne wartości ciśnień jakie panują w zbiorniku głównym, przewodzie głównym oraz cylindrze hamulcowym maszynista obserwuje na manometrach, czyli urządzeniach wskaźnikowych ciśnienia zainstalowanych w kabinie sterowniczej na pulpicie.

 
Manometry pulpitowe (opis na powiększeniach)



Układ hamulca - hamulce odhmowane - JAZDA - ciśnienie w PG i zbiorniku pomocniczym = 0,5 MPa

a) Hamowanie jest załączane w wyniku obniżenia ciśnienia w przewodzie głównym. Obniżone ciśnienie powoduje w układzie zaworu rozrządczego połączenie zbiorników pomocniczych z cylindrami hamulcowymi. Zgromadzone w tych zbiornikach sprężone powietrze powoduje wypychanie tłoka w cylindrze hamulcowym w wyniku czego przez układ siłowych przekładni następuje uruchomienie hamulców klockowych (dociśnięcie wstawek ciernych do profili jezdnych kół) lub hamulców tarczowych (zaciśnięcie okładzin ciernych do tarcz hamulcowych).


Układ hamulca - HAMOWANIE - spadek ciśnienia w PG, zbiornik pomocniczy połączony z cylindrem

Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć
Wskazania manometrów w miarę wzrostu siły hamowania na skutek spadku ciśnienia w przewodzie głównym
(manometr PG / manometr cylindra)

Pełne połączenie przewodu głównego z atmosferą powoduje spadek ciśnienia w przewodzie głównym do wartości 0. Powoduje to najszybsze napełnienie cylindrów hamulcowych. W takiej sytuacji wdrożone zostaje hamowanie nagłe - ciśnienie ze zbiornika pomocniczego napiera z maksymalną siłą na tłok cylindra (w cylindrze hamulcowym panuje najwyższe możliwe ciśnienie).

Kliknij aby powiększyć  
Wskazanie manometrów przy hamowaniu nagłym:
- ciśnienie w przewodzie głównym = 0 MPa
- ciśnienie w cylindrze hamulcowym = 0,5 MPa
(manometr PG / manometr cylindra)

Analogiczna sytuacja jak wyżej opisana, czyli załączenie hamowania nagłego ma miejsce w przypadku użycia hamulca bezpieczeństwa. Rączka hamulca połączona jest przez układ cięgien z tak zwaną klapą Ackermana, czyli mechanicznym zaworem, zamontowanym na przewodzie głównym, który umożliwia jego otwarcie, czego efektem jest wypuszczenie ciśnienia sprężonego powietrza (połączenie z atmosferą).

Kliknij aby powiększyć  
Zawór - klapa Ackermana hamulca bezpieczeństwa - zamknięty (1) i otwarty (2)


W nowobudowanych pojazdach kolejowych, zgodnie z wymogami obowiązujących norm i Technicznych Specyfikacji Interoperacyjności stosuje się funkcję umożliwiającą przerwanie przez maszynistę hamowania bezpieczeństwa wdrożonego w przestrzeni pasażerskiej. W związku z tym, omówione powyżej rozwiązanie z bezpośrednim otwieraniem przewodu głównego pozostaje tylko do dyspozycji maszynisty, natomiast dla pasażerów stosowany jest układ pośredni oparty o obwody elektryczne - zobacz opis - tutaj.

Hamowanie nagłe załączone zostaje w przypadku:
- ustawienia zaworu / nastawnika hamulca zespolonego w pozycję hamowania nagłego,
- użycia zaworu hamowania nagłego (hamulca bezpieczeństwa) - bezpośrednie mechaniczne otwarcie PG,
- zadziałania urządzeń Automatyki Bezpieczeństwa Jazdy: Czuwak Aktywny (CA), Samoczynne Hamowanie Pociągu (SHP), ERTMS/ETCS, SIFA czy innych systemów bezpieczeństwa zastosowanych w pojeździe kolejowym,
- rozszczelnienia przewodu głównego w tym rozerwania składu pociągu,
- użycia hamulca bezpieczeństwa w przestrzeni pasażerskiej,
- zadziałania układu wykrywającego wykolejenie.


Układy wdrażające hamowanie nagłe (połączenie PG z atmosferą)
ZHN - zawór hamowania nagłego (bezpieczeństwa) na pulpicie
NHZ - zawór / nastawnik hamulca zespolonego w poyzcji hamowania nagłego
CA - elektrozawór hamowania nagłego wyzwalany przez układ Czuwaka Aktywnego
SHP / RS - elektrozawór hamowania nagłego wyzwalany przez układ SHP (Samoczynne Hamowanie Pociągu) lub RADIOSTOP
ETCS - elektrozawór hamowania nagłego wyzwalany przez system ERTMS/ETCS
(Jeżeli pojazd jest wyposażony w inne systemy Automatyki Bezpieczeństwa Jazdy to wtedy każdy z tych systemów również może wdrożyć hamowanie nagłe)
SP - sprzęgi pneumatyczne (rozerwanie sprzęgu lub otwarcie kurka końcowego PG, gdy sprzęg nie jest sprzęgnięty)
ZR - zawór rozrządczy


Nastawnik hamulca pośredniego (zespolonego) i zawór hamowania nagłego (bezpieczeństwa)

 
 
Pulpitowe zawory hamowania nagłego - bezpośrednie otwieranie PG (1,2,3) i widoczna instalacja (opis na 4 powiększeniu)

 
Pulpitowe zawory hamowania nagłego (klapa Ackermana) - bezpośrednie otwieranie PG

 
Zawory układów ABJ (opis na powiększeniach)
(czerwone rękojeści służą do odcinania zaworów - dezaktywacja oddziaływania danego systemu bezpieczeństwa na ciśnienie w PG)

Zobacz opis układów ABPJ - tutaj.


Czujnik wykolejenia na czołownicy wagonu towarowego

Powyższy czujnik wykrywa wykolejony zestaw kołowy przez detekcję drgań od uderzeń koła o podkłady i na tej podstawie wdraża hamowanie nagłe.

Rozerwanie składu pociągu prowadzi do zerwania sprzęgu mechanicznego łączącego dany pojazd z kolejnym, a więc i rozerwania sprzęgu pneumatycznego między tymi pojazdami. W takiej sytuacji przewód główny samoczynnie zostanie połączony z atmosferą. W ten oto sposób spełniona jest zasada samoczynności hamulca typu pośredniego działania. Cecha ta wpływa bezpośrednio na bezpieczeństwo pociągu, gdyż każde otwarcie przewodu głównego w dowolnym miejscu, a więc spadek ciśnienia w przewodzie głównym (np. właśnie przy przy rozerwaniu pociągu), powoduje samoczynne i natychmiastowe załączenie hamowania nagłego i zahamowanie zarówno pojazdów pozostajacych w składzie jak i tych oderwanych.


Samoczynne zadziałanie hamulca przy rozerwaniu składu pociągu


b) Luzowanie hamulców jest załączane poprzez podwyższenie ciśnienia w przewodzie głównym w stosunku do aktualnie panującego tam ciśnienia podczas hamowania. W wyniku tego w zaworze rozrządczym zostaje zamknięte połączenie zbiornika pomocniczego z cylindrem hamulcowym. Otwarte natomiast zostaje połączenie przewodu głównego ze zbiornikiem pomocniczym oraz cylindra hamulcowego z atmosferą.
W wyniku tych operacji zbiornik pomocniczy zostaje uzupełniony sprężonym powietrzem, którego ubyło przy hamowaniu natomiast sprężone powietrze z cylindrów hamulcowych zostaje wypuszczone do atmosfery. Sprężyna powrotna cylindra cofa tłok powodując jednocześnie przeciwny niż przy hamowaniu ruch przekładni siłowych hamulców, co powoduje odciąganie klocków hamulcowych od powierzchni tocznych kół jezdnych lub okładzin ciernych od tarcz hamulcowych.


Układ hamulca - LUZOWANIE - wzrost ciśnienia w PG, zbiornik pomocniczy połączony z PG, a cylinder z atmosferą

Kliknij aby powiększyć   
Otwór w zaworze rozrządczym wypuszczający powietrze z cylindrów do atmosfery


Przy luzowaniu hamulców wypuszczanie powietrza z cylindrów hamulcowych do atmosfery przy jednoczesnym napełnianiem zbiornika pomocniczego ciśnieniem z przewodu głównego, sprawia że hamulec zespolony jest teoretycznie niewyczerpalny i może być wielokrotnie załączany i wyłączany bez ryzyka utraty sprawności swojego działania. Ta cecha to kolejna zaleta i jednocześnie wymaganie stawiane tego rodzaju hamulcom.

Stopień zahamowania / odhamowania jest regulowany płynnie przez maszynistę w zależności od aktualnej sytuacji ruchowej składu pociągu.
Jak było wspomniane, im większy spadek ciśnienia w przewodzie głównym tym mocniejsze hamowanie. Zmiana wartości ciśnienia do określonej wartości powoduje, że następuje ustabilizowany poziom fali uderzeniowej w wyniku której w zaworach rozrządczych zostanie odcięte połączenie zbiornika pomocniczego z cylindrem hamulcowym. Spowoduje to utrzymanie w cylindrze żądanej wartości ciśnienia. Tłok zatrzyma się w danej pozycji powodując niezmienny (stały) docisk wstawek hamulcowych do powierzchni tocznych kół (hamulec klockowy) lub okładzin ciernych do tarcz hamulcowych (hamulec tarczowy). Utrzymana jest dzięki temu siła hamowania na określonym poziomie.
Ponowne obniżenie ciśnienia w przewodzie głównym znów spowoduje w zaworze rozrządczym połączenie zbiornika pomocniczego z cylindrem hamulcowym i wzrost siły hamowania.

Stopniowanie hamowania hamulcem zespolonym polega więc na zmniejszaniu w przewodzie głównym ciśnienia powietrza w zakresie 0,05 MPa do około 0,15 MPa w stosunku do ciśnienia roboczego (0,5 MPa) i zwane jest hamowaniem służbowym.
Wypuszczenie z przewodu głównego ciśnienia, czyli osiągniecie wartości 0 MPa powoduje załączenie najmocniejszej siły hamowania, czyli jak było wspomniane hamowania nagłego, które z przyczyn oczywistych nie jest stopniowane.

Stopniowe luzowanie hamulca zespolonego polega na zwiększaniu ciśnienia powietrza w przewodzie głównym w zakresie wartości poniżej ciśnienia roboczego (0,5 MPa).
Podwyższenie przez maszynistę ciśnienia w przewodzie głównym do określonego poziomu pozycją rękojeści manipulatora hamulca zespolonego spowoduje w zaworach rozrządczych odcięcie połączenia cylindrów hamulcowych z atmosferą w wyniku czego luzowanie zostanie zatrzymane na określonym poziomie. Utrzymana zostanie stała siła hamowania lecz mniejsza niż przy wcześniejszej pozycji hamowania.

Pełne odhamowanie hamulca zespolonego pociągu nastąpi gdy w przewodzie głównym przywrócona zostanie wartość ciśnienia roboczego 0,5 MPa lub na skutek zastosowania napełniania uderzeniowego.
Napełnianie uderzeniowe zwane też popełnianiem przewodu głównego polega na nagłym, chwilowym wzroście ciśnienia w przewodzie głównym poprzez zasilenie go ciśnieniem z przewodu zasilającego nie obniżonym przez układ sterujący do wartości roboczej PG. W momencie uruchomienia funkcji popełniania przewód główny otrzymuje chwilowo ciśnienie o wartości ponad 0,6 MPa.
Popełnianie stosuje się często w celu ułatwienia przeprowadzenia odhamowania pełnego hamulca zespolonego szczególnie w długich pociągach, gdy pełne odhamowanie ciśnieniem wartości roboczej mogłoby nie być skuteczne na końcu składu (niewystarczająca skuteczność impulsu fali uderzeniowej przy ciśnieniu roboczym) lub trwałoby zbyt długo.
Funkcję napełniania uderzeniowego maszynista załącza poprzez ustawienie na odpowiednią pozycję rękojeści manipulatora pulpitowego hamulca zespolonego lub poprzez użycie odpowiedniego przycisku.

Jeśli pojazd jest wyposażony w hamulec nie luzujący stopniowo (np. hamulec systemu Westinghouse w ET21 lub Knorr w EZT starej konstrukcji), to odhamowanie stopniowe powoduje całkowite odhamowanie tego pojazdu, podobnie jak przy odhamowaniu pełnym.

Hamulec zespolony w danym pojeździe składu pociągu może być wyłączony w przypadku gdy nastąpi jego uszkodzenie i nie działa prawidłowo. Wyłączenia realizuje rewident taboru po przeprowadzeniu próby hamulca i wykryciu usterki za pośrednictwem mechanicznego wyłącznika hamulca zespolonego.
W celu ręcznego odluźnienia hamulców w danym wagonie w przypadku niesprawności układu hamulcowego należy użyć specjalnej dźwigni połączonej z zaworem rozrządczym. Pociągnięcie za jej uchwyt powoduje połączenie cylindra hamulcowego z atmosferą i odhamowanie.

   
Wyłącznik hamulca zespolonego z mechanizmem odłączającym połączonym z ZR (1) i cięgna odluźniacza ręcznego (2 i 3) połączone z komorą sterującą ZR


Rękojeść odluźniacza, wyłącznik hamulca i wskaźniki stanu zahamowania (opis na powiększeniu)


Rękojeść wyłącznika hamulca i odluźniacza na zaworze rozrządczym (opis na powiększeniu)


Poniższy schemat pokazuje działanie hamulca zespolonego w składzie pociągu przy wyłączonym hamulcu w jednym z wagonów. Zawór rozrządczy tego wagonu nie reaguje na sygnały z przewodu głównego.


Hamowanie składu pociągu przy wyłączonym hamulcu w jednym z pojazdów - ZR wagonu 1 nie reaguje na spadek ciśnienia w PZ

Ze względów bezpieczeństwa hamulca nie wolno wyłączać w dwóch ostatnich wagonach składu pociągu.


Wskazania manometrów podczas sterowania hamulcem pośrednim (hamowanie służbowe, nagłe, napełnianie uderzeniowe itp.)


Rodzaje pulpitowych manipulatorów hamulca pośredniego działania (zespolonego) w kabinach
W kabinach maszynisty zabudowane są ręczne manipulatory służące do sterowania hamulcem. Wymagania dla tych podzespołów określa karta UIC 541-3. W starego typu pojazdach stosowane są pneumatyczne aparaty zaworowe (zawory hamulca zespolonego), w których poprzez odpowiednie łączenia linii pneumatycznych następuje regulacja wartości ciśnienia w przewodzie głównym.

 
Klasyczne, pneumatyczne zawory Oerlikon typu FV4a hamulca na pulpitach

 
Przyłącza pneumatyczne zaworu FV4a (1) i wspornik z instalacją zaworów hamulca zespolonego (FV4a) i dodatkowego (2)

 
Zawór (pneumatyczno - elektryczny) hamulca Oerlikon na pulpicie ezt ED250 (Pendolino)

W obecnie powszechnie produkowanych pojazdach stosowane są manipulatory w formie nastawników z rękojeściami poruszanymi w płaszczyźnie pionowej (joystickowe). Sygnały z poszczególnych pozycji rękojeści nastawnika przekazywane są na drodze elektrycznej (binarnej) do mikroprocesorowego sterownika hamulca, który na ich podstawie uruchamia odpowiednie elektrozawory sterujące na tablicach pneumatycznych pojazdu trakcyjnego. W celu zapewnienia niezawodnego zadziałania, uruchamianie hamowania nagłego odbywa się najczęściej przez bezpośrednie odpowietrzenie PG (połączenie z atmosferą) w samym nastawniku. W związku z powyżej opisaną zasadą działania pozycje hamowania służbowego (stopniowe) są sterowane sygnałami binarnymi, natomiast, gdy rękojeść nastawnika zostanie ustawiona na pozycji hamowania nagłego, to nastąpi mechaniczne otwarcie zaworu łączącego w nastawniku PG z atmosferą. Nowoczesne nastawniki poza wałem krzywkowym z łącznikami dla przekazywania sygnałów binarnych mogą być również wyposażone w czujniki kąta obrotu rękojeści nastawnika. Czujniki takie działają  na zasadzie regulacji częstotliwości napięcia wyjściowego lub regulacji natężenia prądu w odniesieniu do danego położenia nastawnika. Sygnały takie są również przekazywane do sterownika mikroprocesorowego.
Poniższy schemat przedstawia w sposób uproszczony powyżej opisany układ połączeń.


Nastawnik elektro-pneumatyczny hamulca pośredniego działania (zespolonego)
phs - pozycje hamowania służbowego (hamowanie / luzowanie stopniowe)
phn - pozycja hamowania nagłego
BCU - sterownik mikroprocesorowy hamulca
ZE - moduł sterujący ciśnieniem w PG (hamowanie / luzowanie służbowe stopniowe)
PG - przewód główny
a - połączenie z atmosferą
niebieskie linie - połączenia elektryczne

 
Przykładowe nastawniki na pulpitach

 
Przykładowe nastawniki podczas zabudowy w pulpitach

 
Przykładowy nastawnik - budowa (opis na powiększeniu)

  
Przewody pneumatyczne podłączone do korpusów nastawników (widok od spodu pulpitów)

 
Przykładowe sterowniki mikroprocesorowe układów hamulcowych w pojeździe trakcyjnym


Przykładowy moduł sterujący ciśnieniem w PG wg sygnałów z nastawników zabudowany na tablicy pneumatycznej

Innym przykładem jest układ podobny do przedstawionego powyżej z różnicą polegającą na tym, że dla hamowania nagłego przewód główny nie jest doprowadzony bezpośrednio do nastawnika. Wdrażanie hamowania nagłego odbywa się przez pneumatyczny sygnał sterujący wyzwalany przez zawór w nastawniku. Sygnał ten odbierany jest przez zawór wyzwalający hamowania nagłego zamontowany na tablicy pneumatycznej, w którym następuje odpowietrzenie przewodu głównego (połączenie go z atmosferą). Dzięki takiemu rozwiązaniu do nastawnika, czyli do pulpitu, nie muszą być prowadzone przewody pneumatyczne o dużym przekroju (ponad 1 cal), a jedynie cienkie przewody pneumatyczne z ciśnieniem sterującym i odpowietrzeniem, które są połączone z zaworem wyzwalania hamowania nagłego na tablicy pneumatycznej.


Przewody pneumatyczne o małej średnicy pomiędzy nastawnikiem, a zaworem wyzwalającym hamowanie nagłe (widok od spodu pulpitu)

Można również spotkać nastawniki, w których sygnały ze wszystkich pozycji rękojeści (łącznie z hamowaniem nagłym) przekazywane są na drodze elektrycznej. Są to jednak rzadko stosowane układy ze względu na brak wyzwalania hamowania nagłego bezpośrednio w nastawniku przez bezpośrednie otwarcie przewodu głównego nastawnikiem. Przy zankiu sterowania na drodze elektrycznej (binarnej) wdrożenie hamowania nagłego przez maszynistę możę sie odbyć tylko porzez użycie zaworu hamowania nagłego (zaworu hamowania nagłego - bezpieczeństwa). Przy zastosowaniu wcześniej opisanych układów, niezależnie od stanu komunikacji nastawnika ze sterownikiem mikroprocesorowym na drodze elektrycznej, maszynista zawsze w sposób pewny wdroży hamowanie nagłe bezpośrednio z nastawnika hamulca zespolonego. Dodatkowo oczywiście zawsze ma do dyspozycji wspomniany powyżej zawór hamowania nagłego - bezpieczeństwa (zapewniona jest redundancja).


Z punktu widzenia zasady działania, w układzie hamulca typu pośredniego działania (zespolonego), rozróżnia się dwa rodzaje manipulatorów hamulca:

a) sterowane pozycją nastawnika, czyli takie gdzie danej pozycji rękojeści odpowiada ustalona wartość ciśnienia w przewodzie głównym.
Pozycje:
- napełnianie uderzeniowe - ciśnienie w PG: > 6 bar (0,6 MPa),
- jazda - ciśnienie w PG: 5 bar (0,5 MPa),
- pozycje hamowania stopniowego - ciśnienie w PG: < 4,5 (0,45 MPa),
- hamowanie nagłe - ciśnienie w PG: 0 bar (0 MPa).


Kliknij aby powiększyć    
Zawór hamulca FV4a systemu Oerlikon i pozycje 


Zawór FV4a to najpopularniejszy zawór hamulca zespolonego (system hamulca Oerlikon) spotykany w starszego typu pojazdach takich jak np: EU05, EU06, EU07 i pochodnych, EP09, ET22, SM31, SM42, 401Da, SP32 itp.
Poniżej szczegółowy opis jego pozycji:

  
1 - pozycja odcięcia - to pozycja, w której należy ustawić zawór gdy lokomotywa jedzie jako ukrotniona (sterowana), jest pozostawiona zahamowana na postoju lub sterowanie odbywa się z przeciwnej kabiny. W tej pozycji przewód główny jest odcięty od zaworu. Pozycja ta jest blokowana mechanizmem zapadkowym. W celu zmiany położenia rękojeści koneiczne jest zwolnienie przez podniesienie zapadki blokującej.



2 - pozycja napełniania uderzeniowego - inaczej nazywana popełnianiem lub napełniania wysokim ciśnieniem. Jest to pozycja w której przewód główny zasilany jest bezpośrednio ze zbiornika głównego. Powoduje to szybki wzrost ciśnienia w przewodzie głównym (ponad wartość roboczą 0,5 MPa) przez co zgodnie z zasadą działania hamulca zespolonego hamulce są w pełni luzowane w trybie szybkim.
Zbyt długie utrzymanie zaworu na tej pozycji może doprowadzić do przeładowania przewodu głównego - będzie w nim panować ciśnienie takie jak w zbiorniku głównym.


3 - pozycja neutralna (jazda) - czyli pozycja do jazdy lokomotywy. Przewód główny zostaje napełniony ciśnieniem o wartości roboczej 0,5 MPa i taka wartość jest w nim utrzymywana.

    
4 - 5 to pozycje stopniowego hamowania służbowego - w zależności od ustawienia rękojeści kranu odpowiednio spada ciśnienie w przewodzie głównym w związku z czym wzrasta ciśnienie w cylindrach hamulcowych - następuje hamowanie. Powrót rękojeścią od pozycji 5 - 3 powoduje wzrost ciśnienia w przewodzie głównym i stopniowe luzowanie hamulców.
- poz. 3 - hamowanie wstępne - ciśnienie w przewodzie głównym ok.: 0,46 MPa,
- poz. 4 - hamowanie pełne - ciśnienie w przewodzie głównym ok.: 0,34 MPa,
- poz. 5 - hamowanie pełne uzupełniające (tzw. pełne podwójne) - ciśnienie w przewodzie głównym ok.: 0,29 MPa.


6 - pozycja hamowania nagłego - pozycja, w której przewód główny zostaje w pełni połączony z atmosferą.


Poniżej przykładowe nowoczesne nastawniki - sterowanie pozycją nastawnika.

   
Nastawniki hamulca - sterowanie pozycją nastawnika
Pozycje:
FS - napełnianie uderzeniowe
RP - pozycja neutralna (jazda)
1A - hamowanie służbowe - wstępne
1B-7 - hamowanie służbowe - stopniowe
MB - hamowanie służbowe - pełne
EB - hamowanie nagłe


Nastawnik hamulca  - sterowanie pozycją nastawnika
Pozycje:
L - napełnianie uderzeniowe
J - pozycja neutralna (jazda)
1 - hamowanie służbowe - wstępne
- pozycje hamowania służbowego - stopniowego
P - hamowanie służbowe - pełne
N - hamowanie nagłe


b) Sterowane czasem ustawienia nastawnika w wybranej pozycji, tzw. nastawniki impulsowe, czyli takie w których wartość ciśnienia w przewodzie głównym jest zależna od czasu w jakim w danej pozycji będzie utrzymywana rękojeść nastawnika. Pozycje:
- napełnianie uderzeniowe - ciśnienie w PG: > 6 bar (0,6 MPa),
- luzowanie,
- jazda,
- hamowanie,
- hamowanie nagłe - ciśnienie w PG: 0 bar (0 MPa).

Kliknij aby powiększyć   
Nastawniki hamulca - impulsowe

DR - napełnianie uderzeniowe (pozycja czasowa)
REL - luzowanie (pozycja czasowa)
N - pozycja neutralna - jazda (pozycja stabilna)
BR - hamowanie służbowe (pozycja czasowa)
EB - hamowanie nagłe (pozycja stabilna)


Nastawnik hamulca - impulsowy
FS - napełnianie uderzeniowe (pozycja czasowa)
RP - pozycja jazda (pozycja stabilna)
REL - luzowanie (pozycja czasowa)
N - pozycja neutralna (pozycja stabilna)
BR - hamowanie służbowe (pozycja czasowa)
EB - hamowanie nagłe (pozycja stabilna)

Poniższa fotografia przedstawia manipulator hamulca Oerlikon zastosowany w ezt EN57 i pochodnych, który jest aparatem pneumatyczno-elektrycznym działającym w trybie impulsowym i umożliwia sterowanie hamulcem pośredniego działania - zespolonym (PN) oraz hamulcem elektropneumatycznym (EP). Wewnątrz korpusu zaworu znajduje się układ zaworów pneumatycznych (wlotowy z PZ i wylotowy do atmosfery) dla hamowania PN oraz krzywek z łącznikami odpowiadającymi za sterowanie elektrozaworami hamulca EP.


Zawór Oerlikon FVel6 dla hamulca EP i PN z ezt EN57
Pozycje:
1 - luzowanie EP
2 - jazda lub utrzymanie zadanego ciśnienia w cylindrach
3 - hamowanie EP
4 - luzowanie hamulca zespolonego i jazda
5 - odcięcie
6 - hamowanie stopniowe lub nagłe (zespolony)
7 - wyłączenie (gdy kabina nieaktywna, pojazd wyłączony lub jazda ukrotniona)



Próby hamulca zespolonego
Próby hamulca przeprowadza się w celu sprawdzenia poprawności działania układu hamulcowego. Próby takie przeprowadzane są przez rewidenta taboru kolejowego, kierownika pociągu lub innego wyznaczonego pracownika przy współdziałaniu z drużyną pojazdu trakcyjnego - maszynistą.
Podczas próby maszynista pociągu tylko obsługuje hamulec ustawiając rękojeść sterownika na pozycję zgodną z sygnałami dawanymi przez rewidenta taboru. Rewident natomiast sprawdza hamulce i podpisuje imiennie dokument o przeprowadzonej próbie hamulca i jej wyniku.
W przypadku gdy zaistnieje potrzeba przeprowadzenia próby hamulca na szlaku, a nie ma ani rewidenta, ani kierownika pociągu - próbę może przeprowadzić pomocnik maszynisty.

Wytyczne dotyczące przeprowadzania prób hamulca określa Instrukcja Ir-1 (R1) o prowadzeniu ruchu pociągów PKP PLK SA (zobacz instrukcję - tutaj). Według jej zapisów w przypadku pociągu zestawionego z jednego pojazdu kolejowego z napędem, składającego się z jednego lub wielu członów, wyposażonego w hamulce tarczowe, posiadającego nierozłączalny w normalnej eksploatacji główny przewód hamulcowy oraz manometry lub wskaźniki wskazujące ciśnienie powietrza w cylindrach hamulcowych na wszystkich wózkach jezdnych i sygnalizację stanu zahamowania i odhamowania pojazdu kolejowego w kabinie sterowniczej, dopuszcza się jednoosobowe wykonywanie uproszczonej próby hamulca przez maszynistę na podstawie tych wskazań. W przypadku pociągu składającego się z pojazdów kolejowych, wyposażonych w sygnalizację stanu zahamowania i odhamowania w kabinie sterowniczej wszystkich hamulców na wszystkich pojazdach kolejowych w składzie pociągu oraz wskazującą stan właściwego napełnienia sprężonym powietrzem głównego przewodu hamulcowego we wszystkich pojazdach kolejowych w składzie pociągu, dopuszcza się wykonywanie uproszczonej próby hamulca przez maszynistę na podstawie tych wskazań.

W produkowanych obecnie pojazdach trakcyjnych (z hamulcami tarczowymi) układ sterowania pojazdu umożliwia wykonanie automatycznej próby hamulca. Po uruchomieniu takiej próby, jej wynik jest drukowany na formularzu przez pokładową drukarkę.

Kliknij aby powiększyć   
Drukarka karty próby hamulca w EZT


Do komunikacji pomiędzy maszynistą, a rewidentem taboru podczas próby hamulców zespolonych służą specjalne sygnały ręczne lub świetlne.

 
Sygnał Rh1 - zahamować (dzień / noc)

 
Sygnał Rh2 - odhamować (dzień / noc)

 
Sygnał Rh3 - hamulce sprawne (dzień / noc)

W przypadku sygnałów świetlnych stosuje się następujące obrazy sygnałowe:


Obrazy sygnałowe na sygnalizatorach próby hamulca
Rhs1
- zahamować
Rhs2
- odhamować
Rhs3
- hamulce sprawne


Rozróżnia się próbę hamulca zespolonego szczegółową i uproszczoną.

a) Próba szczegółowa:
W tym rodzaju próby hamulca maszynista załącza hamowanie hamulcem pneumatycznym zespolonym, a rewident taboru sprawdza poprawność działania hamulców w każdym pojeździe składu. W przypadku hamulców klockowych odbywa się to przez sprawdzenie prawidłowości dolegania (docisku) wstawek ciernych do profili tocznych kół jezdnych przy zahamowaniu oraz prawidłowego odejścia wstawek klocków hamulcowych od profili tocznych kół przy odhamowaniu. Służy do tego specjalny młotek rewidencki, którym rewident uderzając sprawdza zestawy kołowe i urządzenia wykonawcze hamulca. W przypadku hamulców tarczowych rewident sprawdza wskazania stanu hamulców na wskaźnikach stanu zahamowania.
   
Szczegółową próbę hamulca należy wykonać:
1) przed wyprawieniem pociągu ze stacji początkowej; odstępstwo od tej zasady może być stosowane dla pociągu, który po przybyciu na stację jest wyprawiony w dalszą drogę bez przeformowania lub bez naprawy urządzeń hamulcowych pod warunkiem, że przy tym składzie co najmniej jeden raz w ciągu poprzedzających 24 godzin była wykonywana szczegółowa próba hamulca, wtedy należy przeprowadzić uproszczoną próbę hamulca;
2) na stacjach wyznaczonych w rozkładzie jazdy pociągów;
3) gdy urządzenia hamulcowe w składzie pociągu lub w pociągu nie były zasilane sprężonym powietrzem dłużej niż 12 godzin;
4) po zmianie składu pociągu, jeżeli doczepione pojazdy kolejowe stanowią więcej niż 50% składu pociągu; nie jest wymagana szczegółowa próba hamulca pod warunkiem, że włączane pojazdy kolejowe znajdowały się w pociągach, w których co najmniej jeden raz w ciągu poprzedzających 24 godzin była wykonywana szczegółowa próba hamulca;
5) jeżeli podczas uproszczonej próby hamulców stwierdzono, że hamulec jednego z ostatnich dwóch wagonów lub innych pojazdów kolejowych nie hamuje lub nie odhamowuje;
6) jeżeli maszynista stwierdzi niedziałanie lub nie jest pewny prawidłowego działania hamulców;
7) po przeładowaniu głównego przewodu hamulcowego pociągu i opróżnieniu komór i zbiorników sterujących za pomocą odluźniaczy.


b) Próba uproszczona:
Polega na sprawdzaniu poprawności działania hamulców tylko w ostatnim wagonie / pojedzie kolejowym składu pociągu lub w ostatnim wózku zespołu trakcyjnego patrząc w kierunku jazdy. Z tego powodu jak było wspomniane wcześniej tak istotne jest, aby ostatni pojazd kolejowy składu pociągu miał czynny i sprawny hamulec. W próbie uproszczonej sprawdza się, czy fala uderzeniowa dochodzi do ostatniego pojazdu składu. Jeżeli ostatnie hamulce działają prawidłowo to znaczy, że przewód główny ma zachowaną ciągłość (jest drożny) oraz, że wszystkie kurki odcinające na sprzęgach pneumatycznych pośrednich są otwarte. 

Uproszczoną próbę hamulca należy wykonać gdy:
1) nastąpiło zamknięcie lub otwarcie, nawet częściowe lub chwilowe, przewodu głównego hamulca, w którymkolwiek miejscu pociągu, z wyjątkiem zaworu maszynisty w czynnej kabinie sterującej i innych urządzeń na pojeździe trakcyjnym powodujących samoczynne hamowanie; w przypadku dołączenia pojazdów kolejowych do pociągu wykonuje się próbę uproszczoną hamulców pociągu, a pojazdy kolejowe dołączone poddaje się takim badaniom, jak podczas próby szczegółowej hamulca; badania te nie są wymagane w przypadku dołączenia pojazdów kolejowych na początku lub końcu pociągu i gdy włączane pojazdy kolejowe były używane w pociągach, w których co najmniej jeden raz w ciągu poprzedzających 24 godzin była wykonywana szczegółowa próba hamulca, a okres braku zasilania sprężonym powietrzem hamulców tych wagonów lub innych pojazdów kolejowych nie przekracza 12 godzin;
2) nastąpiła zmiana kabiny sterowniczej;
3) wyłączenie zasilania sprężonym powietrzem urządzeń hamulcowych w pociągu trwało do 12 godzin;
4) szczegółowa próba hamulców była wykonana przy użyciu sieci stałej sprężonego powietrza lub innego pojazdu trakcyjnego, nieprzeznaczonego do prowadzenia tego pociągu;
5) nastąpiło zamknięcie lub otwarcie, nawet częściowe lub chwilowe, przewodu zasilającego, w którymkolwiek
miejscu pociągu, którego hamulce są nastawione na przebieg hamowania „R + Mg”;
6) wyłączono co najmniej jeden pojazd kolejowy ze składu pociągu.


W przypadku wykrycia nieprawidłowo działających hamulców jakimś pojeździe ze składu pociągu, rewident odłącza je poprzez wyłącznik hamulca, a w przypadku, gdyby wskutek wyłączenia nie był uzyskany wymagany procent ciezaru hamującego koneiczne może być ograniczenie prędkości jazdy, wyłączenie pojazdów z niesprawnym hamulcem ze składu pociągu, lub dołączenie pojazdów ze sprawnymi hamulcami. Więcej informacji o wymaganych procentach ciężaru hamującego można znaleźć tutaj

Informacje o nastawach hamulca (hamulce wolno i szybkodziałające) znajdują się tutaj.