Вопреки всеобщему мнению, самой главной особенностью любого поезда является не его скорость, грузоподъёмность или же комфорт для пассажиров. Главное – это способность вовремя остановиться, особенно в аварийных ситуациях. Именно поэтому развитию тормозной системы здесь уделялось особое внимание, ведь без неё ни одна поездка не может считаться хоть сколько-нибудь безопасной.
Сила на полном ходу
Когда поезд разгоняется до ста километров в час, а за ним тянется вереница из десятков вагонов, его торможение превращается в задачу куда более серьёзную, чем может показаться на первый взгляд. И весь процесс занимает не сотни метров, а километры. Удержать настолько большую и тяжёлую технику от выхода за границы перрона или от столкновения — задача не из лёгких, и от неё буквально зависят жизни. Тормоза железнодорожных составов развивались вместе с самой техникой, и с каждым годом они становятся всё сложнее. Вес и скорость поездов постоянно увеличиваются, а значит, сложность задачи – вовремя остановить железнодорожный состав – растёт в геометрической прогрессии.
Когда первые паровозы начали выбираться за пределы депо, с остановкой у них всё было довольно грубо и примитивно. За тормоза отвечал человек. Прямо в движении он должен был провернуть винт, прижимавший деревянные колодки к ободу колеса. Если состав был длинным, таких людей требовалось несколько. Иногда для экстренной остановки под колёса бросали клинья или башмаки. Всё это было громоздко, работало очень медленно, а главное — зависело от человеческой реакции и слаженности. В условиях неровной местности, тумана и сырости такой подход быстро достиг своих пределов, и на длинных составах тормоза перестали быть эффективными.
На переломе XIX века в игру вступил воздух. Джордж Вестингауз, американский инженер, придумал, как заставить поезд тормозить слаженно и без участия десятков рабочих. Он предложил использовать сжатый воздух, с помощью которого одновременно прижимались тормозные колодки по всему составу. Если в пневматической системе падало давление, система включалась самостоятельно, даже в случае повреждения пневмотрассы. Так появился автоматический пневматический тормоз, который быстро превратился в стандарт, а процесс торможения стал более эффективным и теперь выполнялся по всему составу. Машинист управлял этим процессом из кабины, и на экстренное торможение уходили секунды, а не минуты. Правда, это было только начало, и тормозная система стремительно эволюционировала, но именно в то время были заложены базовые технологии, которые работают даже сейчас.
В XX веке поезда заметно потяжелели. Грузовые тянули за собой сотни тонн, а пассажирские становились всё быстрее, поэтому концепцию тормозной системы пришлось заново пересматривать. Даже при полной готовности и идеальных тормозах тормозной путь мог растягиваться на большие расстояния, и к пневматике добавились вспомогательные системы, а сложность управления всем этим возросла в разы. Эффективность торможения зависела от состояния путей, угла подъёма, от момента начала торможения, от погоды и прочих условий. Элементарная ошибка могла привести к серьёзным последствиям, и усилий одного машиниста стало не хватать.
Электричество в помощь
Когда пар ушёл в прошлое, а электровозы и дизели заняли их место, появились новые возможности. Вместе с электротягой пришла идея тормозить тяговыми двигателями, что превращало электродвигатель, лишённый питания, в генератор. Колёса вращали его принудительно, и при этом выделялась энергия. Её либо сбрасывали в виде тепла, либо, на более продвинутых системах, отправляли обратно в сеть. Рекуперация хорошо работала на спусках или во время плавной остановки, и при этом она почти не изнашивала детали, ведь торможение шло без трения. Тем не менее, полностью от механических тормозов отказываться не стали — при экстренной остановке всё равно требовалась жёсткая, надёжная сила.
Компьютеры и умные тормоза
Впоследствии в тормозных системах стали использовать огромное количество электроники. Современные поезда, особенно те, что разгоняются до трёхсот километров в час и выше, не полагаются на один способ торможения. Там всё сразу: и пневматика, и электродинамика, и магнитные тормоза. Каждая система включается в нужный момент, подстраиваясь под скорость, вес, состояние рельс и прочие внешние факторы. Тормозная система сегодня — это часть большого алгоритма. Компьютеры просчитывают нагрузку, предсказывают поведение состава и дают команду на торможение с точностью до миллисекунды. Например, так происходит у «Сапсана», «Синкансэна» и прочих поездов, скорость которых намного превышает стандартную.
У японского N700S, курсирующего по линиям «Синкансэн», в тормозной схеме используется не только рекуперация, но и активные охлаждаемые диски, которые адаптируются к скорости и температуре в режиме реального времени. Установленные датчики следят за состоянием колёсных пар и погодными условиями. Если состав попадает на влажный участок, алгоритм корректирует интенсивность торможения, чтобы избежать пробуксовки. А у новейших европейских скоростных поездов, вроде Alstom Avelia Horizon, все тормозные механизмы объединены в единую цифровую систему, которая взаимодействует с системой контроля маршрута и может заранее подготовить тормоза к срабатыванию ещё до приближения к станции или к участку с ограничением скорости.
Там, где трения больше нет
С поездами на магнитной подушке ситуация ещё интереснее. У них нет обычных колёс и рельс — вагон как бы висит над путём. Привычных тормозов там не найти, поэтому весь процесс основан на изменении магнитных полей. Нужно замедлиться — электромагниты создают сопротивление движению. При аварийном торможении вступают в игру дополнительные элементы, вроде выдвижных тормозных планок, создающих трение о направляющие. Всё это звучит как фантастика, но даже у маглева, разгоняющегося до шестисот километров в час, торможение — вопрос строгой математики. Чем выше скорость, тем дольше путь, и ни один супермагнит не изменит физику.
Тормозные системы поездов развиваются вместе с самими железнодорожными составами. Скорости здесь постоянно увеличиваются, а потому и безопасность вынуждены поддерживать на соответствующем уровне. Какими будут тормозные системы будущего, сказать трудно, но уже сейчас понятно, что им придётся выдерживать колоссальные нагрузки.
Тормозная система современных поездов перестала быть простым и понятным устройством. Высокотехнологичный поезд имеет такие же продвинутые тормоза.
