Panoramica sui freni ad aria compressa

Per garantire un rallentamento efficace dei treni, è necessario che tutti i rotabili applichino i freni contemporaneamente. Ciò è possibile grazie all’impianto di frenatura ad aria compressa del convoglio. Ogni rotabile è dotato a entrambe le estremità di un tubo flessibile chiamato “condotta generale” (abbreviata in CG), attraverso il quale l'aria compressa viene distribuita. Quando i veicoli sono collegati, anche le loro condotte sono connesse, come se si stringessero la mano. In questo modo il macchinista in testa al treno può azionare i freni lungo tutto il convoglio con un solo dispositivo di controllo.

L'aria presente nell'impianto di frenatura viene pressurizzata dai compressori installati sulle unità di trazione e viene distribuita lungo tutto il treno tramite un sistema di valvole e condotte. In generale, questo sistema può essere suddiviso in tre componenti separate: il serbatoio principale, la condotta generale e il cilindro freno.

Main Reservoir

Il serbatoio principale è un grande recipiente che si trova a bordo delle unità di trazione. Il compressore di bordo mantiene costantemente l'aria al suo interno a una pressione sufficientemente alta per alimentare il resto dei sistemi.

Brake Pipe

La CG comprende, oltre ai tubi sui rotabili, anche delle valvole e dei raccordi flessibili. L’aria che pressurizza la condotta proviene dal serbatoio principale. La condotta può essere interrotta tramite i rubinetti di testata presenti su ogni rotabile, per evitare che l’aria fuoriesca in atmosfera. Con i freni completamente allentati, la pressione in CG è pari a 5 bar.

Auxiliary Reservoirs

Auxiliary reservoirs are medium volume vessels found on each individual vehicle. Pressurized by the brake pipe, they store pressure that is ready to apply brakes on demand. While auxiliary reservoirs can take a long time to charge, they practically never run out during regular operation.

Brake Cylinders

Infine, ogni veicolo dispone di uno o più “cilindri freno” (abbreviati in CF). In fase di frenatura l’aria compressa riempie i cilindri spingendo i ceppi contro le ruote del rotabile, rallentandone la rotazione.
La pressione nei CF è controllata da una valvola chiamata “distributore”, la quale risponde ai cambiamenti di pressione nella CG. Un serbatoio presente su ogni rotabile, noto come “serbatoio ausiliario” (abbreviato in SA), fornisce l’aria compressa necessaria al funzionamento dei CF.

Train Charging

Due to leaks , no brake components can remain pressurized indefinitely. It usually takes some time to bring the components of unused vehicles to their nominal, high pressure level, before they can be set in motion. The two biggest factors are the main reservoir, which will charge as quickly as the respective compressor is capable to, and auxiliary reservoirs, which may take a long time to charge, depending on how many vehicles there are in the train.

Adding additional locomotives to the train to improve charging speeds is a viable option, as is revving the engine .

Train Brake Application

Train brake is applied by a control device found in motorized rail vehicles. Applying brakes on a fully charged train functions by air getting dumped from the brake pipe to the atmosphere. This forces auxiliary reservoirs to feed their stored pressure to brake cylinders, pressing brake shoes against the wheels.

Train Brake Release

La pressione della CG viene decisa dal macchinista tramite il rubinetto del freno continuo presente in cabina. La pressione della condotta determina indirettamente la pressione nei CF, e quindi la forza di frenatura applicata su tutto il treno.
Quando il rubinetto del freno continuo viene posizionato su “frenatura”, l’aria nella CG viene scaricata in atmosfera, abbassando quindi la pressione nella condotta. Questa variazione viene rilevata dai distributori, che provvederanno a caricare in maniera proporzionata i CF di ogni rotabile.
Al contrario, quando il rubinetto del freno viene posizionato su “sfrenatura”, la CG viene caricata con l’aria proveniente dal serbatoio principale, caricando anche quelli ausiliari e azionando i distributori, che provvederanno a scaricare in atmosfera la pressione contenuta nei CF, rilasciando quindi i freni.

Automatic Stop Safety Mechanism

Crucial safety feature of the compressed air brake system is that, in case of vehicle connection getting severed, such as due to a derailment , brake pipe pressure will be lost to the atmosphere, resulting in automatic full brake application on both remaining train parts. This is integral to the compressed air brake system design in trains.