Wyobraźmy sobie w zimowej scenerii ojca ciągnącego trójkę dzieci na sankach przywiązanych jedne za drugimi – bardzo wesoła zabawa dla dzieci i pewnie ciut mniej wesoła dla ojca, zwłaszcza po dłuższym czasie. Jeśli zasapany od wysiłku ojciec będzie chciał się zatrzymać, musi wziąć pod uwagę bezpieczne wyhamowanie całego wesołego składu, bez uszczerbku dla zdrowia małoletnich. Sanki będą musiały zahamować praktycznie jednocześnie, bo inaczej powpadają na siebie (oraz na pełniącego funkcję lokomotywy ojca), powodując potencjalne szkody w postaci guzów czy zadrapań na uczestnikach tej rozrywki.
Podobnie można sobie wyobrazić problem związany ze sposobem hamowania i zatrzymywania ważącego tysiące ton składu kolejowego.
O zawiłym procesie zatrzymywania się składu kolejowego
Już na początku historii kolei był to ogromny problem. Bardzo niskie opory toczenia składu na stalowych szynach powodują, że stosunkowo łatwo można kilka tysięcy ton wprawić w ruch – ale już trudniej je zatrzymać, stąd dopracowanie bezpiecznych systemów hamowania trwało dość długo.
Pierwszy pomysł polegał na łączeniu wagonów specjalną linką, która pociągnięta przez maszynistę w chwili hamowania miała uruchamiać jednoczesne hamowanie wszystkich podłączonych wagonów. Problemem były jednak luzy w linkach, jak również konieczność złączania i rozłączania linek przy złączaniu i rozłączaniu wagonów. Tego typu napowietrzne linki były też awaryjne, zrywały się często. Zatem nie był to system ani skuteczny, ani bezpieczny.
Innym pomysłem stosowanym w pionierskich czasach kolei i USA było instalowanie na dachach wagonów systemów kierownic i korb służących do hamowania poszczególnych wagonów. Do obsługi tego rozwiązania wynajmowano chłopców z lokalnej biedoty, których zadaniem było na znak dany przez pomocnika maszynisty (machanie flagą, krzyk) kręcenie korbami w urządzeniu powodującemu hamowaniu wagonu. Rzecz jasna, dobra synchronizacja czasu oraz prędkości „kręcenia” korbą była niemożliwa, stąd hamowanie było nierównomierne, a to z kolei skutkowało wpadaniem wagonów na siebie oraz spadaniem małych pomocników na tory (często ze skutkiem śmiertelnym).
Mechanizm hamowania, który ma już 154 lata
Świadkiem wielu wypadków podczas hamowania w tych czasach był amerykański inżynier George Westhinghouse, który wreszcie po kolejnym takim zdarzeniu postanowił opracować skuteczniejsze i bezpieczniejsze rozwiązanie. Zadanie to udało się znakomicie, czego dowodem jest fakt stosowania metody hamowania opracowanej przez niego 154 lata temu do dnia dzisiejszego.
Westinghouse wymyślił i opatentował genialnie prosty i jednocześnie bardzo praktyczny mechanizm hamowania wieloczłonowego składu. Rozwiązanie to polega na połączeniu całego składu (lokomotywa i wagony) specjalnym, gumowym przewodem. Przed rozpoczęciem jazdy maszynista ma za zadanie napełnić powietrzem przewód na długości całego pociągu. Proces hamowania polega na „upuszczaniu” przez maszynistę powietrza z gumowego przewodu. Ale co konkretnie się dzieje w tym układzie?
Pod każdym wagonem jest specjalny cylinder przedzielony na dwie części tłokiem. W obu częściach cylindra przed jazdą panuje takie samo wysokie ciśnienie, jak w gumowym przewodzie łączącym cały skład. W czasie jazdy jedna połowa cylindra pozostaje zamknięta. Podczas hamowania, które, przypomnijmy, polega na ręcznym „upuszczaniu” powietrza, a tym samym obniżaniu jego ciśnienia w przewodzie, ubywa też ciśnienia w jednej (niezamkniętej) komorze cylindra. Tymczasem druga komora cylindra, w której mamy „zamknięte” powietrze o wysokim ciśnieniu, zaczyna pchać tłok w kierunku części cylindra, w której zmniejszyło się ciśnienie. Tym samym wywierany jest nacisk na podłączone do tłoka klocki hamulcowe, które dociskane są do powierzchni kół wagonu, powodując hamowanie wagonu.
Zatem hamowanie składu kolejowego rozpoczyna się wraz z ubytkiem ciśnienia w całym układzie, przy czym lekki spadek ciśnienia przekłada się na lekkie hamowanie, a duży spadek ciśnienia powoduje mocniejsze hamowanie.
Rozwiązanie Westhinghouse’a ma wiele zalet:
- Napełnianie układu powietrzem pod ciśnieniem jeszcze przed każdą jazdą gwarantuje sprawdzenie szczelności układu hamowania.
- W razie wypadku, wykolejenia lub rozłączenia jakiejś części składu w czasie jazdy – następuje samoczynne zerwanie gumowych łączy i automatycznie spada ciśnienie w całym przewodzie, co natychmiastowo wdraża jednoczesne hamowanie wszystkich wagonów (zmiana ciśnienia powietrza w przewodzie następuje z prędkością dźwięku tj. 300 m/s, tak więc cały skład ma szansę w tej samej sekundzie jednocześnie zacząć hamować).
Pomysł Westhighouse’a jest inspiracją dla popularnych mechanizmów wykorzystywanych obecnie w wojsku, lotnictwie czy przemyśle kosmicznym, opartych na zasadzie „fail safe”, czyli takiej, aby w przypadku awarii urządzenia zachowywały się (wyłączały) zawsze w sposób bezpieczny dla ludzi.
Polski pociąg widmo
Odnośnie hamującego składu pociągu możemy jeszcze przywołać dość nietypowe i humorystyczne (na szczęście!) zdarzenie, jakie miało miejsce jakiś czas temu w naszym kraju. Otóż pewien maszynista kończąc późno w nocy pracę „zapomniał” wychodząc z zatrzymanego na obrzeżach pewnej miejscowości składu pociągu przepisowo zabezpieczyć zahamowany skład. Pech chciał, że miejsce postojowe składu okazało się być na lekkim podwyższeniu (miejscowość leżała w dolinie), tak więc niedługo po tym, jak nasz maszynista opuścił kabinę, cały skład zaczął skutkiem nieubłaganych sił grawitacji zsuwać się w dół (tyłem zresztą) ku pogrążonej we śnie miejscowości. Ponieważ nie znalazł się żaden ochotnik, który odważyłby się wskoczyć do jadącego samoistnie pociągu, nie było innego wyjścia jak zablokowanie przez policję jedynego w miejscowości przejazdu kolejowo-drogowego, i czekanie, co będzie dalej. A dalej było tak że pociąg-widmo poruszając się grawitacyjnie we wgłębieniu niecki, w której cała akcja miała miejsce wykonał trzy pełne gracji swingowo-wahadłowe przejazdy „bezzałogowe”, aż całkowicie wytracił prędkość i zatrzymał się.
Po trzech godzinach było po wszystkim, a po paru dniach nikt o tym zdarzeniu nie pamiętał – poza maszynistą, dyżurnym ruchu i Komisją do Spraw Badania Wypadków Kolejowych, która miała pełne ręce roboty.
Mimo powyższego przykładu statystyki potwierdzają, że transport kolejowy jest jednym z najbezpieczniejszych rodzajów transportu towarów i pasażerów. Kolej uznawana jest za bezpieczny środek transportu lądowego z uwagi na wydzieloną drogę, przystosowany do bezpiecznego przewozu tabor oraz odrębną infrastrukturę. Jest też najbardziej ekologicznym środkiem komunikacji, tak więc jego rozwijanie leży w interesie nas wszystkich .
Jeżeli jesteście zainteresowani dodatkowymi informacjami na ten temat, zapraszamy do kontaktu z Pawłem Sabałą z Biura Underwritingu Ubezpieczeń Korporacyjnych (pawel.sabala@warta.pl).
