Sok időnek kellett eltelnie ahhoz, hogy eljussunk odáig, hogy a vonatokat légnyomásos fékkel fékezzük, s ez a fékezési mód egyúttal minden biztonsági követelményt ki is elégítsen. A vasút hajnalán a fékezés kérdése csak jelentős késéssel, a meghajtás (vonóerő) problematikájának tisztázása után került elő, ennek viszont nagy ára volt: emberéletek százait követelő balesetek, megfékezhetetlen vonatok és nyomorékká lett vasutasok tízezrei. Sorozatunk első részében a vasúti fékezés kezdeteit vesszük szemügyre.
Mindenekelőtt azonban tisztáznunk kell azt, mi az a fékezés és mik a feladatai. A hagyományos, „tankönyvi” definíció szerint a fékezés a haladó vonat tömegében felhalmozódott eleven erőnek súrlódási munkával, illetve e súrlódási munkának hővé való átalakításával történő megsemmisítése. Arról van tehát szó, hogy a mozgó test mozgási energiáját valamilyen eszköz segítségével csökkentjük, vagy megsemmisítjük. Az energia-megmaradás törvénye alapján azonban ésszerű, hogy a mozgási energia nem eltűnik, hanem hővé (termikus energiává) alakul. A fékberendezések feladata a szükséges mértékű súrlódás létrehozása, valamint a keletkező termikus energia felemésztése.
(Megjegyezzük, hogy a járművek fékezése nem csak súrlódás útján lehetséges, hanem pl. hajtóműfék segítségével is, azonban az elvi kiinduláshoz a fenti megállapítás egyelőre tökéletesen megfelel).
A fékberendezések problematikája éppen abban rejlik, hogy adott tömegű vonat gyorsításához a vonat tömegével és a gyorsítás mértékével arányos gyorsítóerő, fékezéséhez pedig ugyanilyen mértékű, de ellentétes előjelű fékezőerő szükségeltetik. Az összefüggés átgondolása után adódhat az a megállapítás, hogy alapvetően minden jármű annyira tökéletes, amennyire a fékje az, mert a hajtás nem sokat ér, ha gépet nem lehet megállítani. Ez viszont felveti a fékberendezések egy másik, hamar aktuálissá vált kérdését, mégpedig a hatásosságot.
A fékberendezések problematikája éppen abban rejlik, hogy adott tömegű vonat gyorsításához a vonat tömegével és a gyorsítás mértékével arányos gyorsítóerő, fékezéséhez pedig ugyanilyen mértékű, de ellentétes előjelű fékezőerő szükségeltetik. Az összefüggés átgondolása után adódhat az a megállapítás, hogy alapvetően minden jármű annyira tökéletes, amennyire a fékje az, mert a hajtás nem sokat ér, ha gépet nem lehet megállítani. Ez viszont felveti a fékberendezések egy másik, hamar aktuálissá vált kérdését, mégpedig a hatásosságot.
A Manchester–Liverpool vasút egyik személykocsija
(forrás: Manchester Walks)
(forrás: Manchester Walks)
Ismeretes egy kínos jelenet, mely 1830. szeptember 15-én a Manchester–Liverpool vasútvonal megnyitásán esett meg: az egyik közbenső állomáson megállt különvonatról lecsatolt mozdony (a „Rocket”) a fék elégtelensége miatt elgázolta az ünnepi vonat egyik utasát, aki történetesen nem volt más, mint a vasútépítés lelkes hívének számító William Huskisson, a brit parlament tagja. (A fenti, vasúti kocsit ábrázoló képen egyébként – még ha az a festő fantáziájának is a szülötte – szembetűnő a korszak jellegzetessége: a kocsin semmilyen [átmenő] fékvezeték/fővezeték, vagy egyáltalán: bármiféle fékberendezés sem látható.)
William Huskisson
(forrás: Wikipedia)
(forrás: Wikipedia)
A vasúti járművek fékberendezésének alapfeladatai tehát a következőkben foglalhatók össze:
- a vasúti jármű lassítása,
- sebességtartás (lejtős pályaszakaszokon),
- megállítás, valamint
- állva tartás.
Ma már világos, hogy attól függően, hogy a fenti négy közül melyik tartozik a fék „feladatkörébe”, magával a berendezéssel szemben más és más követelmények fogalmazhatók meg. Nyilvánvaló, hogy a nagy sebességgel mozgó jármű biztonságos és gyors megállítására nem alkalmas egy emeltyűs (vetősúlyos, láncos) kézifék, az állva tartására azonban igen.
A csavarorsós kézifék működésének elvi vázlata
A (csavarorsós) kézifék egyébként pofonegyszerű szerkezet: egy kétkarú emelőről van szó, amely az emberi erőkifejtést áttétel útján képes akár kilencven–százszoros hatásfokra is növelni (később az összes kézifék-áttétel legfeljebb 1200-szoros lehetett). Az első csavarorsós kézifékes teherkocsit a korabeli források alapján 1845 táján Németországban készítették, a kocsi fékjének elrendezése lényegében egy mai, kéttengelyes kocsi fékjének felel meg (a kerekeket mindkét oldalról fékezték). Sokáig használatban voltak azonban olyan kocsik is, melyeknél a kerekeknek csak egy oldalát fékezték. Egészen 1870-ig fa féktuskókat használtak, a különböző összetételű öntvények csak ezután kezdtek elterjedni.
Érdekesség, hogy a Deutsche Reichsbahn 1940-ben (!) kísérleteket végzett impregnált bükkfa féktuskókkal, és a szakértők megállapították, hogy ezeknek kb. 8 tonna tengelyterhelésig még a szürkeöntvényhez képest is rendkívül előnyösek a tulajdonságai: súrlódási tényezőjük – az öntöttvassal szemben – a fékezés teljes időtartama alatt csaknem változatlan volt. Az öntöttvas esetében ez a tényező magas sebességen csekély, alacsonyabb sebességnél pedig hirtelen megnő, emiatt (is) tapasztalható az öntöttvas féktuskók esetében a lökésszerű megállás.
A fékezőbódé (fékezőállás) elhelyezkedése korabeli személykocsin
(forrás: www.flickr.com/photos/markizay)
(forrás: www.flickr.com/photos/markizay)
A kéziféknek azonban megvannak a maga korlátai is: a csavarorsó súrlódási vesztesége jelentős, a fékezőbódékban (fékezőállásokon) ülő vonatfékezőknek pedig egyszerre több kocsira kellett figyelniük, s a fék húzásakor még arra is, hogy a vonat ne rángasson, ne szakadjon szét (ellenkező esetben a vonat hosszában szinte mindenhol eltérő időben és erővel jelentkezett a fékhatás). Zord időjárás esetén a fékezésre felhívó gőzsípot talán a vonat közepéig lehetett hallani, a többi fékező csak abból értesült a fékezési parancsról, hogy feltorlódtak előtte a kocsik. A szétszakadt vonat igazi szellemvasúttá vált: a leszakadt vonatrészt vagy sikerült megállítani, vagy sem, az is előfordult, hogy az rátorlódott az első vonatrészre, vagy a lejtőn visszagurult. Érthető tehát, hogy a kézifékes fékezés hamar rémálommá vált: az 1880-as évekig csak az USA-ban 30.000 körülire volt tehető a meghalt, vagy nyomorékká lett kézifékezők száma.
Mindezek ellenére a csavarorsós kézifék elévülhetetlen érdemeket szerzett a vasúttörténetben: sorozatunk második része a kézifék pozitív tanulságaival, ezzel kapcsolatban pedig néhány „fékes” alapfogalommal foglalkozik majd.
Nánási Zoltán
Sorozatunk további részei ide kattintva olvashatók.