ČSD na rázcestí - elektropneumatická brzda

    Samotný vývoj brzdenia vlakov mal podobu zložitého procesu, kým sa od neistých začiatkov dopracoval až do súčasného stavu. Vynálezov, ktoré mali plniť náročnú a zodpovednú úlohu vzniklo nepreberné množstvo, od tých bláznivých až po celkom seriózne úvahy.

     Vlaky boli spočiatku brzdené iba rušňom a neskôr sa začali uplatňovať ručné brzdy ovládané brzdármi. V roku 1847 vznikla povrazová brzda, neskôr pomenovaná podľa autora jej zdokonalenia - Heberleinova. Išlo o povraz, či skôr lano, natiahnuté z rušňa (služobného vozňa) cez strechy všetkých vozňov a na každom z nich zároveň pripojené na pákový mechanizmus brzdy. Pomocou navijáku sa upravovalo napnutie lana a tým sa uvoľňovali, resp. pritláčali vtedy ešte drevené brzdové klátiky ku kolesám. Podobný princíp využívala Severná dráha cisára Ferdinada, avšak namiesto lana plnila túto funkciu reťaz prevlečená popod vozne.

     Prevrat spôsobil až americký vynález v roku 1877, ktorý nechal celou súpravou viesť vzduchové potrubie a zmenou tlaku vzduchu v tomto potrubí rušňovodič ovládal rýchlosť vlaku. Na rušni sa nachádzal parný ejektor (výveva), ktorý odčerpával vzduch z potrubia, čím vytváral podtlak (vákuum). Preto sa brzde hovorí vákuová. Zvyšovaním podtlaku sa vlak odbrzdil a opačne, pri vniknutí atmosferického vzduchu do potrubia dochádzalo k brzdeniu.

      To až neskôr bol systém vákua nahradený stlačeným vzduchom a okolo roku 1885 sa v Uhorsku začala používať pneumatická (tlaková) brzda, pričom jej základný princíp pretrval dodnes. Pravda oveľa neskôr sa objavili a začali využívať aj ďalšie spôsoby brzdenia, ako napr. brzdenie motorom, elektromagnetická, elektrodynamická alebo kotúčová brzda, avšak klasický systém, rozšírený do celého sveta, zostáva stále na svojej neotrasiteľnej pozícii. Viac ako sto rokov tlačíme kompresorom vzduch do priebežného potrubia a rušňovodič ho potom vypúšťa svojim brzdičom, aby vyvolal brzdenie v celej súprave.

Z8kladná schéma usporiadania pneumatickej (tlakovej) brzdy

    Je snáď tento systém natoľko dokonalý, že nepotreboval žiadnu zásadnú zmenu? Rozhodne nie. Vždy sa nájdu prvky, ktoré je možno vylepšiť a v prípade pneumatickej brzdy išlo (a stále ide) skôr o to, že jej princíp má jednoduché základy, či už ide o výrobu, konštrukciu alebo údržbu, je primerane účinný a spoľahlivý, nuž a napokon masovo rozšírený.

     Začiatkom 1970-tych sa však v zahraničí a neskôr aj u ČSD začalo niečo diať. Objavilo sa významné zdokonalenie a Československo nechcelo zostať bokom, preto sa s elánom pustilo do vývoja a skúšok vklastného zariadenia, aby čím skôr mohlo zaviesť do svojej prevádzky novinku – elektropneumatickú brzdu (ďalej len EP brzda).

     Jej fyzický princíp (brzdenie stlačeným vzduchom) ostáva síce rovnaký, avšak príkaz na jeho vypúšťanie prichádza k vozňom odlišnou cestou. Zatiaľ čo pri klasickom spôsobe sa to deje výlučne cestou priebežného potrubia, ktoré na prednom konci otvorí rušňovodič a tento „príkaz“ vo forme znižovania tlaku postupuje ďalej smerom ku koncu vlaku, pri elektropneumatike „beží“ pokyn po elektrickom drôte ako krátky impulz, ktorý aj pri veľmi dlhých vlakoch dorazí do každého z vozňov prakticky v rovnakom okamihu.

     Mohlo by sa zdať, že ide len o malý zásah do systému, ale s akým pozitívnym účinkom! Vďaka tomu, že povel na vypúšťanie prichádza naraz do všetkých vozňov dokáže vlak brzdiť oveľa účinnejšie a na zastavenie mu postačuje omnoho kratšia vzdialenosť. Keďže vozne začnú brzdiť súčasne, zlepšuje sa dynamika jazdy a strácajú sa nepríjemné pozdĺžne rázy v súprave. K tým dochádza, keď predná časť už brzdí, kým zadná ešte nie a vzápätí prichádza opačný stav, keď predok je už uvoľnený, no zadná časť je ešte stále zabrzdená. Okrem toho je nový druh brzdy citlivejší, dovoľuje presnejšie zastavovanie, lepšie manévrovanie a prispôsobenie rýchlosti okamžitej potrebe... a čím je vlak dlhší, tým viac sa výhody prejavia.

Schéma elektropneumatickej brzdy ČSD typu DAKO

     Elektropneumatická brzda je riešená ako doplnok k brzde pneumatickej, vlastne sa stáva jej nadstavbou. Jej hlavné časti sa skladajú zo zdroja elektrickej energie, z elektrického ovládača na hnacom vozidle, z priebežného elektrického vedenia s koncovými spojkami a zásuvkami, z EP ventilov a z kontrolného zariadenia, ktoré na hnacom vozidle signalizuje prípadnú poruchu na elektrickom vedení.

     Podľa jej „spolupráce“ so vzduchovým potrubím poznáme dva základné druhy EP brzdy – priamočinnú, ktorá pracuje s jedným brzdovým potrubím a samočinnú, ktorá pracuje okrem hlavného aj s napájacím potrubím (žlté brzdové spojky).

     V Československu sa vývoju a skúškam EP brzdy skúškam vzhľadom na jej nesporné výhody venovala pozornosť so všetkou vážnosťou. Na počiatku 1970-tych rokov zadali ČSD požiadavky na vývoj samočinnej EP brzdy, ktorá mala byť priamou nadstavbou pneumatickej rýchlikovej brzdy DAKO-R.

     Základnou podmienkou bolo, že brzdové zariadenia pneumatickej brzdy DAKO-R musia byť bez úprav plne využité u rýchlikovej EP brzdy a rovnako aj nadstavba EP brzdy DAKO musí byť plne použiteľná aj pre ostatné brzdové systémy, predovšetkým typu Knorr a Oerlikon. Táto požiadavka síce dosť zväzovala ruky výrobcovi bŕzd v ČSSR – Kovolisu Hedvikov (neskôr ZTS Třemošnice), ale ten napokon, po zložitom vývoji, úspešne predložil ČSD variantu EP brzdy, označenú ako „3e“, ktorá spĺňala všetky prísne podmienky.

     Za účelom skúšobnej prevádzky bolo z úplne nových vozňov z Vagónky Bautzen vybraných 18 kusov, z ktorých mali byť zostavené pokusné súpravy. Išlo o desať vozňov radu Ba (51 54 20-41 080 až 089) a osem vozňov radu ABa (51 54 39-10 271 až 278). K týmto boli v ŽOS Plzeň rekonštrukciou upravené ešte dva služobno-poštové vozne DFa 51 54 91-40 022 a 024.

V zmysle medzinárodných predpisov sa medzi ostatnými značkami na ráme vozidla objavil aj žltý nápis „ep“ v rámčeku, tj. že značka, že vozeň je vybavený kompletnou EP brzdou (červený nápis „ep“ značí, že je vybavený iba priebežným elektrickým vedením).

     Všetky uvedené vozne boli okrem nového brzdového potrubia s priemerom 1 a ¼‘‘ vybavené aj druhým napájacím potrubím s rovnakým priemerom. Na vozne bolo dosadené priebežné elektrické vedenie uložené na spodku v kovovej rúrke, vedené tak, aby neprišlo do kolízie s pohyblivými časťami a na čelách pribudli elektrické zásuvky. Vedenie jednosmerného prúdu pozostáva z troch vodičov: brzdiaci, odbrzďovací a spätný. Doplnené bolo prídavné zariadenie obsahujúce spätný ventil, obmedzovač tlaku, prepúšťač a EP ventily (brzdiaci a odbrzďovací). Vozne boli pre lepšiu orientáciu označené na skrini pozdĺžnym 20 cm širokým žltým pruhom.  

     K týmto 20 vozňom boli upravené aj tri rušne radu T 478.3 (753). Skúšky súprav prebiehali v dvoch etapách – na skúšobnom okruhu vo Velimi a v bežnej prevádzke ČSD, predovšetkým na trati Praha - České Budějovice. Tieto skúšky jasne poukázali na prednosti EP brzdy, ale tiež na problémy a nedostatky pri jej bežnej prevádzke a údržbe. Čo sa týka výhod, tou hlavnou je skrátenie zábrzdnej vzdialenosti. Výborne poslúži napríklad tabuľka zábrzdných vzdialeností pri použití rýchlobrzdy z rýchlostí 100, 120 a 140 km/h pri režimoch brzdenia "osobný" a "rýchlik":

     Z ďalších výsledkov dosiahnutých a nameraných pri skúškach vyplýva okrem iného aj to, že pri bežnom prevádzkovom brzdení pri zábrzdnej vzdialenosti 1000 m nie je možné jazdiť rýchlosťou 140 km/h, avšak pri použití EP brzdy je možné aj túto podmienku splniť.

     Čo sa týka problémov, tým najväčším s ukázalo elektrické vedenie. U vozňov, ktoré majú byť vybavené EP brzdou je potrebné venovať pozornosť hlavne zabudovaným prívodkám, medzivozňovým káblom s pohyblivou zásuvkou aj samotnému priebežnému vedeniu, pretože tam sa vyskytovali najčastejšie problémy, ktoré viedli až k vyradeniu EP brzdy z činnosti. Predovšetkým vysoké nároky na údržbu a na bezporuchový stav znemožňujú jej použitie tam, kde by sa jej výhody prejavili najviac – na nákladných vlakoch. Aj v osobnej doprave, pri klasických súpravách zostala efektívnosť jej použitia otázna. ČSD ju síce hodlali použiť aspoň na expresoch, ktoré mali jazdiť rýchlosťou 140 km/h a pri ostatných vlakoch sa rátalo s jej použitím až v spojitosti so zavedením automatického spriahadla, ale nakoniec zostáva brzdenie aj spájanie pri starom.

     No EP brzda "nezomrela" ako by sa mohlo zdať, ale  v súčasnej dobe sa úspešne montuje do ucelených motorových či elektrických jednotiek, ktoré jej poskytujú tú výhodu, že sa v prevádzke nerozpájajú.

Vozne boli pre lepšiu orientáciu označené na skrini pozdĺžnym 20 cm širokým žltým pruhom.  

     Zaujímavý experiment ČSD po rokoch upadol do zabudnutia, ale predstavme si, že by to všetko dopadlo celkom inak a dnes by bola EP brzda riadnou súčasťou našich železníc. Ako by teda vyzeral (a pri skúšobnej prevádzke sa aj skutočne konal) pozmenený "rituál" úplnej skúšky brzdy?

     Skúška brzdy sa skladá z úplnej skúšky pneumatickej brzdy (vrátane skúšky tesnosti) a jednoduchej skúšky EP brzdy. Rušňovodič na výzvu vozmajstra vykoná skúšku tesnosti tlakovej brzdy, čím zisťuje či netesnosť nie je väčšia než 0,5 bar počas 2 minút. Rušňovodič potom na výzvu vozmajstra odovzdá kontrolnú hlavicu, ktorá patrí do inventára HV a ktorá neskôr poslúži na kontrolu účinku EP brzdy.

     Rušňovodič vypne na HV z činnosti EP brzdu a na návesť vozmajstra „Zabrzdiť“ zabrzdí tlakovou brzdou pre účely úplnej skúšky tlakovej brzdy. Vozmajster postupuje od čela vlaku k jeho koncu a okrem predpísaných úkonov týkajúcich sa skúšky tlakovej brzdy zároveň kontroluje prepojenie vzduchových hadíc so žltými hlavicami, či sú rukoväte tohto potrubia v otvorenej polohe, tesnosť napájacieho potrubia a či je v ňom tlak 8 bar, a tesnosť prídavného zariadenie EP brzdy, namontovaného približne v strede spodku vozňa medzi vzduchojemom a batériami.

     Pri silnom úniku vzduchu (napr. EP ventil zostáva otvorený) vypne EP brzdu z činnosti. Spolu s vozmajstrom sa dostavil ku vlaku aj vozňový elektrikár, ktorý kontroluje prepojenie elektrických medzivozňových káblov. Susedné vozne môžu byť spojené iba jednou elektrickou spojkou, ktorá musí byť zapojená do zásuvky oproti (prepojenie krížom, popod skrutkovku je zakázané). Druhá spojka musí byť zastrčená v slepej zásuvke vlastného vozňa.

     Vozmajster po kontrole brzdy posledného vozňa dá rušňovodičovi návesť „Odbrzdiť“ a počká, kým posledný sa vozeň odbrzdí. Vozmajster potom odovzdá kontrolnú hlavicu elektrikárovi, ktorý zloží kryt z elektrickej zásuvky na zadnom čele vozňa a zastrčí do nej kontrolnú hlavicu. Potom sa elektrikár postaví vedľa vozmajstra a na pokyn vozmajstra dajú obaja súčasne zdvojenú návesť „Zabrzdiť“ (návesť „Zabrzdiť“ dávaná súčasne dvoma, vedľa seba stojacimi pracovníkmi, znamená „Zabrzdiť elektropneumaticky“). Po obdržaní tejto návesti rušňovodič uvedie do činnosti EP brzdu a elektropneumaticky zabrzdí.

Takto by zrejme vyzerala návesť "Zabrzdiť pneumaticky" v súčasnom predpise Ž 1.

     Elektrikár podíde ku kontrolnej hlavici a kontroluje, či sa na nej rozsvecuje červená žiarovka, čo znamená, že v brzdiacom vodiči je prúd a účinkujú brzdiace EP ventily. Zabrzdenie posledného vozňa potom prekontroluje vozmajster a už sám dá návesť „Odbrzdiť“ (po predošlej návesti „Zabrzdiť elektropneumaticky“ to aj bez zdvojenia vždy znamená „Odbrzdiť elektropneumaticky). Pri odbrzdení eleketrikár sleduje, či sa rozsvieti biela žiarovka, čo znamená, že v odbrzďovacom vodiči je prúd a účinkujú odbrzďovacie EP ventily. Elekektrikár potom hlavicu odpojí, odovzdá vozmajstrovi a na zásuvku opäť nasadí kryt.

     Po elektropneumatickom odbrzdení posledného vozňa dá vozmajster rušňovodičovi jednoduchú návesť „Zabrzdiť“, keďže zostáva dokončiť skúšku tlakovej brzdy. Rušňovodič vtedy vypne EP brzdu z činnosti a zabrzdí pneumaticky. Vozmajster na konci vlaku vyčká až sa zabrzdí posledný vozeň a skontroluje priľahnutie brzdových klátikov. Potom dá návesť „Odbrzdiť“ a smerom k rušňu kontroluje či sú všetky vozne riadne odbrzdené. Vozeň, ktorý nemá v poriadku tlakovú brzdu, musí byť z osobnej súpravy vyradený. Po príchode k rušňu vozmajster vráti rušňovodičovi kontrolnú EP hlavicu.

     V prípade veľkej netesnosti napájacieho (žltého) potrubia, ktorá sa nedá odstrániť, oznámi vozmajster závadu rušňovodičovi a požiada ho, aby štvorhranom uzavrel napájacie potrubie na čele rušňa a aby vypol EP brzdu z činnosti – vlak pôjde brzdený iba pneumaticky. Rovnako bude EP brzda vypnutá z činnosti ak pri kontrole na konci vlaku nesvietila jedna alebo druhá kontrolka. V prípade, že v súprave s EP brzdou sú vypnuté z EP brzdenia viac ako dva vozne alebo sú k vlaku pripojené posilové vozne bez EP brzdy, vlak pôjde opäť brzdený iba pneumaticky.

     Vozmajster oznámi výsledok skúšok oboch bŕzd rušňovodičovi a zapíše ho aj do Správy o brzdení. Rušňovodič potom zapne EP brzdu do činnosti a skúška brzdy je ukončená. V prípade akejkoľvek závady počas jazdy na trati, vždy rozhoduje o jej vypnutí a prechode na čisto pneumatické brzdenie alebo ponechaní v činnosti rušňovodič.

Literatúra:

- Brzdová výstroj nových železničních vozů ČSD, Nadas, 1981

- predpis Ž 1

Ďalšie informácie o fungovaní štandardnej tlakovej brzdy napríklad na: http://www.atlaslokomotiv.net/page-brzdy.html