tlakovzdušná průběžná brzda
pro osobní lavicové vozy
na parkové dráze

Tlakovzdušná brzda osobních vozů

Musíme jezdit bezpečně

Bezpečnost provozu parkové dráhy je důležitá stejně, jako u normálního kolejového dopravce. Vše je sice výrazně menší, lehčí a jezdí se výrazně pomaleji. I tak jde o velké hmotnosti pohybujících se souprav. Zastavení plného vlaku s 30—40 lidmi z rychlosti 10—12 km/h není jednoduchá záležitost. U takových souprav už nestačí brzdit roztaženýma nohama. Což je za normálních okolností blesková a účinná reakce každého »sólo« jedoucího modeláře.

Plný osobní vlak s pěti vozy v době konání 1. Parní Olympiády. Foto 2. 6. 2012 © Tomáš Randýsek.

Brzdy modelů

Vlaková brzda je u modelů nejčastěji řešena dle skutečnosti - jako mechanická zdržová. Ovládání u parních lokomotiv je nejčastěji prostřednictvím klasického vřetene s klikou v dosahu »modelvedoucího« v kabině lokomotivy. Na obslužných vozech bývají brzdy ovládané pákou. Zatažení za páku je nejrychlejší a obslužný vůz s adhezí podpořenou hmotností modeláře brzdí dost účinně. Takovou brzdu lze považovat za provozní. Bezpečná je ovšem jen do určité hmotnosti přivěšeného vlaku. Brzdná síla je na vozy přenášena výhradně přes spřáhla. V obloucích dochází k rozkladu sil a na vagony působí i odstředivé síly. Pokud je připojených vagonů více, mohou být tyto síly již kritické, zejména při nouzovém brzdění nebo dokonce nárazu. Může dojít k vykolejení s následným poškozením spřahovacího ústrojí. Na těžký vlak již také nemusí stačit adheze brzdícího obslužného vozu, jehož kola se pak mohou snadno dostat do skluzu.

První provoz s funkční průběžnou vlakovou brzdou lokomotivy PONAVA. Foto 6. 10. 2012 © Tomáš Randýsek.

Je proto zřejmé, že i u modelů je nejlepším řešením brzda průběžná, kdy brzdí všechny vozy soupravy. Nejvýhodnějším pohonem je (tak jako u velké železnice) stlačený vzduch. V modelářském světě jsou vyvinuty i soustavy podtlakové nebo s elektromotorickým pohonem. Sací brzdy jsou ale nevýhodné vzhledem k velmi malému pracovnímu rozdílu tlaku, elektromotorické pohony jsou zase stavově špatně kontrolovatelné.

Konstrukční idea pro Brno

Osobní lavicové vozy Parkové dráhy Olympia Brno jsou od počátku konstruovány se záměrem instalovat tlakovzdušnou brzdu. Z důvodu konstrukční jednoduchosti a provozní spolehlivosti byla zvolena brzda přímočinná. Úvaha byla podpořena reprodukovanými zkušenostmi na švýcarské Le Bouveret.
Brzda automatická, fungující i při roztržení vlaku, je podstatně komplikovanější, přičemž riziko roztržení a nebezpečí z toho vyplývající je u parkové dráhy de facto minimální. Na některých parkových drahách jsou soupravy pro návštěníky automatickou brzdou vybaveny. Vozy pak mají pomocné jímky a dva samostatné potrubní rozvody. Jeden plní funkci záchranné brzdy (při roztržení), druhý okruh je prostou přímočinnou brzdou. Pojištění fukce spřahovacího ústrojí při roztržení vlaku však lze řešit například použitím pojistných řetězů.

Koncept

Pro brněnské lavicové vozy bylo zvoleno následující uspořádání:

1) Podvozky se zdržemi bez pákových mechanismů
2) Jednoduché válce se dvěma od sebe pracujícími písty bez vratných pružin
3) Vnitřní rozvody vozu pomocí sériově vyráběných pneumatických prvků (s PE hadicemi 8 a 4 mm)
4) Čelní propojovací hadice a armatury v modelovém provedení

PODVOZKY

Podvozky jsou obrzděny čtveřicí zdrží (špalků) působící na kola z vnitřní strany. Přímo na zdrže zhruba v úrovni osy náprav působí písty dvou brzdových válců. Ty jsou velmi jednoduché. Jde o vrtaný blok, který je součástí příčníku rámu podvozku. Dva písty ve formě jednoduchého válečku jsou vybaveny dvojicí těsnicích O-kroužků. Vnitřní doraz pístů tvoří kolík (šroub), vnější doraz pak tvoří zdrže, respektive brzděná kola vozu. Na boku těla válce je šroubení s rychloupínacím mechanismen pro hadice 4 mm. Popsaný systém má minimum součástí a nemusí se seřizovat po dobu životnosti zdrží.

Podvozek rozchodu 127 mm s brzdovými válci. Foto 3. 1. 2009 © Roman Šiler.

Propojení obou brzdových válců pětkového podvozku. Foto 3. 1. 2009 © Roman Šiler.

Tlakový vzduch odtlačuje oba písty směrem ke zdržím, které po odbrzdění svým odlehnutím vrací písty zpět. Ty pak skutečně nepotřebují vratné pružiny. Jejich pohyb tam i zpět je samozřejmě minimální, což urychluje brzdný účinek. Lepší odlehnutí zdrží (zejména u stojícího vlaku) mohou zajistit tažné šroubové pružiny instalované mezi vlastní zdrže. Nejsou ale nezbytné.

Zavěšení brzdové zdrže na pětkovém podvozku. Foto 3. 1. 2009 © Roman Šiler.

Podvozek č. 1 vozu evid. č. 216. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

Podvozek č. 1 vozu evid. č. 216. Zdrže s připravenými otvory pro odbrzďovací pružinu. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

Podvozky pro rozchod 127 a 184 mm jsou principiálně stejné. Liší se rozměrem a zdržemi. Zdrže byly pro kola průměru 120 mm u sedmičkových podvozků vyrobeny litím.

Brzdové zdrže<br/>pro podvozky s průměrem kola 120 mm<br/>z litiny

Brzdové zdrže
pro podvozky s průměrem kola 120 mm
z litiny

ROZVODY

Přívodní hadice obou válců jsou ještě v prostoru podvozku spojeny Y spojkou a jediná přívodní hadička je pak protažena podlahou do tubusu pod sedadlem vozu. Zde jsou napájecí hadičky obou podvozlů napojeny na hlavní rozvod. Ten je tvořen plastovou PE hadicí 8 mm, spojující uzavírací ventily na čelech vozu. Podvozky jsou na hlavní rozvod napojeny T kusem a redukcí 4/8. Přístup k těmto rozvodům je přes čelní »přechodové« dveře, které jsou proto u vozů funkční, zamykatelné jednoduchým nábytkovým zámkem.

Otevřené přechodové dvěře a tubus pod sedadlem s rozvody PE hadicemi. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

Y-spojka přívodní PE hadičky 4 mm u podvozku. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

PROPOJOVACÍ ARMATURY

Lavicové vozy mají budit dojem modelu osobního vozu. K tomu přispívá čelo s okny a přechodovými dveřmi, u sedmičkových vozů i nástupními dveřmi a částečně i bočními okny. Byla proto hledána možnost funkčního modelového provedení hadicových spojek. Základním problémem bylo funkční bajonetové hrdlo, které je poměrně složitou součástkou. Modely takových hrdel byly získány po delším pátrání ve Švýcarsku.

Odlitek hrdla spojovací hadice (s nálitkem a bez těsnění). Foto 13. 9. 2011 © Roman Šiler.

Aby manipulace při propojování hadic mezi vozy byly přijatelné (pohodlné), bylo zvoleno uspořádání podobné sacím brzdám některých úzkorozchodných lokálek (Ostravsko). Vyznačuje se vytažením hadic do výšky pomocí vertikální trubky nedaleko středu vozu. Hadice se propojují mezi vozy úhlopříčně. Hadice může být proto na čele pouze jedna a je lhostejné, jak jsou vozy při spřahování otočeny.

Výkres sestavy spodního kolena s uzavíracím ventilem. Vygenerováno ze 3D modelu SolidWorks. © Roman Šiler.

Výkres 3D modelu horního kolena (ještě nerozpůleného). SolidWorks © Roman Šiler.

Další problematickou součástkou se v tom případě stala horní kolena vertikální trubky a také uzavírací ventil na patě trubky. Koleno bylo vyrobeno odlitím metodou ztraceného vosku, ventil bylo nutno vyrobit frézováním a soustružením. Kolínko bylo skutečně problematické, protože v malých rozměrech nebylo možné vytvořit rozumné jádro a také závěrečné vyčistění keramiky ze zahnuté trubky není prakticky realizovatelné. Odlitky byly nakonec řešeny jako dvě poloviny, závěrečnou prací bylo letování stříbrem.

Vyfrézované poloviny modelu pro odlévání. Foto 13. 9. 2011 © Roman Šiler.

Obě poloviny modelu horního kolena s otvory pro sesazovací kolíky. Foto 13. 9. 2011 © Roman Šiler.

Vlastní hadice mezi kolenem a propojovacím hrdlem je pryžová s vnějším opletením černou textilií (hadička na palivo). Hadička je na hrdle i na kolenu utěsněna západkovou sponou. Spodní koleno s uzavíracím ventilem je vybaveno vládací pákou, která napodobuje páky uzavíracích ventilů skutečných tlakovzdušných brzd na železnici. Ve svislé poloze páky je ventil uzavřen (na konci vlaku), v poloze vodorovné je otevřen (po propojení soustavy mezi vozy).

Ventil v poloze »ZAVŘENO«. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

Ventil v poloze »OTEVŘENO«. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

Pro zajištění polohy nepropojené hadice s bajonetovým hrdlem byla zkonstruována konzola na čele vozu, která zároveň kryje vstupní otvor hrdla s těsněním. Zamezí se tím znečisťování hrdla prachem a zejména odletující vodou se rzí při jízdě na mokré kolejnici.

Zajištění hadice v nesvěšené poloze. Foto 21. 11. 2012 © Roman Šiler.

Vývoj na roky

Cesta ke konečné kompletaci celé tlakovzdušné soustavy na lavicových vozech byla celkem dlouhá. Bylo to způsobeno především hledáním potřebných součástí a postupným vývojem a výrobou nových originálních součástí. Systém vykazuje samozřejmě určitou míru netěsností, zejména spojení bajonetových hrdel a uzavírací ventily. Pro bezpečnost provozního brzdění vlaku je to však přijatelné. Netěsnosti pouze zvyšují nároky na soustrojí dodávající vzduch (kompresor, napájecí baterie). Odezva brzdného účinku vlaku při brzdění je tím delší, čím více je ve vlaku obrzděných vozů. Celá soustava se při otevření brzdiče teprve postupně plní. Je proto citelný rozdíl mezi vlakem se dvěma nebo čtyřmi vozy. Zkrátka jako ve skutečnosti.
Tlakovzdušná soustava je postupně kompletována (stav listopad 2012) na pětkových vozech (série evid. č. 205—213 a 216—218). A také na dvou konstrukčně stejných vozech pro rozchod 184 mm (evid. č. 220 a 221). Prozatím je kompresorem, jímkou, brzdičem a kompatibilní propojovací hadicí s bajonetovým hrdlem vybaven jen obslužný vůz parní lokomotivy PONAVA. Následovat bude lokomotiva KRZENOWIC. Propojovací hadice budou postupně nainstalovány na sedmičkové vagony (evid. č. 251—258). Kompresorem a vzduchovou jímkou je nutné vybavit i lokotraktor (evid. č. 12). Lokomotivy TU47, které jsou ve výrobě, budou od počátku podobně vybaveny také.

Praktická zkouška pozitivní

Praktické provozní zkoušky byly provedeny s lokomotivou PONAVA s přivěšenými čtyřmi pětkovými vozy. Brzda funguje naprosto báječně. Při zkouškách jsme se soustředili i na zjištění, jak se chovají vozy o velmi rozdílné hmotnosti. Je prostě fakt, že rozdíl mezi prázdným a »loženým« lavicovým vozem je obrovský. Nasednutím jediného dospělého cestujícího se hmotnost vozu zdvojnásobí. Pokud je ve vlaku plně obsazený vůz a zároveň i zcela prázdný, dojde při intenzívním brzdění u prázdného vozu ke skluzu. Je proto třeba obsazovat vozy pokud možno rovnoměrně. Dalším technickým řešením by bylo rozdělení brzdového okruhu každého vozu na dva a jeden okruh učinit odpojovatelným. Okuh by tvořily vždy dva válce (po jednom z každého podvozku). Odpojovací ventil by byl označen klasickou tabulkou »prázdný – ložený«.
Skutečnou potřebu takových úprav však ukáže teprve čas.