История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

В течение первых четырех десятилетий развития железных дорог были изобретены и запатентованы сотни устройств для остановки вагонов. Только несколько из них оказались полезными на практике. Из них самым распространенным стал ручной тип, который приводил в действие кондуктор, повернув горизонтальную рукоятку, установленную на вертикальном столбике в конце каждого вагона. По мере возрастания длины и скорости поезда, а также веса вагонов стало очевидно, что необходим контроль торможения по всей длине поезда. В конце 1860-х годов успешное использование сжатого воздуха для прокладки тоннеля Мон-Сени подсказало молодому Вестингаузу (1846–1914) мысль использовать сжатый воздух для торможения состава. Его первый патент на использование прямодействующего пневматического тормоза был получен в 1869 году, когда юноше было 23 года. В кабине локомотива располагался главный резервуар сжатого воздуха, откуда шланг или труба – поездная магистральная линия – была проложена по всей длине поезда под вагонами. Когда было необходимо торможение, машинист открывал клапан, и сжатый воздух приводил в действие каждый тормозной цилиндр почти мгновенно. Эти воздушные тормоза замедляли поезд или останавливали его, если только в шланге не появлялась дырка и не начиналась утечка воздуха, ослаблявшая тормозную силу. Поезд могло разорвать на две части, и тогда у вагонов не оставалось других возможностей для торможения, кроме старых добрых ручных тормозов.

Вестингауз так описывал первые испытания своих новых тормозов: «Управляющий того, что тогда было известно как Панхэндлская железная дорога, мистер У.У. Кард предложил отдать в мое распоряжение стейбенвильский пассажирский поезд, чтобы я мог продемонстрировать работу. Устройство было установлено на этом поезде, состоявшем из локомотива и четырех вагонов. Во время первого же пробега инженер Дэниел Тейт, выехав из тоннеля в Питтсбурге, заметил на путях лошадь и телегу. Экстренное применение воздушного тормоза предотвратило трагедию. Значение изобретения было наглядно доказано, и воздушный тормоз начал славную карьеру на железнодорожном транспорте».

В 1872 году второе изобретение Вестингауза, автоматический тормоз, сделало замедление хода и остановку проще и надежнее. Новый тормоз был создан на основе первого. Под каждым вагоном был добавлен отдельный дополнительный резервуар с тройным клапаном. Он заполнялся сжатым воздухом при давлении около 75 фунтов. Когда давление в поездной магистральной линии снижается или отключается, в нормальной ситуации, инженером, воздух из резервуара под вагоном действует через тройной клапан на свой тормозной цилиндр, полностью или частично включает тормоз. Если поездная магистральная линия повреждена, все тормоза автоматически включаются давлением воздуха из отдельных резервуаров. Тройной клапан – основная черта автоматического воздушного тормоза. После 1872 году автоматические воздушные тормоза совершенствовались только незначительно. Американские промышленники и железнодорожники в 1886–1887 годах провели множество испытаний каждой детали тормозного оборудования и разных типов тормозов.

В Англии первые официальные испытания тормозов прошли в Мидленде в 1875 году. Вакуумные автоматические тормоза, впервые испытанные в Большой западной железной дороге в 1876 году, после этого распространились очень широко. В Англии железнодорожное оборудование легче, чем в США. В 1925 году вакуумный тормоз стал стандартным оборудованием на английских дорогах, а на континенте – воздушный тормоз. Позже в США появился тормоз, названный АВ-тормоз, который способен контролировать грузовые поезда любой длины, которые двигаются со скоростью более 70 миль в час. А тормоза, установленные на пассажирских составах, контролируют поезда, которые двигаются со скоростью более 100 миль в час. Важность эффективных тормозов очевидна. Ведь кинетическая энергия движущегося поезда пропорциональна квадрату его скорости. К примеру, поезд, скорость которого 80 миль в час, обладает в два раза большей энергией, чем поезд такого же веса при 60 милях в час. А энергия поезда при 100 милях в час больше в три раза. Ее необходимо погасить, чтобы остановить поезд. Воздушный тормоз – не только устройство безопасности. Он дает контроль над скоростью поезда в любой момент времени, а значит, в конечном счете способствует увеличению пропускной способности железной дороги, позволяя делать поезда быстрее и более частыми. Если бы миссис Карлайл могла проехать на поезде, скажем, 1950-х годов, ей не пришлось бы волноваться, как в 1836 году, о «невозможности остановки этой ужасной штуковины».