فرامل هوائية للسكك الحديدية

تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل ) تتضمن هذه المقالة قائمة مراجع عامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية .يرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة من خلال تقديم اقتباسات أكثر دقة. ( يوليو 2013 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) The examples and perspective in this article may not represent a worldwide view of the subject. You may improve this article, discuss the issue on the talk page, or create a new article, as appropriate. (August 2023) (Learn how and when to remove this message) (Learn how and when to remove this message)

إن مكابح الهواء للسكك الحديدية هي نظام مكابح يعمل بالهواء المضغوط كوسيلة تشغيل. ^[1] تعتمد القطارات الحديثة على نظام مكابح هواء آمن يعتمد على تصميم حصل جورج وستنجهاوس على براءة اختراعه في 13 أبريل 1869. ^[2] تم تنظيم شركة وستنجهاوس لفرامل الهواء لاحقًا لتصنيع وبيع اختراع وستنجهاوس. وقد تم اعتماده عالميًا تقريبًا في أشكال مختلفة.

يستخدم نظام ويستنجهاوس ضغط الهواء لشحن خزانات الهواء (الخزانات) في كل سيارة. يؤدي ضغط الهواء الكامل إلى تحرير كل سيارة للمكابح. يؤدي الانخفاض اللاحق أو فقدان ضغط الهواء إلى قيام كل سيارة بتطبيق مكابحها، باستخدام الهواء المضغوط المخزن في خزاناتها. ^[3]

في أبسط أشكال الفرامل الهوائية، والتي تسمى نظام الهواء المستقيم ، يدفع الهواء المضغوط مكبسًا في أسطوانة. ويتصل المكبس من خلال وصلة ميكانيكية بأحذية الفرامل التي يمكن أن تحتك بعجلات القطار، باستخدام الاحتكاك الناتج لإبطاء القطار. ويمكن أن يصبح الوصل الميكانيكي معقدًا للغاية، حيث يوزع القوة بالتساوي من أسطوانة هواء مضغوطة واحدة إلى 8 أو 12 عجلة.

يأتي الهواء المضغوط من ضاغط الهواء في القاطرة ويرسل من سيارة إلى أخرى بواسطة خط قطار مكون من أنابيب أسفل كل عربة وخراطيم بين العربات. المشكلة الرئيسية في نظام الكبح الهوائي المستقيم هي أن أي فصل بين الخراطيم والأنابيب يتسبب في فقدان ضغط الهواء وبالتالي فقدان القوة المطبقة على المكابح. يمكن أن يتسبب هذا بسهولة في خروج القطار عن مساره . لا تزال فرامل الهواء المستقيمة مستخدمة في القاطرات، على الرغم من كونها نظامًا ثنائي الدائرة، وعادةً ما يكون لكل عربة (شاحنة) دائرتها الخاصة.

من أجل تصميم نظام خالٍ من عيوب نظام الهواء المستقيم، اخترع ويستنجهاوس نظامًا حيث تم تجهيز كل قطعة من معدات السكك الحديدية بخزان هواء وصمام ثلاثي ، يُعرف أيضًا باسم صمام التحكم . ^[4]

على عكس نظام الهواء المستقيم، يستخدم نظام ويستنجهاوس انخفاض ضغط الهواء في خط القطار لتطبيق المكابح بشكل غير مباشر.

يُسمى الصمام الثلاثي بهذا الاسم لأنه يؤدي ثلاث وظائف: فهو يسمح بدخول الهواء إلى خزان الهواء جاهزًا للاستخدام، ويطبق المكابح، ويطلقها. وبذلك، يدعم بعض الإجراءات الأخرى (أي أنه "يحافظ" على التطبيق ويسمح بتفريغ ضغط أسطوانة المكابح وإعادة شحن الخزان أثناء الإطلاق). في طلب براءة اختراعه، يشير ويستنجهاوس إلى "جهاز الصمام الثلاثي" بسبب الأجزاء الصمامية المكونة له والتي تتكون من ثلاثة مكونات: صمام القفاز الذي يعمل بالحجاب الحاجز والذي يغذي أسطوانة المكابح بالهواء من الخزان، وصمام شحن الخزان، وصمام تحرير أسطوانة المكابح. سرعان ما حسن ويستنجهاوس الجهاز بإزالة عمل صمام القفاز. أصبحت هذه المكونات الثلاثة صمام المكبس، وصمام الشريحة، والصمام المتدرج.

• إذا كان الضغط في خط القطار أقل من الضغط في الخزان ، يتم إغلاق بوابة عادم أسطوانة الفرامل ويتم تغذية الهواء من خزان السيارة إلى أسطوانة الفرامل. يزداد الضغط في الأسطوانة، مما يؤدي إلى تطبيق الفرامل، بينما ينخفض ​​في الخزان. يستمر هذا الإجراء حتى يتم تحقيق التوازن بين ضغط أنبوب الفرامل وضغط الخزان. عند هذه النقطة، يتم إيقاف تدفق الهواء من الخزان إلى أسطوانة الفرامل ^{[ يحتاج إلى توضيح ]} ويتم الحفاظ على الأسطوانة عند ضغط ثابت.
• إذا كان الضغط في خط القطار أعلى من الضغط في الخزان، فإن الصمام الثلاثي يربط خط القطار بتغذية الخزان، مما يتسبب في زيادة ضغط الهواء في الخزان. كما يتسبب الصمام الثلاثي في ​​تفريغ أسطوانة الفرامل إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تحرير الفرامل.
• مع تساوي الضغط في خط القطار والخزان، يتم إغلاق الصمام الثلاثي، مما يؤدي إلى إغلاق الهواء في الخزان، وعدم ضغط أسطوانة الفرامل.

عندما يضغط مشغل المحرك على المكابح من خلال تشغيل صمام مكابح القاطرة، ينفث خط القطار الهواء إلى الغلاف الجوي بمعدل متحكم فيه، مما يقلل من ضغط خط القطار وبالتالي يؤدي إلى تشغيل الصمام الثلاثي في ​​كل عربة لتغذية أسطوانة المكابح بالهواء. عندما يحرر مشغل المحرك المكابح، يتم إغلاق بوابة صمام مكابح القاطرة إلى الغلاف الجوي، مما يسمح بإعادة شحن خط القطار بواسطة ضاغط القاطرة. يؤدي الارتفاع اللاحق لضغط خط القطار إلى تفريغ الصمامات الثلاثية في كل عربة لمحتويات أسطوانة المكابح إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تحرير المكابح وإعادة شحن الخزانات.

وبالتالي فإن نظام ويستنجهاوس آمن تمامًا - أي فشل في خط القطار، بما في ذلك الانفصال ("الانقسام إلى اثنين") للقطار، سوف يتسبب في فقدان ضغط خط القطار، مما يتسبب في تطبيق الفرامل وإيقاف القطار، وبالتالي منع القطار الجامح.

تخدم أنظمة الفرامل الهوائية الحديثة وظيفتين:

• يتم تطبيق وتحرير الفرامل أثناء التشغيل العادي.
• تطبق الكبح في حالات الطوارئ الفرامل بسرعة في حالة فشل أنبوب الفرامل أو تطبيق طارئ من قبل مشغل المحرك أو إنذار الطوارئ/الحبل/المقبض من قبل الراكب.

عندما يتم تطبيق فرامل القطار أثناء التشغيل العادي، يقوم مشغل المحرك بإجراء "تطبيق خدمة" أو "خفض معدل الخدمة"، مما يعني أن ضغط أنبوب الفرامل ينخفض ​​بمعدل متحكم فيه. يستغرق الأمر عدة ثوانٍ لتقليل ضغط أنبوب الفرامل وبالتالي يستغرق الأمر عدة ثوانٍ لتطبيق الفرامل في جميع أنحاء القطار. تقتصر سرعة تغير الضغط أثناء تقليل الخدمة على قدرة الهواء المضغوط على التغلب على مقاومة تدفق الأنبوب ذي القطر الصغير نسبيًا والعديد من المرفقين على طول القطار، ومنفذ العادم الصغير نسبيًا في قاطرة المقدمة، مما يعني أن فرامل السيارات الخلفية ستُطبق في وقت ما بعد تطبيق فرامل السيارات الأمامية، لذلك يمكن توقع بعض التراخي . سيخفف الانخفاض التدريجي في ضغط أنبوب الفرامل من هذا التأثير.

تستخدم القاطرات الحديثة نظامين للفرامل الهوائية. يسمى النظام الذي يتحكم في أنبوب الفرامل الفرامل الأوتوماتيكية ويوفر التحكم في الخدمة والفرامل الطارئة للقطار بأكمله. تحتوي القاطرة (القاطرات) الموجودة في مقدمة القطار ("القاطرة الرئيسية") على نظام ثانوي يسمى الفرامل المستقلة. الفرامل المستقلة هي نظام "هواء مستقيم" يجعل تطبيقات الفرامل على قاطرة مقدمة القطار تتكون بشكل مستقل عن الفرامل الأوتوماتيكية، مما يوفر تحكمًا أكثر دقة في القطار. قد يتفاعل نظاما الفرامل بشكل مختلف كمسألة تفضيل من قبل صانع القاطرة أو السكك الحديدية. في بعض الأنظمة، ستكون التطبيقات الأوتوماتيكية والمستقلة مضافة؛ في بعض الأنظمة، سيتم تطبيق الأكبر من الاثنين على القاطرة الرئيسية. يوفر النظام المستقل أيضًا آلية إيقاف ، والتي تطلق الفرامل على القاطرات الرئيسية دون التأثير على تطبيق الفرامل على بقية القطار.

في حالة احتياج القطار إلى التوقف في حالة طوارئ، يمكن لمشغل المحرك إجراء "تطبيق طارئ"، والذي سيعمل على تفريغ ضغط أنبوب الفرامل بسرعة إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تطبيق أسرع لفرامل القطار. كما يحدث تطبيق طارئ عندما يتم فقدان سلامة أنبوب الفرامل، حيث سيتم أيضًا تفريغ كل الهواء على الفور إلى الغلاف الجوي.

إن تطبيق الفرامل في حالات الطوارئ يجلب مكونًا إضافيًا لنظام الفرامل الهوائية لكل سيارة. ينقسم الصمام الثلاثي إلى قسمين: قسم الخدمة، الذي يحتوي على الآلية المستخدمة أثناء تطبيقات الفرامل التي تتم أثناء تخفيضات الخدمة، وقسم الطوارئ، الذي يستشعر التخفيض الطارئ الأسرع لضغط خط القطار. بالإضافة إلى ذلك، ينقسم خزان الفرامل الهوائية لكل سيارة إلى قسمين - قسم الخدمة وقسم الطوارئ - ويعرف باسم "خزان المقصورتين". تنقل تطبيقات الخدمة العادية ضغط الهواء من قسم الخدمة إلى أسطوانة الفرامل، بينما تتسبب تطبيقات الطوارئ في قيام الصمام الثلاثي بتوجيه كل الهواء في كلا قسمي خزان المقصورتين إلى أسطوانة الفرامل، مما يؤدي إلى تطبيق أقوى بنسبة 20 إلى 30 في المائة.

يتم تنشيط الجزء الطارئ لكل صمام ثلاثي من خلال معدل أعلى لخفض ضغط أنبوب الفرامل. ^{[ كيف؟ ]} نظرًا لطول القطارات والقطر الصغير لأنبوب الفرامل، يكون معدل التخفيض أعلى بالقرب من مقدمة القطار (في حالة تطبيق الطوارئ الذي بدأه مشغل المحرك) أو بالقرب من الكسر في أنبوب الفرامل (في حالة فقدان سلامة أنبوب الفرامل). بعيدًا عن مصدر تطبيق الطوارئ، يمكن تقليل معدل التخفيض إلى النقطة التي لن تكتشف فيها الصمامات الثلاثية التطبيق باعتباره تخفيضًا طارئًا. لمنع ذلك، يحتوي كل جزء طوارئ من الصمام الثلاثي على منفذ تنفيس إضافي، والذي عند تنشيطه بواسطة تطبيق طوارئ، يقوم أيضًا بتنفيس ضغط أنبوب الفرامل محليًا مباشرة إلى الغلاف الجوي. يعمل هذا على تهوية أنبوب الفرامل بشكل أسرع وتسريع انتشار معدل التخفيض الطارئ على طول القطار بالكامل.

إن استخدام الطاقة الموزعة (أي وحدات القاطرة التي يتم التحكم فيها عن بعد في منتصف القطار و/أو في الطرف الخلفي) يخفف إلى حد ما من مشكلة الفارق الزمني مع القطارات الطويلة، لأن إشارة الراديو الملتقطة عن بعد من مشغل المحرك في القاطرة الأمامية تأمر الوحدات البعيدة ببدء عمليات تخفيض ضغط الفرامل التي تنتشر بسرعة عبر السيارات القريبة.

تستخدم العديد من أنظمة الفرامل الهوائية الحديثة موزعات ^{[ بحاجة لتوضيح ]} بدلاً من الصمامات الثلاثية. تؤدي هذه الصمامات نفس وظيفة الصمامات الثلاثية، ولكنها تتمتع بوظائف إضافية مثل القدرة على تحرير الفرامل جزئيًا. ^[6]

يقوم ضاغط الهواء الخاص بالقاطرة عادة بشحن الخزان الرئيسي بالهواء بمعدل 125-140 رطل/بوصة مربعة (8.6-9.7 بار؛ 860-970 كيلو باسكال). يتم تحرير فرامل القطار عن طريق السماح بضغط هواء الخزان الرئيسي المخفض والمنظم إلى أنبوب الفرامل من خلال صمام الفرامل الأوتوماتيكي للمهندس. في أمريكا، يعمل أنبوب الفرامل المشحون بالكامل عادةً عند 90 رطل/بوصة مربعة (6.2 بار؛ 620 كيلو باسكال) لقطارات الشحن و110 رطل/بوصة مربعة (7.6 بار؛ 760 كيلو باسكال) لقطارات الركاب. ^[7] يتم تطبيق الفرامل عندما يحرك المهندس مقبض الفرامل الأوتوماتيكي إلى وضع "الخدمة"، مما يتسبب في انخفاض ضغط أنبوب الفرامل.

أثناء الخدمة العادية، لا ينخفض ​​الضغط في أنبوب الفرامل إلى الصفر أبدًا، وفي الواقع، يتم استخدام أصغر انخفاض من شأنه أن يسبب استجابة مرضية للفرامل للحفاظ على ضغط أنبوب الفرامل. سيؤدي انخفاض الضغط المفاجئ والكبير الناجم عن فقدان سلامة أنبوب الفرامل (على سبيل المثال، خرطوم منفوخ)، أو كسر القطار إلى نصفين وفصل خراطيم الهواء، أو تحريك المهندس لصمام الفرامل الأوتوماتيكي إلى وضع الطوارئ، إلى تطبيق فرامل طارئ . ^[8] من ناحية أخرى، فإن التسرب البطيء الذي يقلل تدريجيًا من ضغط أنبوب الفرامل إلى الصفر، وهو أمر قد يحدث إذا كان ضاغط الهواء معطلاً وبالتالي لا يحافظ على ضغط الخزان الرئيسي، لن يتسبب في تطبيق فرامل طارئ.

المكابح الكهرومغناطيسية أو المكابح الهوائية هي نوع من المكابح الهوائية التي تسمح بالتطبيق الفوري للمكابح في جميع أنحاء القطار بدلاً من التطبيق المتسلسل. كانت مكابح EP في الممارسة البريطانية منذ عام 1949 واستُخدمت أيضًا في القطارات عالية السرعة الألمانية (ولا سيما ICE ) منذ أواخر الثمانينيات؛ وهي موصوفة بالكامل في نظام المكابح الكهرومغناطيسية في قطارات السكك الحديدية البريطانية . اعتبارًا من عام 2005 ^[update]، كانت المكابح الكهرومغناطيسية قيد الاختبار في أمريكا الشمالية وجنوب إفريقيا على قطارات الخدمة الأسيرة للخام والفحم.

تحتوي قطارات الركاب منذ فترة طويلة على نسخة ثلاثية الأسلاك من المكابح الكهرومغناطيسية، والتي توفر ما يصل إلى سبعة مستويات من قوة الكبح.

في أمريكا الشمالية ، قامت شركة Westinghouse Air Brake بتزويد معدات فرامل التحكم عالية السرعة للعديد من قطارات الركاب الانسيابية بعد الحرب العالمية الثانية . كان هذا عبارة عن طبقة يتم التحكم فيها كهربائيًا على معدات فرامل قاطرة الركاب D-22 التقليدية و 24-RL. على الجانب التقليدي، يضبط صمام التحكم ضغطًا مرجعيًا في الحجم، والذي يضبط ضغط أسطوانة الفرامل عبر صمام مرحل. على الجانب الكهربائي، يتحكم الضغط من خط قطار الهواء المستقيم الثاني في صمام التتابع عبر صمام فحص ثنائي الاتجاه. تم شحن خط قطار "الهواء المستقيم" هذا (من الخزانات الموجودة في كل عربة) وإطلاقه بواسطة صمامات مغناطيسية على كل عربة، يتم التحكم فيها كهربائيًا بواسطة خط قطار ثلاثي الأسلاك، والذي يتم التحكم فيه بدوره بواسطة وحدة تحكم رئيسية كهرومغناطيسية في قاطرة التحكم. قارن هذا المتحكم بين الضغط في خط القطار الهوائي المستقيم والضغط الذي يوفره جزء ذاتي التداخل من صمام المهندسين، مما يشير إلى فتح جميع صمامات المغناطيس "التطبيق" أو "الإفراج" في القطار في وقت واحد، مما يغير الضغط في خط القطار الهوائي المستقيم بشكل أسرع وأكثر توازناً مما هو ممكن ببساطة عن طريق توفير الهواء مباشرة من القاطرة. تم تجهيز صمام التتابع بأربعة أغشية وصمامات مغناطيسية ومعدات تحكم كهربائية ومستشعر سرعة مثبت على المحور، بحيث يتم تطبيق قوة الكبح الكاملة عند السرعات التي تزيد عن 60 ميلاً في الساعة (97 كم / ساعة) وتقليلها على مراحل عند 60 و 40 و 20 ميلاً في الساعة (97 و 64 و 32 كم / ساعة)، مما يؤدي إلى توقف القطار بلطف. تم تجهيز كل محور أيضًا بمعدات فرامل مانعة للانغلاق. قلل هذا المزيج من مسافات الكبح، مما يسمح بمزيد من التشغيل بأقصى سرعة بين التوقفات. لم تكن أجزاء نظام الهواء المستقيم (خط القطار الكهروهوائي) ، ونظام منع الانغلاق، وأجزاء التدرج السريع في النظام تعتمد على بعضها البعض بأي شكل من الأشكال، ويمكن توفير أي أو كل هذه الخيارات بشكل منفصل. ^[9]

تحل الأنظمة اللاحقة محل الفرامل الهوائية الأوتوماتيكية بسلك كهربائي يمتد في دائرة حول القطار بالكامل ويجب أن يظل مشحونًا بالطاقة لإبقاء الفرامل متوقفة. في المملكة المتحدة يُعرف باسم سلك القطار . يتم توجيهه من خلال "محافظين" مختلفين (مفاتيح تعمل بضغط الهواء) والتي تراقب المكونات المهمة مثل الضاغطات وأنابيب الفرامل وخزانات الهواء. إذا انقسم القطار، فسيتم قطع السلك، مما يضمن إيقاف تشغيل جميع المحركات ووجود تطبيق فرملة طارئة فوري لكلا الجزأين من القطار .

ومن بين الابتكارات الأحدث الفرامل الهوائية التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا حيث يتم ربط فرامل جميع العربات (السيارات) والقاطرات بنوع من شبكة المنطقة المحلية ، مما يسمح بالتحكم الفردي في الفرامل في كل عربة، والإبلاغ عن أداء فرامل كل عربة.

إن نظام الفرامل الهوائية من ويستنجهاوس موثوق للغاية ولكنه ليس معصومًا من الخطأ. يتم إعادة شحن خزانات السيارة فقط عندما يكون ضغط أنبوب الفرامل أعلى من ضغط الخزان. قد يتطلب إعادة شحن الخزانات بالكامل في قطار طويل وقتًا طويلاً (من 8 إلى 10 دقائق في بعض الحالات ^[10] )، وخلال هذه الفترة سيكون ضغط أنبوب الفرامل أقل من ضغط خزان القاطرة.

إذا كان من الضروري تطبيق المكابح قبل اكتمال إعادة الشحن، فسوف تكون هناك حاجة إلى تقليل أكبر في أنبوب المكابح من أجل تحقيق المقدار المطلوب من جهد الكبح، حيث يبدأ النظام عند نقطة توازن أقل (ضغط إجمالي أقل). إذا تم إجراء العديد من عمليات تقليل أنبوب المكابح في تتابع قصير ("تبريد المكابح" في عامية السكك الحديدية)، فقد يتم الوصول إلى نقطة حيث يتم استنفاد ضغط خزان السيارة بشدة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في قوة مكبس أسطوانة المكابح، مما يتسبب في فشل المكابح. على منحدر هابط ، ستكون النتيجة هي الهروب.

في حالة فقدان الكبح بسبب استنزاف الخزان، قد يتمكن سائق المحرك من استعادة السيطرة بتطبيق كبح الطوارئ، حيث يجب أن يكون الجزء الطارئ من الخزان المزدوج المقصورة لكل سيارة مشحونًا بالكامل - ولا يتأثر بانخفاضات الخدمة العادية. تكتشف الصمامات الثلاثية انخفاض الطوارئ بناءً على معدل انخفاض ضغط أنبوب الفرامل. لذلك، طالما يمكن تنفيس حجم كافٍ من الهواء بسرعة من أنبوب الفرامل، فإن الصمام الثلاثي لكل سيارة سيتسبب في تطبيق كبح طارئ. ومع ذلك، إذا كان ضغط أنبوب الفرامل منخفضًا جدًا بسبب عدد مفرط من تطبيقات الفرامل، فلن ينتج تطبيق الطوارئ حجمًا كبيرًا بما يكفي من تدفق الهواء لإيقاف الصمامات الثلاثية، مما يترك سائق المحرك بدون وسيلة لإيقاف القطار.

لمنع الهروب بسبب فقدان ضغط الفرامل، يمكن استخدام الفرامل الديناميكية (الريستاتيكية) حتى تساعد القاطرة (القاطرات) في إبطاء القطار. غالبًا، يتم استخدام الفرامل المختلطة ، التطبيق المتزامن للفرامل الديناميكية وفرامل القطار، للحفاظ على سرعة آمنة والحفاظ على الركود في المنحدرات الهابطة. يجب توخي الحذر عند تحرير الفرامل الخدمية والديناميكية لمنع تلف ترس السحب الناتج عن نفاد مفاجئ لركود القطار.

هناك حل آخر لفقدان ضغط المكابح وهو نظام الأنبوبين المثبت في أغلب عربات الركاب التي تجرها قاطرات والعديد من عربات الشحن. بالإضافة إلى أنبوب المكابح التقليدي، يضيف هذا التحسين أنبوب الخزان الرئيسي ، والذي يتم شحنه باستمرار بالهواء مباشرة من الخزان الرئيسي للقاطرة. الخزان الرئيسي هو المكان الذي يتم فيه تخزين ناتج ضاغط الهواء للقاطرة وهو في النهاية مصدر الهواء المضغوط لجميع الأنظمة المتصلة.

نظرًا لأن أنبوب الخزان الرئيسي يظل مضغوطًا باستمرار بواسطة القاطرة، يمكن شحن خزانات السيارة بشكل مستقل عن أنبوب الفرامل، ويتم ذلك من خلال صمام فحص لمنع التغذية العكسية للأنبوب. يساعد هذا الترتيب في تقليل مشاكل فقدان الضغط الموصوفة أعلاه، كما يقلل من الوقت المطلوب لتحرير الفرامل، حيث يتعين على أنبوب الفرامل إعادة شحن نفسه فقط.

يمكن أيضًا استخدام ضغط أنبوب الخزان الرئيسي لتزويد الهواء للأنظمة المساعدة مثل مشغلات الأبواب الهوائية أو التعليق الهوائي. تمتلك جميع قطارات الركاب تقريبًا (جميعها في المملكة المتحدة والولايات المتحدة)، والعديد من مركبات الشحن، الآن نظام الأنبوبين.

توجد صمامات زاوية مثبتة في كلا طرفي كل عربة. تعمل هذه الصمامات على قطع الهواء عن خط القطار وتنفيس خراطيم التوصيل لفصل العربات. لا يعمل مكبح الهواء إلا إذا كانت صمامات الزاوية مفتوحة باستثناء تلك الموجودة في مقدمة القاطرة وفي نهاية القطار. ^[11]

يمكن أن تفشل مكابح الهواء إذا تم إغلاق أحد صمامات الزاوية عن طريق الخطأ. في هذه الحالة، ستفشل المكابح الموجودة في العربات خلف الصمام المغلق في الاستجابة لأمر السائق. حدث هذا في حادث قطار سكة حديد بنسلفانيا عام 1953 الذي شمل قطار فيدرال إكسبريس ، وهو قطار ركاب تابع لسكة حديد بنسلفانيا انحرف أثناء توجهه إلى محطة واشنطن يونيون في واشنطن العاصمة ، مما تسبب في اصطدام القطار بقاعة الركاب وسقوطه من خلال الأرض. وبالمثل، في حادث سكة حديد غار دي ليون ، أغلق الطاقم صمامًا عن طريق الخطأ، مما أدى إلى تقليل قوة الكبح.

هناك عدد من الضمانات التي يتم اتخاذها عادة لمنع وقوع هذا النوع من الحوادث. لدى السكك الحديدية إجراءات صارمة معتمدة من الحكومة لاختبار أنظمة الفرامل الهوائية عند تجميع القطارات في ساحة أو التقاط السيارات على الطريق. تتضمن هذه الإجراءات عمومًا توصيل خراطيم الفرامل الهوائية وشحن نظام الفرامل وضبط الفرامل وفحص السيارات يدويًا للتأكد من تطبيق الفرامل، ثم تحرير الفرامل وفحص السيارات يدويًا للتأكد من تحرير الفرامل. عادة ما يتم إيلاء اهتمام خاص للعربة الخلفية للقطار، إما عن طريق التفتيش اليدوي أو عبر جهاز آلي في نهاية القطار ، لضمان استمرارية أنبوب الفرامل في جميع أنحاء القطار. عندما توجد استمرارية أنبوب الفرامل في جميع أنحاء القطار، فإن فشل تطبيق الفرامل أو تحريرها في عربة واحدة أو أكثر هو مؤشر على أن الصمامات الثلاثية للعربات معطلة. اعتمادًا على موقع اختبار الهواء، ومرافق الإصلاح المتاحة، واللوائح التي تحكم عدد المكابح غير العاملة المسموح بها في القطار، قد يتم إرسال السيارة للإصلاح أو نقلها إلى المحطة التالية حيث يمكن إصلاحها.

يمكن أن يحدث نوع مختلف من الحوادث إذا تسبب عطل في نظام المكابح الهوائية (مثل خرطوم المكابح الهوائية المكسور) في تعشيق المكابح الهوائية بشكل غير متوقع. يمكن رؤية مثال على هذه المشكلة في الحادث الذي تسبب في وفاة جون لوثر "كيسي" جونز في 30 أبريل 1900 على خط السكة الحديدية الرئيسي لشركة إلينوي سنترال للسكك الحديدية في فوغان بولاية ميسيسيبي .

لا يتطابق نظام الفرامل الهوائية الحديث مع نظام الفرامل الهوائية الأصلي، حيث طرأت تغييرات طفيفة على تصميم الصمام الثلاثي، والتي لا تتوافق تمامًا مع الإصدارات المختلفة، وبالتالي يجب تقديمها على مراحل. ومع ذلك، فإن أنظمة الفرامل الهوائية الأساسية المستخدمة في السكك الحديدية في جميع أنحاء العالم متوافقة بشكل ملحوظ.

تختلف أنظمة الفرامل الأوروبية بين البلدان، ولكن مبدأ العمل هو نفسه بالنسبة لفرامل الهواء من شركة ويستنجهاوس. يجب أن تمتثل سيارات الركاب الأوروبية المستخدمة في شبكات السكك الحديدية الوطنية للوائح TSI LOC&PAS، ^[12] والتي تحدد في القسم 4.2.4.3 أن جميع أنظمة الفرامل يجب أن تلتزم بمعيار EN 14198:2004. يعتمد هذا المعيار على UIC Leaflet 540 ويتماشى معه ، وهي وثيقة صادقت عليها العديد من شركات تشغيل القطارات. ^[13] توافق UIC Leaflet 540 صراحةً على أنظمة الفرامل التالية:

• أورليكون ESG 121، ESH 100/200
• ساب-وابكو سو 4، C3WR، WU-C، GF4 SS1، GF4 SS2، GF6 SS1، GF6 SS2
• Knorr KKL II وKE ومثيلاتها
• داكو CV1nD
• MZT HEPOS MH3f/HBG310 وما شابه ذلك
• بومار - فابلوك MBF-01A، MBF-01B، MBF-02
• Faiveley Transport SW4S وما شابه ذلك، FT SS1 / FT SS2 وما شابه ذلك
• أنظمة كيشواري الإلكترونية EDS 300

تاريخيًا، ووفقًا لـ UIC 540، فإننا نميز بين الأنظمة المعتمدة تقنيًا منذ عام 1927-1932 مثل: Westinghouse W ^[a] ، Knorr K ^[b] ، Kunze-Knorr ، Drolshammer، Bozic، Hildebrand-Knorr.

في عصر البخار، كانت السكك الحديدية البريطانية مقسمة - بعضها يستخدم مكابح الفراغ وبعضها يستخدم مكابح الهواء - ولكن كان هناك توحيد تدريجي للمكابح الفراغية. تم تجهيز بعض القاطرات، على سبيل المثال في سكة حديد لندن وبرايتون والساحل الجنوبي ، بعجلتين بحيث يمكنها العمل مع القطارات ذات المكابح الفراغية أو الهوائية. في عصر الديزل، انعكست العملية وتحولت السكك الحديدية البريطانية من عربات ذات مكابح فراغية إلى عربات ذات مكابح هوائية في الستينيات. ^[14]

• الفرامل الهوائية ومكوناتها
• 
  نظام الفرامل Kunze-Knorr (الرسم التخطيطي)
• 
  صمام فرامل القطار Oerlikon FV4a
• 
  صمام قطار Dako BSE الكهروميكانيكي ČD وصمام فرامل قاطرة Dako BP
• 
  قاطرة السكك الحديدية في لندن وبرايتون والساحل الجنوبي . لاحظ الأنابيب الثلاثة، واحد لفرامل الفراغ، وواحد لفرامل الهواء وواحد لتسخين البخار

إن المنافس الرئيسي لفرامل الهواء هو فرامل الفراغ التي تعمل بالضغط السلبي. فرامل الفراغ أبسط قليلاً من فرامل الهواء. فبدلاً من ضاغط الهواء، تحتوي المحركات البخارية على قاذف بدون أجزاء متحركة، وتحتوي القاطرات التي تعمل بالديزل أو الكهرباء على "مُخرج" ميكانيكي أو كهربائي. ولا يلزم وجود صنابير فصل في نهايات العربات لأن الخراطيم السائبة يتم امتصاصها على كتلة تثبيت.

ومع ذلك، فإن الحد الأقصى للضغط في نظام الفراغ يقتصر على الضغط الجوي، لذا يجب أن تكون جميع المعدات أكبر وأثقل وزنًا بكثير للتعويض. ويتفاقم هذا العيب في الارتفاعات العالية. كما أن فرامل الفراغ أبطأ بشكل كبير في كل من تطبيق الفرامل وتحريرها، الأمر الذي يتطلب مستوى أعلى من المهارة والتوقع من السائق. وعلى العكس من ذلك، كانت فرامل الفراغ تتمتع في الأصل بميزة السماح بالتحرير التدريجي، في حين كانت فرامل الهواء الأوتوماتيكية من ويستنجهاوس متوفرة في الأصل في شكل التحرير المباشر فقط والذي لا يزال شائعًا في خدمة الشحن.

من العيوب الأساسية في مكابح الفراغ عدم القدرة على اكتشاف التسريبات بسهولة. في نظام الهواء الإيجابي، يتم اكتشاف التسرب بسرعة بسبب تسرب الهواء المضغوط. يعد اكتشاف تسرب الفراغ أكثر صعوبة، على الرغم من أنه من الأسهل إصلاحه، لأنه يمكن ربط قطعة من المطاط (على سبيل المثال) حول التسرب وسيتم تثبيتها بقوة في مكانها بواسطة الفراغ.

لقد تم استخدام المكابح الكهربائية الفراغية بنجاح كبير في القطارات الكهربائية متعددة الوحدات في جنوب أفريقيا. وعلى الرغم من أنها تتطلب معدات أكبر وأثقل، كما ذكر أعلاه، فإن أداء المكابح الكهربائية الفراغية يقترب من أداء المكابح الكهربائية الهوائية المعاصرة. ومع ذلك، لم يتم تكرار استخدامها.

• فرامل الهواء (مركبات الطرق)  – نوع من فرامل الاحتكاك للمركبات
• صمام فرامل السائق
• فرامل مزدوجة
• موصل Gladhand  – وصلة خرطوم متشابكة مثبتة في الخراطيم التي تزود الهواء المضغوط للفرامل
• فرامل مداس السكك الحديدية  – أحد مكونات عربات السكك الحديديةPages displaying short descriptions of redirect targets

• دليل استخدام الفرامل الهوائية والقطارات. حقوق الطبع والنشر محفوظة لشركة سكك حديد ألاسكا 2006
• دليل التعامل مع المكابح الهوائية والقطارات. حقوق الطبع والنشر محفوظة لشركة BNSF للسكك الحديدية 2003
• مقياس قوة العجلات AAR – الكبح: [1]
• دليل عمليات الهواء المضغوط، ISBN 0-07-147526-5 ، شركة ماكجرو هيل للكتب 

معلومة

• السكك الحديدية - التقنية: الفرامل الهوائية
• كيف يتوقف قطارك، بقلم بيل رايش، مقالة عام 1951 مع رسم توضيحي