ระบบเบรกของขบวนรถไฟ

[nathapong]

ระบบเบรกของขบวนรถไฟ

ความคุ้นเคยของผู้คนต่อระบบเบรคของรถยนต์คงจะมีมากกว่าขบวนรถไฟ แต่โดยหลักการแล้ว การเบรคมีวัตถุประสงค์เดียวกันคือ เพื่อจะทำการหยุดรถที่กำลังวิ่งด้วยความเร็ว ซึ่งในการเบรครถยนต์นั้นก็ จะใช้ผ้าเบรคกดลงบนจานเบรค ทำให้เกิดแรงเบรคขึ้นและแรงเบรคนี้จะพยายามหยุดล้อที่กำลังหมุน ซึ่งจะถูกฝืนไว้ด้วยแรงเสียดทานระหว่างหน้ายางกับผิวถนน ผลก็คือ ทำให้รถที่กำลังวิ่งลดความเร็วลงจนหยุด

การเบรคขบวนรถไฟก็อาศัยหลักการเดียวกัน เพียงแต่ขบวนรถไฟประกอบด้วยรถหลายคันพ่วงต่อกัน และมีน้ำหนักมากกว่า จึงต้องทำการเบรคพร้อมกัน เพื่อไม่ให้เกิดการกระตุกกระชาก ซึ่งทำให้ผู้โดยสารรู้สึกไม่สบายและไม่ปลอดภัยด้วย

ขบวนรถไฟสมัยโบราณที่ใช้ในเหมืองแร่ ใช้ลิ่มไม้ติดกับกระเดื่อง เมื่อจะทำการเบรคก็ใช้คนงานโยกกระเดื่องกดลิ่มไม้ลงบนล้อ เมื่อเริ่มแรกการเดินรถไฟนั้น ขบวนรถไฟในสมัยโบราณยังไม่มีการคิดค้นอุปกรณ์การเบรคที่ทันสมัย คงมีเฉพาะเบรคบนรถจักรไอน้ำซึ่งจะเปิดไอน้ำแรงดันสูงเข้าไปดันลูกสูบในกระบอกเบรค (Brake Cylinder) เพื่อกดแท่งห้ามล้อ (Brake Shoes) ลงบนพื้นล้อ แต่เนื่องจากรถไฟทั้งขบวนก็จะมีเบรคอยู่ที่รถจักรไอน้ำคันเดียว จึงยังไม่สามารถวิ่งเร็วได้

ต่อมาจึงมีการติดตั้งห้ามล้อมือ (Hand Brake)บนรถพ่วง พอคนขับจะทำการเบรคขบวนรถไฟ ก็จะส่งสัญญาณให้เจ้าหน้าที่ประจำรถแต่ละคันซึ่งเรียกว่า พนักงานห้ามล้อ หมุนห้ามล้อมือเพื่อกดแท่งห้ามล้อลงบนพื้นล้อ (ท่านที่ดูหนังคาวบอยเก่าๆ คงจะเคยเห็น) วีธีการดังนี้ก็ทุลักทุเลพอสมควร แต่ขบวนรถก็สามารถวิ่งได้เร็วกว่าเดิม พนักงานซึ่งทำหน้าที่หมุนห้ามล้อมือนี้ ภาษาอังกฤษเรียกว่า Brake Man

พอรถไฟเข้ามาในประเทศไทยก็แปลกันตรงตัว คือ พนักงานห้ามล้อ อักษรย่อว่า พหล. ชื่อนี้ก็ใช้กันมาจนถึงปัจจุบัน แต่ไม่ได้ทำหน้าที่ห้ามล้อ กลายเป็นพนักงานตรวจตั๋วบนขบวนรถโดยสาร



เบรคแบบใช้สูญญากาศ

ความทุลักทุเลในการเบรคขบวนรถแบบโบราณเกิดขึ้นทั้งตอนจะทำการเบรคและตอนจะคลายเบรค ต่อมา จึงมีผู้ประดิษฐ์เครื่องสร้างสูญญากาศขึ้นบนรถจักรไอน้ำโดยใช้ไอน้ำพ่นผ่าน Nozzle ด้วยความเร็วสูง เกิดเป็นสูญญากาศขึ้น แล้วต่อท่อนำสูญญากาศไปใช้ในการควบคุมการเบรกบนรถแต่ละคัน เมื่อจะทำการห้ามล้อ คนขับก็ปล่อยอากาศเข้าไปในท่อโดยมีลิ้นควบคุมให้อากาศไหลเข้าเฉพาะด้านล่างของกระบอกเบรค แต่ด้านบนยังคงเป็นสูญญากาศ ลูกสูบในกระบอกเบรคก็จะยกตัวขึ้น ระยางเบรค (Brake Linkage) ที่ต่อจากก้านลูกสูบก็จะไปกดแท่งห้ามล้อลงบนพื้นล้อ วิธีการนี้ทำให้มีเบรคทำงานบนรถหลายคันในขบวนรถไฟ ขบวนรถจึงสามารถวิ่งได้เร็วกว่าเดิมอย่างปลอดภัย



ระบบเบรคแบบสูญญากาศยังใช้งานต่อมาอีกเป็นเวลานานและได้รับการปรับปรุงให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการประดิษฐ์เครื่องสร้างสูญญากาศแบบลูกสูบ (Exhauster) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงกว่า สามารถใช้กระบอกเบรคขนาดใหญ่ ประกอบกับการปรับปรุงในส่วนอื่น เช่น ใช้ท่อขบวนสูญญากาศ (Vacuum Brake Pipe) 2 ท่อ (ใช้งานอยู่ที่ประเทศอังกฤษ) การเพิ่มปริมาตรด้านบนของกระบอกโดยติดตั้งถังเพิ่มปริมาตร (Expansion Tank) ขบวนรถที่ใช้ระบบเบรคสูญญากาศจึงสามารถวิ่งได้เร็วกว่า 100 กม/ชม.

อย่างไรก็ดี ระบบสูญญากาศยังมีข้อบกพร่องอีกมาก การสร้างสูญญากาศจะทำได้มากที่สุดเพียง 76 ซม.ปรอท (การใช้งานจริงตั้งไว้ที่ 52-54 ซม.ปรอท) จึงสามารถสร้างแรงห้ามล้อได้จำกัด หากต้องการเพิ่มแรงห้ามล้อให้สูงขึ้น ก็จะต้องใช้ลูกสูบขนาดใหญ่ (ขนาดใหญ่ที่สุดซึ่งการรถไฟฯ เคยนำมาใช้คือเส้นผ่าศูนย์กลาง 21 นิ้ว) และใช้ระยางเบรค (Brake Linkage) ซึ่งมีอัตราการได้เปรียบเชิงกลสูง แต่วิธีการดังกล่าว ทำให้เกิดปัญหาต่อเนื่องในการบำรุงรักษา ลูกสูบขนาดใหญ่ขัดตัวในกระบอกเบรค เกิดปัญหาสูบค้าง เบรคจับจนล้อร้อนแดง การใช้ระยางเบรกที่มีอัตราการได้เปรียบเชิงกลสูง ทำให้ระบบทำงานชักช้าเมื่อคนขับสั่งให้เบรค แม้ว่าระบบสูญญากาศจะไม่ค่อยมีประสิทธิภาพนัก แต่ก็ใช้อยู่ในการรถไฟฯ มาจนกระทั่งปี 2528 จึงเริ่มต้นเปลี่ยนเป็นระบบเบรคแบบใช้ลมอัดหรือที่เรียกว่า Compressed Air Brake

[nathapong]

เบรคแบบใช้ลมอัด

ยอร์จ เวสติ้งเฮาส์ ชาวอเมริกัน เป็นผู้ประดิษฐ์เบรคแบบใช้ลมอัดขึ้น โดยนำออกใช้งานเมื่อปี 2412 หลักการทำงานก็คล้ายคลึงกับการปล่อยไอน้ำแรงดันสูงเข้าไปดันลูกสูบในกระบอกเบรค เพียงแต่ใช้ลมอัดแรงดันสูงแทน ระบบนี้ดีกว่าการใช้สูญญากาศตรงที่สามารถสร้างแรงดันลมซึ่งจะไปดันลูกสูบได้สูงกว่า (ค่าตามมาตรฐานของ UIC คือ 3.5 ถึง 3.8 บาร์) จึงสามารถใช้กระบอกเบรคขนาดเล็ก ใช้ระยางห้ามลอ้ ที่มีอัตราการได้เปรียบเชิงกลต่ำกว่า ระบบจึงสามารถตอบสนองคำสั่งได้ดีกว่า ค่าบำรุงรักษาก็ถูกกว่า และมีปัญหาในการใช้งานน้อยกว่า

ระบบเบรคแบบลมอัดที่การรถไฟฯ นำมาใช้เป็นแบบท่อลมบังคับการเดี่ยว (Single Pipe) คือ ใช้ท่อบังคับการเบรก (Brake Pipe) ท่อเดียว และมีคุณสมบัติตามที่กำหนดเป็นมาตรฐานของ UIC ซึ่งเรียกว่าระบบ Graduate Release and Application หมายความว่า สามารถกำหนดได้ว่าจะให้การเบรครุนแรงขนาดไหน และจะคลายเบรคแค่ไหน เหตุที่เลือกระบบนี้มาใช้ ก็เพราะอนุมานเอาว่า ขบวนรถไฟของประเทศไทย และสภาพการใช้งานในประเทศออกจะคล้ายคลึงกับยุโรป คือ เป็นขบวนรถที่มีความยาวพอประมาณ (ไม่เกิน 700 เมตร) แตกต่างจากประเทศใหญ่ที่วิ่งขบวนรถยาว เช่น อเมริกา แคนาดา ออสเตรเลียและบราซิล ซึ่งขบวนรถสินค้าในประเทศเหล่านั้น จะมีความยาวเกิน 1 กิโลเมตร จึงเหมาะที่จะเลือกใช้ระบบที่เรียกว่า Direct Release and Application คือเมื่อคนขับสั่งให้เบรคหรือคลายเบรค ระบบก็จะทำงานจังหวะเดียว ไม่สามารถกำหนดแรงเบรคตามที่คนขับต้องการได้

เบรกแบบลมอัด ยังจำแนกออกตามระบบการบังคับการได้ 2 แบบ คือ แบบสั่งการโดยตรง (Direct Brake) และแบบสั่งการอัตโนมัติ (Automatic Air Brake) แบบสั่งการโดยตรง คนขับจะเปิดลมจากถังพักลม ให้ไหลผ่านท่อลมที่เชื่อมต่อระหว่างรถแต่ละคัน (เรียกว่า Brake Cylinder Pipe) เข้าไปยังกระบอกเบรค ระบบนี้ไม่เป็น Fail safe คือเมื่อรถพ่วงหลุดออกจากกัน ระบบเบรคจะไม่ทำงาน

เบรคลมอัดแบบสั่งการอัตโนมัติ มีลิ้นควบคุมการเบรคเรียกว่า Distributor Value (DV) และถังลมสำรองติดอยู่บนรถแต่ละคัน ในท่าไม่ใช้งาน ลิ้นบังคับการบนรถนำ (รถจักร) จะส่งลม (แรงดันประมาณ 5 บาร์) เข้าไปในท่อซึ่งต่อไปตลอดทั้งขบวนรถ เรียกว่า ท่อลมบังคับการเบรค (Brake pipe: BP) ลมแรงดัน 5 บาร์จะไหลผ่านลิ้นควบคุมเข้าไปเก็บอยู่ในถังพัก เมื่อคนขับต้องการเบรคขบวนรถไฟ ก็จะปล่อยลมในท่อ BP ออก ลิ้นควบคุม DV ก็จะปล่อยลมจากถังพักลมสำรองเข้าไปในกระบอกเบรค และเมื่อคนขับสั่งคลาย เบรค DV ก็ปล่อยลมในกระบอกเบรกทิ้ง ขณะเดียวกันก็ปล่อยลมเข้าถังเพื่อเตรียมไว้ใช้ในการเบรกครั้งต่อไป




ความแตกต่างระหว่างระบบ Graduated Release และ Direct Release จะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของ DV ซึ่งสำหรับกรณีแรกนั้น DV จะควบคุมแรงดันลมในกระบอกเบรค (ซึ่งก็คือแรงเบรค) ให้มากหรือน้อยไปตามแรงลมในท่อบังคับการที่ลดลง ส่วนในกรณีหลังนั้น เมื่อแรงดันลมในท่อบังคับการลดลงถึงพิกัดที่ปรับตั้งไว้ให้เกิดการเบรค DV ก็จะปล่อยลมเข้ากระบอกเบรคเต็มพิกัดทันที และเมื่อแรงดันลมในท่อบังคับการเพิ่มขึ้นถึงพิกัดที่ปรับตั้งไว้สำหรับคลายเบรค DV ก็จะปล่อยลมออกจากกระบอกเบรคทันที ดังกล่าวแล้วข้างต้นว่า ระบบหลังนี้ใช้กับขบวนรถสินค้ายาวเกิน 1 กม. เหตุผลก็เพราะในขณะที่ขบวนรถไฟวิ่งไปนั้น จะเกิดคลื่นความดันอากาศ (Pressure Wave) ขึ้นในท่อลมบังคับการซึ่งสำหรับขบวนรถที่ยาวมากก็อาจจะมีผลทำให้ DV ทำงานไม่ถูก กล่าวคือ เมื่อช่วงของคลื่นความดันอากาศต่ำ (Low Pressure Wave) เคลื่อนผ่าน DV ก็จะเข้าใจว่ามีการสั่งให้เบรคจึงปล่อยลมเข้ากระบอกเบรคทั้งที่คนขับไม่ได้สั่งการ ครั้นเมื่อคลื่นความดันอากาศสูงเคลื่อนผ่าน DV ก็จะปล่อยลมออกจากกระบอกเบรค ปรากฎการณ์นี้จะทำให้เบรคทำงานและหยุดสลับกันซึ่งเป็นอันตรายต่อขบวนรถ DV ยังมีข้อกำหนดเป็นรายละเอียดปลีกย่อยอีกมาก เช่น Sensitivity และ Insentivity เป็นต้น ซึ่งจะไม่กล่าวถึงในที่นี้

ระบบเบรคลมอัดแบบอัตโนมัติ มีคุณสมบัติเป็น Fail Safe คือ เมื่อรถในขบวนหลุดออกจากกัน ท่อลมบังคับการขาด ลมในท่อไหลออก DV ก็จะสั่งการให้เบรคบนรถทุกคันทำงาน

[nathapong]

ระบบเบรคแบบอื่นๆ

จะขอทำความเข้าใจเสียในเบื้องต้นก่อนว่า กลไกที่จะถ่ายแรงเบรคที่สร้างขึ้นไปทำการหยุดขบวนรถนั้น จำแนกได้ 2 กลุ่ม ดังแสดงต่อไปนี้.-



วิธีถ่ายแรงเบรคไปทำการหยุดรถกลุ่มแรกเรียกว่า การเบรคโดยใช้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง (Adhesion Brake) นั้น แรงเบรคที่สร้างขึ้นไม่ว่าจะด้วยวิธีการใดก็ตาม จะทำการหยุดขบวนรถได้โดยอาศัยแรงเสียดทานระหว่างล้อกับราง กล่าวอย่างง่ายๆ ก็เหมือนกับการเบรครถยนต์นั่นเอง เบรคที่อยู่ในกลุ่มนี้เป็นระบบหลักที่ใช้งานในสภาพปกติ เพราะมีความนุ่มนวลมากกว่า ส่วนเบรคในกลุ่มที่สอง คือ การเบรคโดยไม่ผ่านแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง (Non-Adhesion Brake) ส่วนใหญ่จะใช้งานเป็นระบบเสริมเพื่อเพิ่มความปลอดภัย ยกเว้นเบรคอากาศ (Air Resistant Brake) ซึ่งอยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างเอาจริงเอาจังอยู่ที่ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งอาจจะพัฒนาขึ้นเป็นระบบเบรคหลักเพราะไม่สิ้นเปลือง และสามารถนำมาใช้ควบคู่ไปพร้อมกับการเบรคที่อาศัยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง

กลุ่มที่เป็นเบรคกล (Mechanical Brake) ก็คือระบบเบรคแบบดั้งเดิมซึ่งมีวิวัฒนาการมาพร้อมกับการสร้างรถไฟ วิธีสร้างให้เกิดแรงเบรคสำหรับเบรคในกลุ่มนี้ ก็อาจใช้แรงซึ่งเกิดจากใช้แรงคนงัดคานเบรค ดังกล่าวแล้วข้างต้น หรือใช้แรงจากกระบอกเบรคไปดึง (หรือดัน) คานเบรคไปกดแผ่น (ผ้า) เบรคลงบนพื้นล้อ หรือจานเบรค

กลุ่มย่อยที่เรียกว่าเบรคไฟฟ้า เป็นระบบที่พัฒนาขึ้นเพื่อช่วยสนับสนุนการทำงานของเบรคกล เพราะเบรคไฟฟ้าไม่มีการสึกหรอ เบรคไฟฟ้ายังสามารถแยกตามระบบการทำงานได้ 2 ชนิด คือ ไดนามิคเบรค (Dynamic Brake) ใช้กับขบวนรถไฟที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าโดยเปลี่ยนจากมอเตอร์ที่หมุนล้อมาเป็นเยนเนอเรเตอร์ ซึ่งถูกล้อขับให้หมุนแล้วนำกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นไปผ่านชุดความต้านทาน (Resistor) ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อน และถูกพัดลมระบายความร้อนเป่าทิ้งไปในอากาศ ระบบนี้ใช้อยู่บนรถจักรบางรุ่นของการรถไฟฯ และใช้กับขบวนรถไฟความเร็วสูงรุ่นแรกๆ ของญี่ปุ่น ซึ่งยังใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงในการขับเคลื่อนขบวนรถ

เบรคไฟฟ้าแบบไดนามิคเบรค จะมีประสิทธิภาพสูงเฉพาะในช่วงความเร็วสูง ประกอบข้อเท็จจริงที่การเบรคขบวนรถไฟในกลุ่มนี้ ต้องอาศัยแรงเสียดทานระหว่างล้อกับราง จึงต้องมีอุปกรณ์ที่ผสมแรงเบรค (Blending) ระหว่างแรงที่มาจากเบรคกลกับแรงจากเบรคไฟฟ้า เพื่อให้แรงเบรคที่เกิดขึ้นมีค่าไม่เกินแรงเสียดทานระหว่างล้อกับราง เมื่อความเร็วขบวนรถลดต่ำลงถึงระดับหนึ่งแล้ว (ประมาณ 30-50 กม./ชม.ขึ้นอยู่กับการออกแบบ) อุปกรณ์ดังกล่าวก็จะตัดไดนามิคเบรคออกจากการใช้งาน เหลือเบรคกลทำหน้าที่อย่างเดียว

[nathapong]

หลักการทำงานของระบบไดนามิคเบรค

ขบวนรถสมัยใหม่ จะขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Motor) เพราะมีค่าบำรุงรักษาถูกกว่า ในประเทศไทยก็ได้แก่ ขบวนรถไฟฟ้าของ บีทีเอส รถใต้ดิน ระบบเบรคไฟฟ้าในรถเหล่านี้ ใช้วิธีการสร้างแรงเบรคที่เรียกว่า Phase Locking ซึ่งสามารถใช้งานได้จนถึงช่วงความเร็วต่ำ โดยหลักการแล้ว สามารถใช้เบรคขบวนรถไฟได้จนถึงความเร็ว 0 กม/ชม. แต่ในทางปฏิบัติก็มักจะตัดการใช้งานที่ความเร็วประมาณ 5 กม/ชม.



เบรคไฟฟ้าแบบรีเยนเนอเรทีฟ (Regenerative Braking) ใช้หลักการเดียวกันกับไดนามิคเบรค เพียงแต่ไม่เป่าความร้อนที่เกิดขึ้นทิ้งไปในอากาศ แต่นำพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นไปขับเคลื่อนขบวนรถอื่นที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งกำลังอยู่ในท่าขับ (Traction) และต้องการใช้พลังงานไฟฟ้า การเบรคแบบรีเยนเนอเรทีฟจะทำให้การเดินรถไฟทั้งระบบมีประสิทธิภาพสูงขึ้น แต่เทคโนโลยีในการนำพลังงานที่เกิดจากการเบรคไปใช้ ยังค่อนข้างสลับซับซ้อน จึงยังไม่ค่อยเป็นที่ใช้งานแพร่หลายนัก

ในกลุ่มการเบรคโดยผ่านแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับรางยังมีระบบเบรคอีกประเภทหนึ่ง ซึ่งเป็นแนวคิดและทำการทดลองกันมานานแล้ว แต่ไม่มีใช้งานแพร่หลาย นั่นคือ การนำพลังงานที่เกิดจากการเบรคไปสะสมไว้ใน Flywheel แล้วนำพลังงานจาก Flywheel กลับไปขับเคลื่อนรถ เมื่อจะเคลื่อนออกตัวครั้งต่อไป กลไกในการใช้ล้อรถไฟที่กำลังวิ่งไปหมุนขับ Flywheel สามารถทำได้ทั้งวิธีการกลหรือไฟฟ้า แต่ปัญหาก็คือ ตัว Flywheel ซึ่งมีน้ำหนักมาก ไม่เหมาะที่จะติดตั้งไว้บนรถ

ในกลุ่มเบรคที่ไม่อาศัยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง ประเภทแรกคือ เบรคราง (Rail Brake) ซึ่ง ยังแยกย่อยเป็น 2 ประเภทคือ แบบเบรครางกล (Direct Mechanical Rail Brake) ใช้ผ้าเบรคกดลงบนรางโดยตรง ระบบนี้ใช้กับรถราง (Street Car) มาแต่ดั้งเดิม เพราะสามารถตั้งแรงเบรคได้สูงเท่าที่ต้องการ สามารถหยุดขบวนรถได้ในระยะเท่ากับระยะเบรคของรถยนต์ ดังนั้น ในต่างประเทศปัจจุบันก็ยังคงเห็นรถรางกับรถยนต์ วิ่งปนกันอยู่บนถนน เพราะมีระยะเบรคเท่ากันนั่นเอง

มีความพยายามที่จะใช้เบรครางกับขบวนรถไฟโดยทั่วไป ซึ่งวิ่งเร็วกว่ารถราง แต่พบว่าทำให้เกิดปัญหารางสึกมาก ต่อมา จึงมีความพยายามในการประดิษฐ์เบรครางไฟฟ้า (Electric Rail Brake) ขึ้น หัวเบรค ของเบรครางไฟฟ้ามีขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าติดอยู่ เมื่อต้องการใช้เบรค ก็สร้างขั้วบวกและลบขึ้นที่หัวเบรคแล้ว เลื่อนเข้าไปใกล้ราง ขั้วแม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนในราง ระบบเบรคนี้จึงมีอีกชื่อหนึ่ง ว่า Eddy Current Brake ระบบเบรคนี้ มีการทดลองนำมาใช้ในขบวนรถไฟความเร็วสูง เพราะการเบรคขบวนรถไฟโดยส่งแรงเบรคผ่านความยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง อาจต้องใช้ระยะเบรคถึง 2 – 3 กม. ถ้าใช้เบรครางก็จะสามารถเบรคได้ในระยะทางที่สั้นลง อย่างไรก็ดี ผลจากการทดลองพบว่า ถ้าต้องการแรงเบรคสูง ก็จะต้องเพิ่มความเข้มของสนามแม่เหล็กที่หัวเบรคขึ้น ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลวนในรางสูงตามไปด้วย ผลก็คือ เกิดอุณหภูมิเพิ่มสูงในรางเป็นจุด (Flash Temperature) ทำให้เกิดแรงตึงผิวที่หัวราง ซึ่งตามมาด้วยปัญหาหัวรางแตกร้าว ระบบนี้จึงไม่ค่อยใช้งานเป็นระบบหลัก เพียงแต่ติดตั้งไว้บนขบวนรถไฟความเร็วสูง ใช้เป็น Last Resource ซึ่งใช้งานเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน



ในปัจจุบัน ได้มีผู้สร้างหัวเบรครางที่รวมเอาเบรครางแบบกล(ใช้ผ้าเบรค) และเบรครางไฟฟ้า(ใช้แม่เหล็กไฟฟ้า) ไว้ด้วยกัน ซึ่งพบเห็นการใช้งานอยู่ที่ประเทศญี่ปุ่น นอกจากนั้น การสร้างแรงเบรคแบบ Eddy Current ยังสามารถทำได้โดยใช้จานเบรคซึ่งติดตั้งบนเพลาล้อรถไฟ วิธีการทำงานก็คล้ายกับระบบดิสเบรค เพียงแต่แทนที่ผ้าเบรคด้วยขั้วแม่เหล็กไฟฟ้า แต่การเบรคก็ยังต้องอาศัยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง ระบบเบรคนี้มีใช้งานในขบวนรถไฟความเร็วสูง มีข้อดีคือ ไม่ต้องเปลี่ยนผ้าเบรก เพราะหัวเบรคไม่เสียดสีกับจานเบรค

เบรคอากาศ (Air Resistant Brake) เป็นแนวคิดแบบโบราณที่ฟื้นฟูขึ้นใหม่ และกำลังทดลองอยู่กับขบวนรถไฟความเร็วสูงในประเทศญี่ปุ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งรถไฟแม่เหล็ก (MAGLEV) ซึ่งไม่มีล้อ

เบรคแบบนี้จะมีประสิทธิภาพเฉพาะในย่านความเร็วสูง แต่เนื่องจากไม่มีค่าใช้จ่ายจากการสึกหรอ ญี่ปุ่นจึงหวังจะ พัฒนาขึ้นใช้เป็นระบบเบรคหลักของขบวนรถไฟความเร็วสูง ควบคู่กับการใช้ระบบเบรคแบบอื่น ซึ่งจะช่วยให้ประสิทธิภาพในการเบรคสูงขึ้น เพราะสามารถทำงานเสริมกับเบรคในกลุ่มที่ใช้แรงเสียดทานระหว่างล้อกับรางได้อย่างเต็มที่ โดยไม่เกิดปัญหาล้อรถจับตาย

[nathapong]

การเพิ่มประสิทธิภาพในการเบรค

การประดิษฐ์เบรคที่ไม่ใช้แรงเสียดทานระหว่างล้อกับราง ก็เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการเบรคด้วยประการหนึ่ง แต่ดังกล่าวแล้วว่า เบรคที่ใช้งานตามปกติคือแบบอาศัยแรงเสียดทางระหว่างล้อกับราง ดังนั้น การเพิ่มประสิทธิภาพในที่นี้ จึงหมายถึงการเพิ่มประสิทธิภาพในกรณีการเบรคโดยผ่านแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง

ประเทศญี่ปุ่นกำหนดระยะเบรคขบวนรถไฟเป็นวาระแห่งชาติไว้ที่ 600 เมตร จากทุกความเร็ว(ยกเว้นรถไฟความเร็วสูง) ประเทศไทยยังโชคดีที่ไม่มีการกำหนดระยะเบรคโดยนัยดังกล่าว มาตรฐานการออกแบบระบบเบรคที่การรถไฟฯ กำหนดขึ้นใช้เอง กำหนดให้รถคันเดียว (Individual Car) มีระยะเบรคไม่เกิน 700 เมตร และขบวนรถ (Train) มีระยะเบรคไม่เกิน 1,000 เมตร ซึ่งถือว่าเป็นกติกาที่ไม่ค่อยตึงมากนัก ในกรณีที่มีการกำหนดระยะเบรคไว้สั้นมาก วิศวกรผู้ออกแบบก็จะต้องหาวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพในการ
เบรค ซึ่งจะกล่าวโดยสังเขปต่อไป

ใช้ทุกวินาทีที่เสียไปให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ขบวนรถไฟที่วิ่งด้วยความเร็ว 300 กม./ชม. จะเคลื่อนที่เป็นระยะทาง 83 – 84 เมตร ในเวลา 1 วินาที จากสภาพที่เป็นจริง จะสามารถแบ่งการทำงานของระบบเบรคออกได้อย่างคร่าวๆ เป็น 3 ช่วง ตามรูป ได้แก่

ช่วงที่หนึ่ง เมื่อคนขับเห็นเหตุที่จะต้องเบรค และใช้เวลาตัดสินใจ (Human Delay) ครั้นเมื่อตัดสินใจแล้ว จึงสั่งการให้ระบบทำงาน ซึ่งจะกินเวลาอีกระยะหนึ่งกว่าที่ระบบเบรคจะทำงานเต็มที่ (Instrumental Delay) ระหว่างนี้ขบวนรถไฟจะมีความเร็วลดลงเอง เนื่องจากแรงต้าน (Train Resistance)

ช่วงที่สอง อุปกรณ์เบรคเริ่มทำงาน คำสั่งเบรคถูกถ่ายทอดจากรถต้นขบวนเป็นทอดๆ ไปยังท้ายขบวน ลมไหลเข้ากระบอกเบรคบนรถแต่ละคัน ในช่วงเวลาดังกล่าวนี้ ระบบเบรคจะทำงานแค่บางส่วน เรียกว่าเป็นช่วง Partial Braking ซึ่ง อัตราหน่วงยังไม่สูงมากนัก

ช่วงที่สาม ลมไหลเข้ากระบอกเบรคเต็มพิกัดแล้ว อุปกรณ์เบรคบนรถทุกคัน ทำงานเต็มตามสมรรถนะที่ได้รับการออกแบบไว้ เรียกว่าช่วง Full Braking



การเพิ่มประสิทธิภาพในการเบรค จึงต้องดูว่า จะสามารถทำอะไรได้บ้างในการเบรคแต่ละส่วน ซึ่งมีหลักการดำเนินการได้ ดังนี้.-

1. ระบบสนับสนุนการตัดสินใจของคนขับ

เนื่องจากเป็นส่วนที่เกี่ยวข้องกับคนขับรถไฟ การลดระยะเบรคในช่วงแรก จึงต้องดำเนินการที่คนขับก่อนเป็นเบื้องต้น ได้แก่ การเสริมสร้างสมรรถนะทางกายภาพ ควบคุมและตรวจสอบสภาพร่างกายของคนขับรถไฟเพื่อให้การตัดสินใจอยู่ในช่วงเวลาที่ปลอดภัย สิ่งเหล่านี้อาจไม่เข้มงวดมากนักสำหรับการขับขบวนรถไฟทั่วไป แต่ในกรณีที่มีการเดินรถหนาแน่น เช่น ระบบขนส่งมวลชน หรือกรณีรถไฟความเร็วสูง ก็จะต้องกวดขันเป็นพิเศษ ตัวอย่าง เช่น คนขับขบวนรถไฟความเร็วสูง (เร็วกว่า 200 กม/ชม.) จะต้องลงพักหลังจากผ่านการทำงานมาแล้ว 4 ชม. และจะพ้นจากการทำหน้าที่เมื่ออายุ 55 ปี เป็นต้น

ในปัจจุบัน เทคโนโลยีสำหรับควบคุมการเดินขบวนรถไฟได้รับการพัฒนาก้าวหน้าไปมาก ระบบอาจจะทำงานโดยพึ่งพาการตัดสินใจของคนน้อยลง หรือในบางกรณีอาจไม่พึ่งการตัดสินใจของคนเลย เช่น กรณีขบวนรถวิ่งเร็วเกินพิกัด หรือฝ่าสัญญาณในท่าห้าม ซึ่งระบบเบรคจะทำงานทันทีโดยไม่รอการตัดสินใจของคนขับรถไฟ แม้กระนั้นก็ตาม การดูแลเรื่องสมรรถนะร่างกายของคนขับ ก็เป็นความจำเป็นในเบื้องต้น สำหรับการควบคุมขบวนรถ

2. การลดเวลาที่เสียไปในช่วง Partial Braking

การถ่ายทอดคำสั่งเบรคไปถึงรถแต่ละคัน เมื่อคนขับ (หรือระบบอัตโนมัติ) สั่งการให้ทำการเบรคขบวนรถ ระบบเบรคที่สั่งการด้วยลมอย่างเดียว (อย่างที่ใช้กับขบวนรถไฟของ รฟท.) จะเสียเวลาไปหลายวินาที กว่าคำสั่งจะถูกถ่ายทอดถึงรถทุกคัน จากการทดลองพบว่า ความเร็วในการเดินทางของคำสั่งในท่อสูญญากาศ จะอยู่ที่ประมาณ 80 – 100 เมตร/วินาที ในกรณีที่ขบวนรถยาว 400 เมตร รถคันสุดท้ายก็จะได้รับคำสั่งเมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 3 – 4 วินาที ซึ่งนอกจากจะเป็นสาเหตุให้ระยะเบรคของขบวนรถยาวขึ้นแล้ว ยังทำให้รถคันท้ายกระแทกเข้าใส่รถที่อยู่หน้า ท่านที่เคยนั่งขบวนรถไฟก็คงจะมีประสบการณ์เหล่านี้มาบ้างแล้ว

ในขบวนรถที่ใช้เบรคลมอัดซึ่งใช้ท่อลมสั่งการนั้น คำสั่งจะวิ่งด้วยความเร็วโดยประมาณเท่ากับความเร็วเสียงในอากาศ แต่เนื่องจากมีท่อยางต่อขบวน มีก็อกลมกีดขวาง คำสั่งจะเดินช้าลง ในการออกแบบ จึงใช้ความเร็วของคำสั่งที่วิ่งผ่านท่อลมประมาณ 290 เมตร/วินาที ดังนั้น ถ้าขบวนรถยาว 400 เมตร รถคันสุดท้ายก็จะได้รับคำสั่งเมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 1 – 2 วินาที ซึ่งดีกว่าระบบเบรคแบบสูญญากาศมาก แต่ผลต่อระยะเบรค และการกระแทกจากรถที่อยู่ท้ายขบวนก็ยังมีอยู่

วิธีการถ่ายทอดคำสั่งให้เร็วขึ้น ก็คือ ใช้ระบบไฟฟ้าสั่งการ เรียกว่า Electro-pneumatic Brake หรือ EP Brake ซึ่งขบวนรถดีเซลรางของการรถไฟฯ ใช้ระบบนี้สั่งการเฉพาะในการเบรคฉุกเฉิน แต่การเบรคตามปกติยังคงสั่งการด้วยลม ส่วนขบวนรถของ บีทีเอส. และ รฟม. ใช้ระบบไฟฟ้าสั่งการเป็นหลัก การใช้ระบบไฟฟ้าสั่งการ จะทำให้เบรคบนรถแต่ละคันทำงานพร้อมเพรียงกัน เป็นการลดระยะเบรคให้สั้นลง และลดการกระแทกกันของรถในขบวนเมื่อทำการเบรค แต่การใช้ระบบไฟฟ้าสั่งการก็จะมีความไม่สะดวกเพิ่มขึ้น หากระบบการเดินรถมีการตัดรถออกจากขบวนบ่อยๆ เหมือนขบวนรถของ รฟท. คือมีท่อและสายไฟที่ต้องปลดออกจากกัน นอกเหนือจากการปลดขอพ่วง

[nathapong]

ปรับอัตราการไหลของลมที่เข้ากระบอกเบรค

ระบบเบรคที่สั่งการด้วยลมอย่างเดียว จะมีข้อจำกัดในการปล่อยลมเข้ากระบอกเบรค กล่าวคือ หากปล่อยลมเข้ากระบอกเบรคเร็วเกินไป ก็จะเกิดการกระแทกจากรถคันท้ายรุนแรง แต่หากปล่อยลมเข้ากระบอกเบรคช้า ซึ่งลดการกระแทกได้ แต่ระยะเบรคก็จะยาวขึ้น วิศวกรผู้ออกแบบจะต้องหาความสมดุลระหว่างเวลาที่ใช้ในการปล่อยลมเข้ากระบอกเบรคจนเต็มพิกัด แรงดันกับแรงกระแทกกันของรถในขบวน นั่นก็คือ หาค่าที่พอเหมาะของแรงดันในกระบอกเบรคบนรถแต่ละคันที่แตกต่างกัน

UIC กำหนดเวลาที่ลมไหลเข้ากระบอกเบรคไว้ที่ 3 - 5 วินาที สำหรับกรณีรถโดยสาร และ 15 – 30 วินาที สำหรับรถสินค้า ซึ่งจากรูปจะเห็นว่า ค่า ΔP ทั้งสองกรณีจะมีความแตกต่างกัน

ค่า ΔP ก็คือ ดัชนีชี้ว่าการ กระแทกของรถในขบวนจะมีความรุนแรงเพียงใด ในทำนองเดียวกัน เวลาที่ลมไหลออกจากกระบอกเบรค ก็ทำให้เกิดการกระแทกของรถในขบวนเช่นเดียวกัน UIC จึงกำหนดอัตราที่ลมไหลออกไว้ 18-20 วินาที สำหรับรถโดยสาร ส่วนรถสินค้า กำหนดเวลาที่ลมไหลออกไว้ 45-60 วินาที ความเร็วลมที่ไหลเข้าและออกจากกระบอกเบรคปรับแต่งไว้ที่ Distributor Value โดยระบุว่าเป็นท่า P ถ้านำไปใช้บนรถโดยสาร และท่า G ถ้านำไปใช้บนรถสินค้า





ในกรณีที่ใช้ระบบไฟฟ้าสั่งการ ซึ่งเบรคบนรถทุกคันทำงานพร้อมกัน ก็ไม่จำเป็นต้องกังวลกับค่า ΔP มาก จึงสามารถเพิ่มอัตราการไหลของลมที่เข้ากระบอกเบรคให้สูงขึ้น ระบบเบรคจะเข้าสู่ช่วง Full Braking เร็วขึ้น

ออกแบบระบบระยางเบรคเพื่อลดการเสียเวลาดังกล่าวแล้วว่าระบบเบรคแบบสูญญากาศมีข้อจำกัด ในการสร้างแรงกดผ้าเบรค เพราะทำงานที่แรงดันต่ำ ในกรณีนั้น จึงต้องเพิ่มแรงเบรคโดยใช้ระยางเบรค (Brake Linkage) ที่มีอัตราการได้เปรียบเชิงกลสูง แต่ข้อเสีย ก็คือ มีกลไกประกอบด้วยกระเดื่องและคาน ซึ่งใช้เวลาในการเคลื่อนที่ ระบบเบรคจึงตอบสนองช้า เมื่อเปลี่ยนมาใช้เบรคแบบลมอัดแล้ว ก็สามารถใช้ระยางเบรคที่มีอัตราการได้เปรียบเชิงกลต่ำลง ระบบตอบสนองดีขึ้น เพราะเสียเวลาในการเคลื่อนไหวของกลไกที่ประกอบกันเป็นระยางห้ามล้อน้อยลง

นอกจากนั้น ผู้ผลิตระบบเบรครถไฟสมัยใหม่ ก็อาจจะใช้อุปกรณ์เบรคสำเร็จ (Brake Unit) ซึ่งไม่มีระยางห้ามล้อเลย เป็นการทำให้ระบบเบรคตอบสนองคำสั่งได้เร็วที่สุด

การใช้ผ้าเบรคกดลงบนจานเบรค แทนการใช้แท่งห้ามล้อกดลงบนพื้นล้อที่ใช้กันมาแต่เดิม ก็จะช่วยให้ระบบตอบสนองได้เร็วขึ้นด้วย เพราะแท่งห้ามล้อหนักกว่าผ้าดิสเบรคมาก ในคุณภาพการใช้งานที่เท่าเทียมกัน



ระบบเบรคของขบวนรถขนส่งมวลชนปัจจุบัน เป็นแบบ Spring Parking Brake ซึ่งมีหลักการทำงานกลับกันกับระบบเบรครถไฟโดยทั่วไป กล่าวคือ ชุดอุปกรณ์เบรคแบบนี้ จะใช้สปริงสร้างแรงกดผ้าเบรคไว้ก่อน แล้วใช้แรงดันลมมาดันฝืนสู้กับแรงจากสปริง เพื่อทำการคลายเบรค เมื่อ DV ได้รับคำสั่งให้เบรค ก็จะลดแรงดันลมที่ดันสู้อยู่กับสปริง เพื่อให้เบรคทำงาน ระบบเบรคแบบนี้ นอกจากสามารถตอบสนองคำสั่งได้เร็วมากขึ้นแล้ว ยังเป็นระบบ Fail Safe อีกชั้นหนึ่งด้วย เพราะถ้าลมบนรถหมดเบรคก็จะทำงาน



3. วิธีลดระยะเบรคในช่วงการเบรคเต็มที่ (Full Braking)

เมื่อคนขับรถไฟสั่งเบรค และระบบเบรคได้ทำงานผ่านช่วงแรกและช่วงที่สอง มาจนถึงการทำงานช่วงที่สามแล้ว วิศวกรก็จะต้องหาวิธีการออกแบบ เพื่อทำให้แรงเบรคที่สร้างขึ้นถูกนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่โดยอาศัยเทคนิคการออกแบบที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้

การเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง ถ้าการเบรคเกิดขึ้นอย่างรุนแรง ล้ออาจจะหยุดหมุนและเลื่อนไถลไปบนรางเรียกว่า ล้อจับตาย (Wheel Skidding) ซึ่งทำให้เกิดล้อเป็นแผล (Wheel Flat) ดังนั้นเงื่อนไขในการออกแบบก็คือ แรงเบรคที่สร้างขึ้น จะต้องไม่เกินแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง กล่าวในเชิงวิชาการก็คือ ถ้าน้ำหนักกดล้อมีค่าเท่ากับ W แรงกดผ้าเบรคมีค่าเท่ากับ p สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (ส.ป.ส.) ระหว่างผ้าเบรกกับจานเบรค (หรือแท่งห้ามล้อกับพื้นล้อ) ล้อมีค่าเท่ากับ u1 และ ส.ป.ส. แรงเสียดทาน ระหว่างล้อกับรางมีค่าเท่ากับ u2 เงื่อนไขในการออกแบบระบบเบรคที่ล้อไม่จับตายคือ p u1 ≤ w u2 ซึ่งในสภาพที่เป็นจริงนั้น ทั้ง u1 และ u2 มีค่าไม่คงที่

จากการทดลองพบว่า ค่า ส.ป.ส. แรงเสียดทานระหว่างผิวของ ล้อกับรางเหล็กในแต่ละช่วงเวลา จะขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ ความชื้น ความเร็วรถ ฯลฯ ซึ่งในการออกแบบก็จำเป็นต้องใช้ค่าเฉลี่ย และหากจะให้ปลอดภัย ก็ต้องใช้ค่าที่ต่ำกว่าค่าเฉลี่ย ดังนั้น เพื่อจะสามารถเบรคได้รุนแรงขึ้น จึงต้องหาวิธีเพิ่มค่า u2 ซึ่งวิธีการที่ใช้กันอยู่มากก็คือ ใช้ทรายโรยระหว่างล้อกับราง

การโรยทราย อาจจะทำได้ง่ายๆ โดยใช้คนขับ คือ ถ้าคนขับเห็นว่ารางเปียกชื้น เวลาจะทำการเบรคก็กดอุปกรณ์โรยทรายควบคู่ไปด้วย นอกจากนั้น ยังอาจใช้ระบบอัตโนมัติในการโรยทราย กล่าวคือ มีอุปกรณ์วัดอัตราหน่วงของรอบหมุนเชิงมุมของล้อ (Wheel Angular Deceleration) เมื่ออัตราหน่วงสูงกว่าพิกัด ก็แสดงว่ากำลังมีแนวโน้มจะเกิดล้อจับตาย อุปกรณ์โรยทรายก็จะทำงาน

[nathapong]

การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันล้อจับตาย (Anti – Skidding Device)

ผิวสัมผัสระหว่างล้อกับราง มีพื้นที่รูปไข่เล็กมาก ประมาณ 3–5 มม2 แรงเบรคที่สร้างขึ้น สำหรับกรณีที่เบรคโดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยวระหว่างล้อกับราง จะถูกส่งผ่านผิวสัมผัสเล็กๆ นี้ ซึ่งเป็นข้อจำกัดที่ไม่สามารถทำการเบรครุนแรงเกินไป

การออกแบบระบบเบรคโดยคำจำกัดความของ UIC จึงแบ่งกำลังเบรค (Brake Power) เป็น 2 ช่วง คือ รถที่มีกำลังเบรคปกติ มีกำลังเบรค(ต่อไปจะแทนด้วย λ)ไม่เกิน 120% และรถที่มีกำลังเบรคสูง (High Power Brake) ซึ่งมีค่า λ ในการออกแบบสูงกว่า 140% รถไฟของ รฟท.กำหนดการออกแบบโดยใช้ λ ไม่เกิน 120% รถไฟที่ออกแบบให้มีค่า λ สูงกว่า 140% ต้องติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันล้อจับตาย (Anti-skidding device) ไว้ที่เพลาล้อ ถ้าอัตราหน่วงเชิงมุมของความเร็วรอบล้อลดลงผิดปกติ อุปกรณ์นี้ก็จะผ่อนแรงดันในกระบอกเบรคลง เพื่อลดแรงเบรคที่ล้อนั้น อุปกรณ์นี้ก็คือ ที่เรียกว่า ABS (Automatic Brake System) ในรถยนต์นั่นเอง การใช้ High Power Brake จะทำให้ระยะเบรคในช่วงที่เบรคทำงานเต็มที่สั้นลง




การติดตั้งอุปกรณ์ปรับกำลังเบรคเมื่อน้ำหนักบรรทุกเปลี่ยนแปลง (Empty Load Device)

รถไฟบรรทุกสินค้าและรถไฟขนส่งมวลชน จะมีน้ำหนักเมื่อบรรทุกเต็มที่สูงกว่าเมื่อเป็นรถเปล่ามาก ปัญหาในการออกแบบก็คือ ถ้าออกแบบระบบเบรคให้มีกำลังเบรคสูงเมื่อบรรทุกน้ำหนักเต็มที่ รถนี้ก็จะมีปัญหาล้อจับตายเมื่อเป็นรถเปล่า ตรงกันข้าม ถ้าออกแบบให้มีกำลังเบรคพอเหมาะเมื่อเป็นรถเปล่า รถก็จะมีระยะเบรคยาวเมื่อบรรทุกน้ำหนักเต็มที่

เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว รถที่มีลักษณะดังนี้ จึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ที่เรียกว่า Empty Load Device ซึ่งจะทำหน้าที่ปรับตั้งกำลังเบรคให้เหมาะสมกับน้ำหนักบรรทุกที่เปลี่ยนไป อุปกรณ์นี้จะช่วยให้ประสิทธิภาพของระบบเบรคสูงขึ้น




สรุป

ระบบเบรคที่ใช้เป็นพื้นฐานของขบวนรถไฟทั่วไป คือ การเบรคโดยอาศัยแรงเสียดทานระหว่างล้อกับรางซึ่งมีข้อจำกัด ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่า พื้นผิวที่ล้อรถไฟสัมผัสกับรางมีขนาดเล็กมาก แตกต่างจากพื้นผิวที่ล้อยางสัมผัสกับถนน ในการออกแบบ จึงไม่สามารถสร้างแรงเบรคให้ทำการเบรคได้รุนแรงเหมือนรถยนต์

ด้วยเหตุนี้ ขบวนรถไฟจึงมีระยะเบรคยาวกว่ารถยนต์มาก และทำให้จำเป็นต้องมีระบบอาณัติสัญญาณควบคุมการเดินขบวนรถ ซึ่งเป็นส่วนที่ทำให้ระบบรถไฟมีราคาแพง ยิ่งขบวนรถไฟที่วิ่งความเร็วสูง ก็ยิ่งมีระยะเบรคยาว ต้องใช้ระบบอาณัติสัญญาณซึ่งสลับซับซ้อน และมีราคาแพงขึ้นเป็นเงาตามตัว

ระบบเบรคที่ทำงานโดยไม่อาศัยแรงเสียดทานระหว่างล้อกับรางอาจจะทำให้สามารถเบรคขบวนรถได้ในระยะใกล้เคียงกับรถยนต์ แต่ก็มีปัญหาอื่น จึงไม่เหมาะจะนำมาใช้เป็นหลักได้ ในกรณีการเบรครถไฟตามปกติ ส่วนใหญ่ก็จะใช้เป็นระบบสนับสนุนในการเบรกฉุกเฉิน ยกเว้นรถรางซึ่งใช้ความเร็วต่ำ

พลังงานในการเบรคขบวนรถแต่ละครั้งมีค่ามหาศาล ตัวอย่างเช่น ขบวนรถหนัก 500 ตันวิ่งด้วยความเร็ว 300 กม/ชม. ถ้าจะทำให้หยุดต้องใช้พลังงานถึง 1.77×109 จูล เป็นพลังงานความร้อนที่สามารถต้มน้ำปริมาณ 4,200 ลิตร ที่อุณหภูมิ 0๐C ให้เดือดได้ หรือคิดเป็นพลังงานจำนวน 1,000- 2,000 เท่าของพลังงานที่รถยนต์ใช้

พลังงานที่สูญเสียไปในการเบรกแต่ละครั้ง จึงเป็นการสูญเปล่าซึ่งหากสามารถนำกลับมาใช้ได้ ก็จะทำให้ประสิทธิภาพในการใช้พลังงานสูงขึ้น แต่เทคโนโลยีในการนำกลับมาใช้ในปัจจุบัน ไม่ว่าจะเป็น Regenerative Braking หรือการเก็บสะสมพลังงานไว้ใน Flywheel แล้วนำกลับมาใช้ในการขับเคลื่อนขบวนรถก็ดี ยังซับซ้อนและมีราคาแพง การเบรคขบวนรถไฟโดยทั่วไป จึงยังคงใช้วิธีปล่อยพลังงานดังกล่าวเสียไปในรูปแบบต่าง ๆ

รถไฟขนส่งมวลชนซึ่งสร้างใช้งานมาตั้งแต่เทคโนโลยีในการขับเคลื่อนและการเบรกยังล้าสมัย ใช้วิธีนำแรงดึงดูดของโลกมาช่วย (Gravity Brake) โดยสร้างสถานีให้สูงกว่ารางวิ่ง การเบรคในขณะรถขึ้นเนินก็ดี หรือการเร่งขบวนรถในขณะลงเนินก็ดี จะช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด รถไฟขนส่งมวลชนที่ออกแบบดังกล่าว เช่น รถใต้ดินสายวิคตอเรีย ในกรุงลอนดอน เป็นต้น แต่เนื่องจากค่าก่อสร้างเส้นทางจะมีราคาแพงขึ้นกว่าปกติ จึงมักไม่ค่อยพบในระบบขนส่งมวลชนสมัยใหม่

อย่างไรก็ดี หากโอกาสอำนวย ก็เป็นวิธีการง่ายๆ ที่ยังใช้ได้ดี และสามารถพบเห็นได้ ดังกรณีสถานีรถไฟฟ้าของ บีทีเอส. บางสถานี ซึ่งจะโดยตั้งใจหรือไม่ก็ไม่ทราบ แต่วิธีการนี้ก็จะช่วยทำให้เกิดการประหยัดไปนานตราบเท่าที่ระบบยังใช้งานอยู่



..............................

เอกสารประกอบการบรรยาย การประชุม วิศวกรรมแห่งชาติประจำปี 2553
โดย นคร จันทศร
รองผู้ว่าการรถไฟ
18 กุมภาพันธ์ 2553

[hermit]

เยี่ยมครับ ได้ความรู้เพียบ
_________________
ทางเตียนเวียนลงนรก ทางรกวกขึ้นสวรรค์

[kenshiro]

ขอบคุณมากครับ ที่นำเสนอ รายละเอียดเยอะจริง ๆ
_________________
[ We R RFT ]

[Cummins]

แจ๋ว โดยป๋าแซงปาดหน้าจนได้มัวแต่ยักซ้ายยักขวา ความจริงตัวบทความน่ะมีแล้วแต่มันหารูปประกอบไม่ได้น่ะซี เดี๋ยวอีกวันสองวันจะมาเล่นด้วยเน้อ เอ้อ ระบบห้ามล้อของรถไฟก็มีอะไรเหมือน หรือคล้าย ๆ กับรถยนต์เน้าะแต่เงื่อนไขที่แตกต่างงงงง
_________________
อดีตโชเฟอร์ล้อเหล็ก