KURZUS: Balesetvizsgálat jármű szempontjai

MODUL: III. modul

8. lecke: Fékszerkezetek

Ajánlott irodalom:

  • Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei - KÖZDOK 1985
  • Fékezési alapismeretek leirat - www.lococlub.hu

Adott tömegű testben, mely v sebességgel halad, mozgási energia halmozódik fel. Nagysága a test tömegével egyenesen, sebességével, pedig négyzetesen arányos. Ha tehát adott V sebességgel haladó test tömegét kétszeresére, háromszorosára stb. növeljük, az abban felhalmozott mozgási energia is kétszeresére, háromszorosára stb.. növekszik.

Adott tömegű test V sebességre történő felgyorsítása úgy lehetséges, ha e testre bizonyos úton bizonyos gyorsíróerő hat. Minél nagyobb ez az erő, annál rövidebb út szükséges adott tömegű test adott sebességére való felgyorsításához.

Fékezéskor viszont az adott tömegű. V sebességgel haladó testben felhalmozott mozgási energiát az S fékúton ható fékezőerő vonja el, illetve - pontosabban kifejezve - hő- vagy más energiává alakítja. Mennél nagyobb a fékezőerő, adott tömegű test fékútja annál rövidebb lesz.

Az ismertetett törvényszerűségek bizonyos elhanyagolásokkal vasúti járműre, illetve vasúti járművekből összeállított vonatra is érvényesek.

A vasúti üzembiztonság alapvető fontossági tényezője a fékezés.

A kifogástalanul működő fék is csak akkor töltheti be hivatását, ha ismert a fékberendezés hatásossága, és a megfékezettség szükséges legkisebb mértékére vonatkozó előírások teljesülnek.

A vasúti fékezési biztonság a fékút fogalmára épül fel. Tekintettel erre, hogy adott fékezés folyamán elérhető fékút értéke a fékezőerővel fordítottan arányos, azért a fék hatásosságát a fékezőerővel vagy - mivel az gyakorlatilag megvalósíthatatlan - a fékezőerővel arányos más jellemzővel kell mérni.

A fékberendezések felosztása:

A fékberendezések felosztása a primer erőforrás szerint (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
1. ábra
A fékberendezések felosztása a fékezőerő kialakulásának helye szerint (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
2. ábra

Fékezést a vasúti járművek esetében négy okból hajtunk végre:

  • sebességcsökkentés
  • megállás céljából
  • megfutamodás megakadályozása céljából
  • ún. sebességtartó fékezés céljából

A sebességcsökkentés céljából végrehajtott fékezésre is kialakítanak fékszerkezeteket, néhány ezek közül nem alkalmas a jármű teljes megállítására. A sebességcsökkentés céljából alkalmazott fékrendszerek az alábbiak:

  • nem kombinált villamos ellenállásfék: Az egyszerű generátorelv alkalmazásával, általában keresztmezősen kapcsolt soros egyenáramú motorok által generátorüzemben termelt áram visszavezetése ellenállásmezőkre, ahol az hő energiává alakul (disszipatív) vagy a hálózatba való visszatáplálása (rekuperáció) ahol az éppen gyorsító jármű részére átadásra kerül. Nem alkalmazható önmagában teljes megállására, hiszen egy ponton túl a motorok már olyan kevés energiát termelnek, hogy az a forgásukat nem gátolja.
  • aerodinamikai fékezés: a jármű légellenállásának megnövelésével (felület) kiváltott fékezési mód, amely a sebesség csökkenésével "kimerül".
  • A retarder hosszantartó fékezésre alkalmas. Azért jobb retardert használni, mert az üzemi féket csak egyféle feladatra lehet optimalizálni. Vagy nagy teljesítménnyel tud lassítani rövid ideig, vagy kis teljesítménnyel sokáig. Nem lehet hosszan terhelni a féket, mert ahhoz nem elég jó a hőelvezetése és a betétek anyaga sem viseli el a hosszantartó hőfejlődést.
  • A retarder nem súrlódással emészti fel a mozgási energiát, így a hűtését egyszerűbb megoldani. Ez nem képes olyan intenzíven lassítani a járművet, de hosszantartó fékezésre képes, meg tudja mondjuk fogni lejtőn lefelé a járművet, hogy meg ne szaladjon. A retarder nem fékbetéteken keresztül adja le a fékerőt hanem a kardántengelyen fékez. A motorfékkel elérhető fékezőnyomaték korlátozott A gyakoribb szekunder beépítés esetén a szerkezet sajátossága, hogy a nyomatékváltó után helyezik el. Állórészüket közvetlen a sebességváltóházhoz vagy az alvázhoz rögzítik, forgórészük pedig a sebességváltó kimenő tengelyével és kardántengellyel áll mechanikus kapcsolatban. A sebességváltó mechanikus fokozatai és a motor közötti primer beépítést hidrodinamikus retardereknél alkalmazzák.

Megállás céljából használatos fékrendszerek:

  • tuskós fékezés
  • tárcsás fékezés
  • sínfékezés

Megfutamodás megakadályozása céljából használatos fékrendszerek:

  • kézifék
  • rugóerő-tárolós rögzítőfék
A fékezés végrehajtása

Kerékpárfékezésnél a fékezőerő a fékezett kerékpárok fordulatszámát igyekszik csökkenteni. E kerékpárok futófelületén a kerületi sebesség megegyezik a jármű sebességével, így a kerékpár fordulatszám-csökkenése egyben a fékezett jármű sebességcsökkenését is eredményezi.

Ennek következtében a jármű tömegének tehetetlensége hatására a kerekek és a sín között a kerék felületére vonatkoztatott fékezőerővel azonos nagyságú F erő keletkezik. δ tapadási tényező értékét rendkívül Sok tényező (sebesség, sin és abroncsfelület geometriai alakja, valamint azok szennyezettségének mértéke, adójárás stb.) befolyásolja.

Kerékpár fékezés (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
3. ábra

Fékezett járművek tapadási tényezője széles határok között változhat. Normális üzemi viszonyok között d = 0,15 és 0,18 értékekre lehet számítani. Elszennyeződött (pl. olajos) sínek vagy kerék-futófelületnél azonban d értéke veszélyes mértékben lecsökkenhet, ami figyelmetlen fékezéskor kerékcsúszást eredményezhet.

Tuskós fékezésnél, az elvet leegyszerűsítve, a kerékpár felületére a fékerőt a fékhenger által leadott erőhatás következtében a fékrudazaton ébredő nyomaték áttétel segítségével nyomóerőként adjuk át, amely a féktuskó és a kerék futófelülete között súrlódást hoz létre, ami hőenergiává alakítja a mozgási energiát.

Tuskós fékezés (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
4. ábra

Tárcsás fékezés esetén, ugyancsak leegyszerűsítve, a fékhenger által kifejtett erőt, a féktárcsákat befoglaló fékolló két szárára adják át, ami a nyomatékot megsokszorozva a kerékpár tengelyre felszerelt féktárcsá(k)ra átadja, és így az az ébredő súrlódás következtében hőenergiává alakítja a jármű mozgási energiáját.

Tárcsás fékezés (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
5. ábra
A sínfékezés

A fékezőerő nem a kerékpárok közvetítésével, hanem a fékezéskor a mozgó sínféktörzsek esetében sínre tapadó és ott súrlódó, örvényáramú sínfék esetében a forgóvázon elhelyezett örvényáramú mágneses mezőt létrehozó elektromágnesekről adódik át a sínre. Mivel a fékezőerő nem a kerék felületén működik, a kerékfékezés közben túlfékezés következtében nem csúszhat meg. Ilyen módon rövidebb fékutak érhetők el, mint a közönséges tuskós fékekkel. Mozgó sínfék törzseket közúti vasúti járműveken, örvényáramú sínfékeket nagysebességű vasúti járműveken használnak.

Sínfékezés (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
6. ábra

Kézifékek:

A vasúti járművek legelső fékberendezései a kézifékek voltak. A kézifék-berendezések közös jellemvonása, hogy emberi erő hozta létre a fékhatást. Az emberi erő természetesen korlátott értékű. Nemzetközi előírások szerint egy átlagos erősségű férfi kézkeréken, illetve fogantyún 50 N erő kifejtésére képes. Természetesen ez az aránylag kis erő - közvetlenül működve - nem elegendő ahhoz, hogy egy járművet az adott fékúton belül megállítson. Ezért a kézifék-berendezések kiképzése olyan, hogy az emberi erőt a kézifékrudazat megfelelő áttétel közbeiktatásával sokszorosára növeli.

A kézifékek ugyanarra a fékrudazatra fejtik ki hatásukat, amelyre az üzemi fék.

A kézifék és az üzemi fék együtt működésének elve (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
7. ábra

A leggyakrabban használt típusok a következők:

  • orsós kézifék
Orsós kézifék (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
8. ábra
  • láncos kézifék
Láncos kézifék (forrás: Vasúti fékberendezések szerkezete, üzeme, és karbantartási irányelvei)
9. ábra

A fékszerkezetek esetében, a balesetvizsgálatnál az alábbi rendszertechnikai elemeket vizsgáljuk, melyek alapelvekben függetlenek az alkalmazott fékrendszer típusától:

  • a fékparancsot kiadó szerkezet
  • a fékparancsot közvetítő szerkezetek
  • a fékezéshez szükséges energiát tároló szerkezetek
  • a fékparancsot végrehajtó szerkezetek
  • a fékezett szerkezet

Itt szükséges megjegyezni, hogy a balesetvizsgáló nincs szükségszerűen birtokában a féktechnika oly mértékű ismeretének, hogy nélkülözhesse a féktechnikai szakemberek segítségét a balesetvizsgálatnál. Az itt leírt módszerek a helyszínen lehetnek segítségünkre egyéb körülmények felderítésében, a fékeket illetően mindig kérjünk szakvéleményt!

A fékparancsot kiadó szerkezetek vizsgálatakor azokat az elemeket vizsgáljuk a fékrendszerben, amelyeket működtetve, az alkalmazott fék működésbe lép. Ezek lehetnek:

  • fékezőszelepek: a helyszíni szemle alkalmával működtetésükről győződünk meg, ha a vezérlő elemek helyzetét a vezetőálláson nem változtatták meg. Működőképességéről, és arról hogy működtetve volt-e szakműhely ad szakvéleményt. Működésük ellenőrizhető fékpróbával is, amennyiben a járművön van lehetőség ilyet végrehajtani.
  • kézifék kerekek: a helyszíni szemle alkalmával a kézifék kerék és áttételeinek épségéről rátekintéssel és működéspróbával tudunk meggyőződni.
  • elektrodinamikus féket működtető kapcsolóberendezések: a vezérlés utáni visszajelentésekből, illetve a menetregisztráló adataiból nyerhetünk a működéséről bizonyságot.
  • vészfék szelepek: működtetésükről, és működőképességükről próbával, és rátekintéssel lehet meggyőződni. Arról hogy működtették-e, csak akkor lehet meggyőződni ha a helyszín érintetlen, vagy ha a működtetését menetregisztráló regisztrálja

A fékparancsot közvetítő szerkezetek lehetnek:

  • pneumatikus elemek: csővezetékek, préslégtömlők, elzáró váltók, visszacsapó szelepek, raksúlyváltó, kiiktató váltó, tömítések stb. Épségükről rátekintéssel, nyomáspróbával, illetve fékpróbával győződhetünk meg. Tömörtelenségükről hasznos információt adhat a kompresszorok működésének ideje is, ami sokkal gyakoribb ki-be kapcsolást okoz, mint a normál üzemben, továbbá a kompresszorok hőmérséklete is adhat támpontot.
  • mechanikus elemek: Ilyenek a fékorsó, szögemeltyű, lánc, fékrudazat, csapszegek, fékollók, féktárcsák, féktuskók, stb. Működésükről és állapotukról rátekintéssel, és fékpróbával győződhetünk meg. Károsodásuk, deformációjuk általában szembetűnő.
  • elektromos elemek: relék, elektropneumatikus szelepek, vezérlő és főáramköri elemek, kontaktorok, ellenállásmezők, stb. összessége, amelyek épségéről rátekintéssel vagy a vezetőállás műszereinek segítségével győződhetünk meg, továbbá aktiválásuk alkalmával kapott visszajelentésekből.

A fékezéshez szükséges energiát tároló szerkezetek:

  • légtartályok: épségükről és tömörségükről rátekintéssel és hallás útján győződhetünk meg, amennyiben nyomás alatt vannak. Tömörségük és nyomástűrésük megállapítása szakműhely feladata. Tömörtelenségükről hasznos információt adhat a kompresszorok működésének ideje is, ami sokkal gyakoribb ki-be kapcsolást okoz, mint a normál üzemben, továbbá a kompresszorok hőmérséklete is adhat támpontot.
  • közvetetten a vontatómotorok, amelyek a jármű mozgási energiáját felveszik, és generátorüzembe kapcsolva azt magukból a környezet, vagy az energiahálózat részére átadják. Működésükről szakműhely adhat véleményt, illetve a menetregisztráló adatai adhatnak támpontot.
  • rugóerő tárolós rögzítőfék esetében a felhúzott rugó épsége, és a fékrudazat fékezési helyzete adhat működéséről információt, illetve elektromosan visszajelentett RET fék esetében a vezetőálláson elhelyezett visszajelentések.
  • kondenzátorok, amelyek feltöltött állapotukban, kisülésre készen tárolják a sínfékek működtetéséhez szükséges energiát

A fékparancsot végrehajtó szerkezetek:

  • kormányszelepek: működésükről fékpróba, illetve szakműhely adhat információt.
  • sínféktörzsek: gerjesztés hatására működésbe lépnek, amennyiben nem gerjeszthetőek fel, műhelyi bevizsgálás szükséges.
  • vontatómotorok: elektrodinamikus fékezés esetén a hajtóművön keresztül adják le a fékerőt. Működéséről próbafutás vagy műhelyi szakvélemény adhat információt
  • fékhengerek: működésükről és kellő tömörségükről a fékpróba, illetve a szakműhely adhat információt.

A fékezett szerkezet:

  • kerék futófelületek: a fékerő hatásosságát a futófelület és a féktuskó közötti súrlódási tényező határozza meg. Amennyiben olyan anyag kerül a fékszerkezet és a súrlódó alkatrészek közé amely a súrlódási tényezőt csökkenti, azzal a fékhatás is romlik, kenőanyag esetén pedig gyakorlatilag minimalizálódik. Amennyiben a kerék futófelülete, vagy a féktuskó károsodott, és a teljes felületen való érintkezés nem lehetséges, jelentősen csökken a fékezőerő az adott keréken.
  • féktárcsák: a fékerő hatásosságát a féktárcsák és a fékbetétek közötti súrlódási tényező határozza meg. Amennyiben olyan anyag kerül a fékszerkezet és a súrlódó alkatrészek közé amely a súrlódási tényezőt csökkenti, azzal a fékhatás is romlik, kenőanyag esetén pedig gyakorlatilag minimalizálódik.
  • elektrodinamikus fékezés esetén a motor forgórésze: amennyiben bandázs, kommutátor,stb. hiba miatt a motor(ok) nem képes(ek) felgerjedni, a fékhatás nem alakul ki

Mindent összegezve, a fékszerkezetek vizsgálatakor nem az alkalmazott fékrendszer típusa a lényeges. Ismerni kell ugyan az elemeit ahhoz hogy hibáját megkereshessük, de hogy Lambertsen, Knorr KE, vagy Westinghouse fékrendszer van telepítve az adott járművön, a fékszerkezet meghibásodásainak szempontjából csak karbantartási célból érdekes. Amennyiben a fékszerkezet nem tudta ellátni feladatát, annak kiváltó okát kell keresni:

  • volt kimenő fékparancs? az erről való visszajelzések megérkeztek-e a kezelőhöz?
  • a fékparancs eljutott-e a végrehajtó elemekhez?
  • a végrehajtó elemek végrehajtották-e a parancsot?
  • kialakult-e fékerő? Ha igen mennyi?
  • a jármű megállt, illetve állva maradt?
  • a féket meghúzni, vagy oldani nem lehetett?

A szakműhelyek jelentései alapján, az általunk felfedezettekkel együtt, kialakíthatjuk a fékszerkezetre vonatkozó álláspontunkat, amelyet azonban a többi balesetet befolyásoló tényezővel egyetemben kell megtenni. Lehetséges pl hogy az elektrodinamikus fék nem működött, de annak kiváltó oka a járművezető volt, aki megfeledkezett róla, hogy az elektrodinamikus fékezésben részt vevő motorpár egyik motorját leselejtezte, ezért nem tudott kialakulni az áramkör. Lehetséges hogy a kéziféket az állva tartandó járművön betekerték, de annak mechanikai hibája, és akadása miatt az azt működtető dolgozó azt hitte, hogy a féket behúzta. Rugóerő tárolós fék esetében az állva tartandó kocsi megfutamodik, mert a rugóerő tárolós rögzítőfék le van selejtezve rajta.

Számtalan megoldandó és kivizsgálandó helyzet létezik. Ha csak tehetjük legyünk jelen a szakműhely fékvizsgálatánál is.

Önellenőrző kérdések
1. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A kifogástalanul működő fék akkor töltheti be hivatását, ha ismert a fékberendezés hatásossága, és a megfékezettség szükséges legkisebb mértékére vonatkozó előírások teljesülnek.
2. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
Fékezést a vasúti járművek esetében sebességtartás céljából nem alkalmazunk.
3. Megállás céljából használhatunk:
tuskós
tárcsás
sín fékeket.
4. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
Kerékpár fékezésnél a kerékpárok futó felületén a kerületi sebesség nagyobb, mint a jármű sebessége.
5. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
Sínfékezésnél a sínfék törzs minden esetben letapad a sínfejre.
6. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
Az örvényáramú sínfékezés esetében a sínfék törzsek mozdulatlanok.
7. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A kézifékek esetében a működtető emberi erőt a kézifék rudazat megfelelő áttétel közbeiktatásával, annak sokszorosára emeli.
8. Döntse el az alábbi állításról, hogy igaz vagy hamis!
A kézifékek az üzemi féktől független fékrudazatra fejtik ki hatásukat.
9. Fékezéshez szükséges energiát tároló szerkezetek lehetnek:
légtartályok
vontató motorok
felhúzott rugók
kondenzátorok
fékellenállások
10. Fékparancsot végrehajtó szerkezetek:
kormányszelepek
sínfék törzsek
vontató motorok
fékhengerek
féktárcsák
kerékfutó felületek