transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Układy i urządzenia hamulcowe > Hamulce tarczowe

Hamulce tarczowe składają się z czterech głównych elementów: tarczy hamulcowej, przekładni hamulcowej, szczęk z okładzinami ciernymi, oraz siłowników (cylindrów hamulcowych) czyli elementów hydrauliczno-mechanicznych lub pneumatyczno-mechanicznych, dzięki którym przy załączonym hamowaniu szczęki są dociskane do do tarcz w wyniku czego zostaje wytworzona siła tarcia (opór ruchu).

Do napędu szczęk hamulcowych w pojazdach kolejowych wykorzystuje się sprężone powietrze (hamulec pneumatyczny lub elektropneumatyczny) wtłaczane do cylindrów hamulcowych (siłowników) z układu pneumatycznego. W cylindrach znajdują się tłoki, których tłoczyska połączone są z elementami mechanicznej przekładni hamulcowej. Napór powietrza na tłok powoduje jego wypychanie. Siła ta przenoszona jest przez tłoczysko na układ dźwigni / cięgieł, czego efektem końcowym jest dociśnięcie okładzin ciernych to płaszczyzn ciernych tarczy hamulcowej.
W nowoczesnych tramwajach stosuje się natomiast hamulce tarczowe elektrohydrauliczne, w których docisk szczęk z okładzinami ciernymi do tarcz hamulcowych realizowany jest przez zmniejszenie ciśnienia płynu hamulcowego w siłowniku. Do regulacji ciśnienia płynu służą w takim przypadku elektryczne pompki hamulcowe.

Kliknij aby powiększyć   Elektrohydrauliczny hamulec tarczowy w tramwaju 118N



W przekładniach hamulców tarczowych rozróżnia się układ grupowy i pojedynczy napędu.
W układzie grupowym jeden cylinder hamulcowy poprzez układ przekładni (dźwigni/ cięgieł) przenosi siłę tłokową na dwie tarcze hamulcowe, czyli dwa zespoły szczęk.


Przykładowy schemat układu grupowego


W układzie pojedynczym jeden cylinder hamulcowy powoduje przez przekładnię dźwigniową obustronny docisk szczek hamulcowych do jednej tarczy. Każda tarcza hamulcowa posiada więc niezależny cylinder z przekładnią dźwigniową i zespołem szczęk, a elementy te tworzą zintegrowany fabrycznie mechanizm zaciskowy szczęk.
W obecnie stosowanych rozwiązaniach zespół hamulca tarczowego nie wymaga projektowania przekładni hamulcowej w wózku. Projektując wózek stosuje się w jego ramie odpowiednie elementy wsporcze dedykowane dla wybranego zespołu hamulca tarczowego. Do tych wsporników przymocowuje sie kompletny moduł zaciskowy z cylindrem, przekładnią dźwigniową i szczękami dostarczany przez producenta hamulca.
Poniższy opis będzie oparty właśnie o pojedynczy układ hamulców tarczowych jako układ powszechnie stosowany w taborze kolejowym.

W pojazdach kolejowych rozróżnia się dwa sposoby zamocowania tarcz hamulcowych:

- tarcze zabudowane na osiach zestawów kołowych - rozwiązanie to jest eksploatowane najczęściej w wózkach tocznych i umożliwia zastosowanie do trzech zespołów hamulcowych na jednej osi,

Kliknij aby powiększyć   Trzy zespoły hamulców tarczowych na osi (RABe 514)

Kliknij aby powiększyć   Dwa zespoły hamulców tarczowych na osi (wagon pasażerski)


- tarczami (pierścienie cierne) zabudowane an tarczach kół pojazdu - rozwiązanie to najczęściej stosowane jest w pojazdach trakcyjnych, gdzie nie ma miejsca na zastosowanie wcześniej opisanego rozwiązania z powodu lokalizacji między kołami np. zespołów napędowych. Warunkiem stosowania pierścieni ciernych na kołach jest zastosowanie kół monoblokowych. Pierścienie cierne montowane są z obu stron tarcz kół jezdnych.

Kliknij aby powiększyć   Zespół hamulca z pierścieniami ciernymi na kole - EN81

Kliknij aby powiększyć   Pierścień cierny zewnętrzny na kole - Bombardier TRAXX


Tarcze hamulcowe wykonane są z żeliwa lub staliwa. Podczas hamowania na styku trących o siebie elementów ciernych powstaje wysoka temperatura (zmiana energii kinetycznej na cieplną) dochodząca nawet do 250 stopni Celsjusza. W celu zapewnienia możliwe najlepszego chłodzenia, tarcze posiadają specjalne układ otworów / żeber pełniących rolę radiatorów - zwiększenie powierzchni oddającej ciepło.
Okładziny cierne montowane w obsadach szczęk wykonywane są z tworzyw organicznych lub niekiedy ze spieków i również w nich występują specjalne nacięcia (rowki) poprawiające chłodzenie.
Tarcze (pierścienie cierne) montowane na tarczach kół jezdnych mają mniej skuteczne chłodzenie, gdyż powstające ciepło jest oddawane częściowo na koło jezdne, a częściowo przez wewnętrzne użebrowanie pierścienia ciernego stykającego się z tarczą koła koła.

Stopień rozgrzewania się elementów trących o siebie jest zależny od siły docisku oraz prędkości jazdy.


Kliknij aby powiększyć   Użebrowanie tarczy hamulcowej dla celów chłodzenia

Kliknij aby powiększyć   Użebrowanie pierścienia ciernego na kole (opis na pow.)

Kliknij aby powiększyć   Rowki w okładzinie ciernej


Charakterystyczne dla hamulców tarczowych jest ciche hamowanie dodatkowo bez pisku przy zatrzymywaniu (chyba że okładziny cierne są zużyte). Czasem podczas hamowania takimi hamulcami czuć nieprzyjemny swąd spalenizny.

Kolejowe hamulce tarczowe sterowane są pneumatycznie poprzez sprężone powietrze wtłaczane do cylindrów hamulcowych (siłowników).
W cylindrach znajduje się tłok. Wtłoczenie powietrza do cylindrów powoduje wypchanie tłoczyska w wyniku czego szczęki z okładzinami ciernymi zostają dociśnięte do płaszczyzn ciernych tarcz hamulcowych.
Siła hamowania jest zależna od ciśnienia panującego w cylindrach.


Schemat działania przykładowego hamulca tarczowego



W związku ze stosowaniem na pojazdach kolejowych hamulców postojowych (ręcznych lub sprężynowych) zestawy hamulców tarczowych mogą być przystosowane są do współpracy z układami hamulców postojowych.
Poniższe dwie fotografie przedstawiają hamulce tarczowe wyposażone w układ hamulca sprężynowego (postojowego). Konstrukcja takiego hamulca składa się z dwóch zintegrowanych ze sobą cylindrów. Jeden z nich jest typowym cylindrem pneumatycznym (nacisk na okładziny cierne generowany jest przez sprężone powietrze - im wyższe ciśnienie, tym mocniejszy docisk). Drugi to cylinder sprężynowy, w którym siła nacisku generowana jest przez pakiet sprężyn. W tym cylindrze brak ciśnienia oznacza maksymalną siła hamująca (dlatego stosowany jest jako hamulec postojowy). W celu wyluzowania hamulca sprężynowego należy do jego cylindra doprowadzić sprężone powietrze.
W przypadku awarii - brak sprężonego powietrza - hamulec postojowy można wyluzować pociągając za linkę luzującą.

Kliknij aby powiększyć  
Hamulec z tarczami na kole oraz
z układem hamulca postojowego sprężynowego - SAB WABCO
(opis na powiększeniu)


Kliknij aby powiększyć  
Hamulec z tarczami na kole BEZ
układu hamulca postojowego sprężynowego - SAB WABCO



Kliknij aby powiększyć    
Hamulec z tarczami na kole oraz
z układem hamulca postojowego sprężynowego - KNORR-BREMSE
(opis na powiększeniu)



W przypadku stosowania hamulca postojowego ręcznego do zespołu hamulcowego doprowadzana jest linka, która poprzez obracanie korbą hamulca powoduje zaciskanie okładzin ciernych na tarczy. Poniższa fotografia przedstawia taki typ hamulca, który na przykład zastosowany jest w autobusie szynowym SA101, czy też wagonach osobowych. w

Kliknij aby powiększyć    
Hamulec z tarczą na osi zestawu kołowego
z układem hamulca ręcznego
(opis na powiększeniu)



Ponieważ podczas eksploatacji następuje zużywanie się okładzin ciernych siłowniki hamulców tarczowych mają wbudowane w siebie nastawiacze (tzw. nastawiacze wewnętrzne), które odpowiadają za zapewnienie w stanie odhamowanym takiej samej odległości okładzin ciernych od tarcz hamulcowych i takiego samego skoku tłoka w cylindrze hamulcowym.



Przy hamulcach tarczowych w celu sprawdzenia na przykład podczas próby hamulca, czy hamulce działają prawidłowo (stan odhamowania / zahamowania) stosuje się specjalne wskaźniki wizualizujące aktualny stan hamulców. Wskaźniki te montowane są na wózkach lub na pudle pojazdu trakcyjnego / wagonu.
Wskaźniki takie mogą sygnalizować następujące stany hamulca:
- zahamowany - czerwona tarczka z czarna kropką lub czarnym pasem,
- odhamowany - zielona tarczka,
- stan nieznany (brak sprężonego powietrza w zbiorniku zasilającym układ wskaźników) - biała tarczka z czarnymi przekątnymi.

Kliknij aby powiększyć   Wskaźniki hamulca - Bombardier TRAXX (opis na pow.)

Kliknij aby powiększyć   Tarczki zielone - hamulec odhamowany EN81 (opis na pow.)