Paineilmajarru (rautatietekniikka)

Paineilmajarru on yleisin rautatiekalustossa käytetty jarrujärjestelmä. Jarrun on keksinyt George Westinghouse.

Toimintaperiaate

Itsetoimijarru

Vaunun jarrumekaniikan periaate. Keskivaiheilla oleva tummanvihreä osa on jarrusylinteri mäntineen. Vihreät osat ovat työntäviä tankoja ja siniset vetäviä. Punaiset ovat tankojen liikuttamia välitinosia. Ruskeat ovat jarrutönkät.

Itsetoimisessa jarrussa eli koko junaan vaikuttavassa jarrussa junarungon läpi on kytketty kaikkien vaunujen kautta kulkeva jarrujohto, jonka sisältämällä paineilmalla täytetään vaunujen apusäiliöt täyteen käyttöpaineeseen, joka on Suomessa 5 bar. Tällöin vaunujen jarrut ovat irti. Kun junaa halutaan jarruttaa, pienennetään veturissa olevalla kuljettajaventtiilillä jarrujohdon painetta. Vaunussa oleva toimintaventtiili havaitsee tämän, ja päästää apusäiliöstä paineilmaa jarrusylinteriin, joka painaa jarrusylinterissä olevaa mäntää, joka puolestaan mekaanisten välitysten avulla painaa joko jarrutönkät kiinni pyöriin tai levyjarrujen tapauksessa jarrupalat kiinni jarrulevyihin. Jarrusylinterin enimmäispaine (4 bar) saavutetaan kun jarrujohdon paine on laskenut 3,5 bariin. Vaikka paine laskisi vielä tämän arvon alle, ei jarruvoima enää lisäänny. Tällaisen järjestelmän etuna on se, että junan katketessa tai järjestelmävian sattuessa jarrut menevät automaattisesti päälle. Hätäjarru toimii siis jarrujohdon välittömällä tyhjennyksellä.

Jarrujen irrotus tapahtuu jälleen nostamalla jarrujohdon painetta. Vaunun toimintaventtiili päästää jarrusylinterin tyhjenemään ja apusäiliön täyttymään uudelleen. Nykyaikaisessa ns. kolmipainejärjestelmässä eli osittain irrottavassa jarrut ovat täysin irrottuneet, kun jarrujohdon paine on noussut takaisin nimellispaineeseen, mutta vanhanaikaisessa kaksipainejärjestelmässä eli suoraan irrottavassa jarrut irtoavat heti kun jarrujohdon paine nousee, jolloin uudelleenjarrutus täydellä jarruvoimalla ei ole heti mahdollinen, vaan vasta kun koko jarrujohdossa on nimellispaine.

Jarrujohdon irtoaminen siis päästää kaikki ilmat johdosta pois, joten jarrut kiinnittyvät junan katketessa. Esimerkiksi laskumäkityötä ja vaunuvinssin käyttöä varten toimintaventtiilien yhteydessä on irrotusventtiilit, joista vetämällä vaunujen jarrujen käyttämiseen varastoitu apuilma lasketaan pois ja näin vaunu tai koko vaunusto on liikuteltavissa ilman tarvetta ladata jarrujohtoa täyteen käyttöpaineeseen. Tällöin hätäjarrun vetämisestä ei ole apua, koska johto on jo valmiiksi tyhjä. Aiemmin myös suurin osa vaihtotöistä tehtiin vaunut jarruttomina, mutta nykyinen turvallisuussäännöstö edellyttää itsetoimijarrun käyttöä myös vaihtotöissä.

Suoratoimijarru

Suoratoimijarru vaikuttaa vain veturiin. Toimintaperiaate on samanlainen kuin itsetoimijarrulla, mutta suoratoimijarrua käytettäessä päästetään suoraan pääsäiliöstä (veturin ilmasäiliö) paineilmaa jarrusylinteriin.

Sähköohjattu paineilmajarru

Sähköohjatussa paineilmajarrussa eli elektropneumaattisessa jarrussa (EP-jarru) jarruventtiilit ovat sähköohjattuja. Jarrutettaessa veturin ajopöydässä olevalla jarrukahvalla välitetään sähköisesti kaapeleita pitkin informaatio venttiileille, jotka laskevat pääsäiliöjohdosta ilmaa jarrusylinteriin. Etuna on jarrujen samanaikainen toiminta kaikissa vaunuissa, mikä korostuu erityisesti pitkissä junissa ja korkean jarrutustehon tarpeissa. EP-jarrut toimivat niin kutsutulla lepovirtaperiaatteella: jarrut pysyvät niin kauan irti, kun virtaa on saatavilla. Virran katketessa jarrut kiinnittyvät automaattisesti. Esimerkiksi suomalainen lähijunakalusto toimii tällä periaatteella.

IC-kalustossa EP-venttiilit ohjaavat toimintaventtiilien ohjauspainetta, joka normaalisti olisi jarrujohdon tehtävä. EP-venttiilien ansiosta nopeassa kalustossa jarrut saadaan toimimaan samanaikaisesti, ja nykäisyt ovat harvinaisempia. Häiriötilanteissa tai sähköjen hävitessä interlock-venttiilit kytkeytyvät pois päältä, ja jarrut toimivat jarrujohdon vaikutuksesta.

Jarrulaji

Koko junan jarrujen yhtäaikaisen toiminnan aikaansaamiseksi jarrujen toimintaa on tarkoituksella hidastettu. Ero tehdään asettamalla vaunu- ja veturikohtainen jarrulajiasetin johonkin pääasentoon (Suomessa seuraaviin):

• G hidastettu toimintaventtiili; jarrujen kiinnittyminen ja irrottuminen voi kestää jopa minuutin. Käytetään pääosin tavarajunissa.
• P nopea toimintaventtiili; kiinnittyminen kestää muutaman sekunnin ja irrottuminen kymmenen sekuntia. Käytössä matkustajajunissa sekä joissakin nopeissa tavarajunissa.
• R kuten P, mutta erona suurempi jarrusylinterin korkeampi paine tietyn nopeuden yläpuolella (suurnopeusjarru)
• P Mg tai R Mg kuten P ja R, mutta lisänä kiskojarru (Mg). Kiskojarrun magneetit laskeutuvat kiskon pintaan ja siten lisäävät jarruvoimaa. Käytetään kalustossa hätäjarruna.

Jarrupainoprosentti

Junan jarrutuskyvyn mittaamiseen käytetään jarrupainoprosenttia. Jokaisella vaunu- ja veturiyksilöllä on oma jarrupaino kullakin jarrulajilla (yleensä tonneina) ilmaisemaan jarrujen tehokkuutta. Jarrupainoprosentti saadaan jakamalla junan jarrupaino kokonaispainolla ja kertomalla tulos sadalla. Mikäli junan aikatauluun merkitty jarrupainoprosentti ei täyty, joudutaan suurinta sallittua nopeutta laskemaan, koska junan tulee pystyä pysähtymään tietyllä etäisyydellä.

Lähteet

• Suomen rautatiesivu: Rautatie-FAQ (WayBack Machine tallentanut 8.10.2008)

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Paineilmajarru (rautatietekniikka) Wikimedia Commonsissa