300px|vpravo|náhled|Schema brzdy Westinghouse na lokomotivěČervená – tlak hlavního vzduchojemuŽlutá – tlak hlavního potrubíRůžová – tlak v brzdových válcíchV tomto případě se ovládá brzdičem přímočinné lokomotivní brzdy tlak v brzdových válcích prostřednictvím lokomotivního rozvaděče náhled|300px|vpravo|Zjednodušené schema rozvaděče:1 – pomocný vzduchojem2 – hlavní potrubí3 – vyrovnávací a přerušovací ústrojí4 – rozvodový vzduchojem5 – zpětná záklopka6 – brzdový válecPři odbrzdění je tlak 5 bar v prostorách A, B i D, prostor C je prázdný. Při snížení tlaku v hlavním potrubí způsobí rozdíl tlaků mezi A a B zdvižení membrány a přepuštění vzduchu z D do C. Tlak v C působí na membránu a spolu s tlakem v B vrátí spodní membránu a celý rozvodový mechanismus do původní polohy, čímž se uzavře spojení D s C. Při dalším snížení tlaku v hlavním potrubí se cyklus opakuje, tlak v brzdovém válci narůstá. Při nárůstu tlaku v hlavním potrubí stlačí tlak v C spolu se zvýšeným tlakem v B rozvodový mechanismus dolů, tím se otevře průchod z C do duté pístnice a tou uniká vzduch přes neoznačenou komoru do ovzduší.. Funkce vyrovnávacího a přerušovacího ústrojí:Při plnění nebo pomalém poklesu tlaku v hlavním potrubí je píst vyrovnávacího a přerušovacího ústrojí odtlačen doleva a hlavní potrubí je propojeno s rozvodovým vzduchojemem dutou pístnicí. Při rychlém poklesu tlaku se nestačí rozvodový vzduchojem odvětrat, píst je zatlačen vpravo a pístnice dolehne na sedlo, čímž se otvor v pístnici uzavře a nastává brzdění. Samočinná tlaková brzda je především používána na železnici jako základní provozní brzda vlaků a v některých případech i posunujících dílů. Brzdu vynalezl George Westinghouse ve Spojených státech roku 1869 speciálně pro drážní provoz. 5. března 1872 obdržel na svůj vynález ve Spojených státech patent.
Základními důvody pro zavedení samočinné brzdy bylo umožnění přímého ovládání brzd strojvedoucím, zajištění rovnoměrného účinkování brzd celé soupravy a zajištění samočinného zabrzdění vlaku v případě přetržení soupravy nebo při použití záchranné brzdy. Tu lze použít v kterémkoliv vozidle vlaku.
Brzda využívá stlačený vzduch k přenosu energie pro brzdění a zároveň i k ovládání brzd na všech vozidlech soupravy. Vlastní brzdění se pak děje prostřednictvím zdrží přitlačovaných na jízdní plochu kola, resp. čelistí na kotouče u kotoučové brzdy. Samočinná brzda vozidel většiny evropských železničních dopravců odpovídá mezinárodním normám a vyhláškám Mezinárodní železniční unie, takže vozidla jsou vzájemně kompatibilní.
Stejnému účelu slouží samočinná sací brzda, od jejíhož používání se upouští ve prospěch tlakové brzdy.
Popis funkce náhled|vlevo|Tlaková brzda podle Westinghouse – rozvaděč, pomocný vzduchojem a brzdový válec tvoří jeden celek. V principu se pneumatická část samočinné tlakové brzdy skládá ze zdroje stlačeného vzduchu, hlavních a pomocných vzduchojemů, regulačních prvků, potrubí a brzdových válců. Při sestavě vlaku se propojí brzdová potrubí všech vozidel soupravy.
Uvedení do provozu Všechna vozidla vlaku brzděná samočinnou tlakovou brzdou musí být propojena potrubím, které se nazývá hlavní potrubí. Ke vzájemnému propojení vozidel slouží hadicové spojky. Kompresor natlakuje hlavní vzduchojem(-y) na hodnotu 8 – 10 barů (záleží na typu hnacího vozidla). Strojvedoucí přestaví brzdič samočinné brzdy, který slouží zároveň jako regulátor tlaku, do polohy „jízda“ nebo „odbrzdit“ a hlavní potrubí se naplní z hlavního vzduchojemu tlakem 5 bar. Přes rozvaděče jednotlivých vozidel se naplní stejným tlakem i jejich pomocné vzduchojemy a další, menší vzduchojemy sloužící k regulaci brzdění. Brzdové válce zůstávají prázdné.
Brzdění Pokud se sníží tlak v hlavním potrubí, rozvaděče na jednotlivých vozidlech zareagují a vpustí stlačený vzduch z pomocných vzduchojemů do brzdových válců. Tím dojde k přitisknutí zdrží na kola, nebo sevření brzdových kotoučů čelistmi. Tlak v brzdových válcích odpovídá poklesu tlaku v hlavním potrubí. Úplného provozního zabrzdění se dosáhne při poklesu tlaku v hlavním potrubí na 3,5 bar. Maximální hodnota tlaku v brzdových válcích přitom činí 3,8 bar. Stav při poklesu tlaku v hlavním potrubí pod 3,5 bar se nazývá rychločinné brzdění. K vyprázdnění hlavního potrubí dojde při přestavení brzdiče do polohy rychločinného brzdění, při stržení záchranné brzdy nebo při porušení celistvosti hlavního potrubí, například při přetržení soupravy. Při rychločinném brzdění vzrůstá rychlost zaúčinkování brzdy, maximální tlak v brzdových válcích je stejný, jako při úplném provozním zabrzdění.
Odbrzdění Přestavením brzdiče do odbrzďovací polohy dojde k opětovnému naplnění brzdového potrubí na hodnotu 5 bar. Rozvaděče jednotlivých vozidel zareagují, vypustí vzduch z brzdových válců a zároveň přepustí stlačený vzduch do pomocných vzduchojemů.
Druhy brzd náhled|vpravo|Brzda Knorr vozu typu Rybák Stupňovitě neodbrzďovatelná brzda Tato brzda nedovoluje postupně snižovat brzdný účinek postupným zvyšováním tlaku v hlavním potrubí. Pokud dojde i k mírnému zvýšení tlaku v hlavním potrubí, rozvaděč vypustí veškerý vzduch z brzdových válců. Pokud navíc není brzdič v odbrzďovací poloze dostatečně dlouho, nestačí se naplnit pomocné vzduchojemy a při novém zabrzdění je účinek brzdy nedostatečný.
Na evropských železnicích se používaly brzdy Westinghouse nebo Knorr. Dnes se lze v pravidelném provozu setkat s vyčerpatelnou brzdou na evropských normálněrozchodných železnicích již jen u vozů ze zemí bývalého Sovětského svazu – brzda Matrosov. Brzdy tohoto typu jsou používány i na amerických železnicích, kde u dlouhých souprav nelze zaručit spolehlivý provoz stupňovitě odbrzďovatelných brzd.
náhled|vlevo|Brzdový válec, rozvaděč a pomocný vzduchojem na spodku nákladního vozu Stupňovitě odbrzďovatelná brzda Stupňovitě odbrzďovatelná brzda byla vyvinuta, aby se zabránilo vyčerpání brzdy při jízdě na dlouhých spádech a zároveň aby se umožnilo strojvedoucím lépe regulovat brzdění. Bruno Kunze a Georg Knorr zkonstruovali brzdu, která byla v roce 1918 uvedena v Německu do provozu pod označením Kunze-Knorr, nejprve pro nákladní vlaky (Kkg – g jako Güterzug) a později i pro osobní (Kkp – p jako Personenzug). Brzda pracovala se dvěma pracovními prostory v brzdovém válci (dvoukomorová brzda).
Další vylepšení konstrukce brzdy provedli Wilhelm Hildebrand a Georg Knorr. Jejich brzda označená Hildebrand-Knorr (Hik) pracuje s jedním pracovním prostorem v brzdovém válci (jednokomorová brzda), ale již na principu tří tlaků. Zatímco brzda Kunze-Knorr využívala pro regulaci pouze porovnání tlaků mezi hlavním potrubím a brzdovým válcem, což při netěsnosti válce vedlo k trvalému vyprazdňování pomocného vzduchojemu a tím k samovolnému brzdění, brzda Hildebrand-Knorr využívá k regulaci i tlak v pomocném vzduchojemu. Při poklesu tlaku v pomocném vzduchojemu pod hodnotu tlaku v hlavním potrubí je do brzdového válce přiveden tlak přímo z hlavního potrubí; tím se zabrání samovolnému odbrzdění. Pro využití této vlastnosti byl současně vyvinut samoregulační brzdič, který průběžně doplňuje hlavní potrubí a tím v něm udržuje konstantní tlak. Masově se ovšem tyto brzdiče začaly nasazovat až přibližně o dvacet let později. Dnes představují brzdiče tohoto typu standardní vybavení hnacích vozidel a řídících vozů.
Vyčerpatelnost brzdy
Za nevyčerpatelnou se podle vyhlášky UIC 540 považuje brzda, která při zabrzdění, následné jakékoliv manipulaci s brzdičem (úplné nebo částečné odbrzdění) a úplném provozním zabrzdění dosáhne minimálně 85 % jmenovité hodnoty tlaku v brzdových válcích.
Základní součásti samočinné tlakové brzdy
náhled|vpravo|Lokomotiva ř. 242: brzdič DAKO BS-2 samočinné brzdy vlevo, brzdič přímočinné brzdy DAKO-BP vpravo Kompresor
Kompresor slouží jako zdroj stlačeného vzduchu pro brzdu i pro ostatní pneumatické pohony vozidla, resp. soupravy. Na železničních vozidlech se nejčastěji používají kompresory pístové, obvykle dvoustupňové, dále lamelové a šroubové. U vozidel se spalovacím motorem může být kompresor spojen s motorem přímo mechanicky, přes elektromagnetickou spojku, přes hydrodynamickou spojku, anebo může být poháněn hydrostaticky.
Hlavní vzduchojem
Hlavní vzduchojem slouží jako zásobník stlačeného vzduchu. Jeho objem musí být dostatečný, aby dokázal krýt spotřebu pneumatických přístrojů vozidla, resp. soupravy.
Brzdič
Brzdič je přístroj, kterým se ovládá brzda. Kromě brzdiče samočinné brzdy bývá současně na vozidle instalován i brzdič přímočinné brzdy.
Starší vozidla mívají stanoviště strojvedoucího vybavené brzdičem, u novějších vozidel je instalován elektricky ovládaný brzdič mimo stanoviště a na stanovišti je pouze ovladač brzdiče, případně je ovládání integrováno do hlavní jízdní páky.
V případě stupňovitě odbrzďovatelných brzd udržuje brzdič požadovaný tlak v brzdovém potrubí samočinně. V případě stupňovitě neodbrzďovatelných brzd nesmí brzdič ztráty vzduchu doplňovat, protože by mohlo dojít k odbrzdění.
náhled|vlevo|Rozvaděč nákladního vozu – zleva připojena táhla přestavovače G-P (nahoře) a uzavíracího kohoutu brzdy (dole). V popředí táhlo ručního odbrzďovače. Rozvaděč
Rozvaděč samočinné brzdy je regulátor brzdy na vozidlech. Podle velikosti tlaku v hlavním potrubí reguluje tlak v brzdových válcích vozidla. Nezbytnou součástí rozvaděče je rozvodový vzduchojem. Rozvaděč pracuje na základě rozdílu tlaku v rozvodovém vzduchojemu a v hlavním potrubí. Rozvodový vzduchojem se doplňuje z hlavního potrubí, pokud se nedovoleným způsobem zvýší tlak v hlavním potrubí nad 5 bar, dojde k tzv. přebití a při poklesu tlaku na 5 bar již rozvaděč zaúčinkuje a dojde k zabrzdění.
Pomocný vzduchojem
V pomocném vzduchojemu je na vozidle uchovávána zásoba stlačeného vzduchu pro brzdění. Zpravidla je doplňován z hlavního potrubí přes rozvaděč. Pokud je tlak ve vzduchojemu větší, než v hlavním potrubí, vzduchojem bouchne.
náhled|vpravo|Brzdový válec mezi převodnicemi na vyřazeném voze Vsa náhled|vlevo|Propojené brzdové spojky
Brzdový válec
Brzdový válec je výkonný člen tlakové brzdy. V něm působí stlačený vzduch přivedený rozvaděčem z pomocného vzduchojemu na píst. Brzdový válec bývá obvykle vložen mezi dvě páky – převodnice, jejichž konce od sebe odtlačuje a přes mechanismus brzdy se přitlačují zdrže na kola nebo destičky na brzdový kotouč.
Potrubí, kohouty a další pomocná zařízení
Jednotlivé součásti brzdy jsou propojeny potrubím z klasické nebo nerezavějící oceli. Pro pohyblivá propojení se používají pryžové hadice. Jednotlivá vozidla jsou na čelech vybavena brzdovými spojkami sestavenými z hadicové spojky a spojkové hlavice, připojené ke spojkovému kohoutu. K dalším součástem brzdy patří součásti pro vedení vzduchu – zpětné záklopky, dvojité zpětné záklopky, odbočnice, přepouštěče, kohouty a ventily. K čištění vzduchu slouží odkapnice, odolejovače, prachové filtry atd.
Další součásti samočinné brzdy
Přestavovače
Přestavovače jsou spojeny s příslušnými pneumatickými přístroji, které slouží ke změně parametrů brzdění. Tvary jejich rukojetí, jejich polohy a barvy jsou dány vyhláškou UIC, aby i při nedostatečném osvětlení nemohlo dojít k záměně. Přestavovač „nákladní – osobní“ (polohy označené „G“/„P“) mění dobu zabrzdění a odbrzdění. Přestavovač „prázdný – ložený“ mění tlak v brzdovém válci. Jeho polohy jsou označeny konkrétními hodnotami brzdicí váhy. Dále je na něm uvedena hodnota přestavovací váhy. Je-li aktuální hmotnost vozu nižší, má být obsluhou přestaven do polohy prázdný a naopak. Může být nahrazen automatickou regulací podle nákladu. Přestavovač „osobní – rychlík“ (polohy označené „P“/„R“) zapojuje nebo odpojuje vysoký stupeň brzdění.
Ruční odbrzďovač