КРАН ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ТОРМОЗА ЛОКОМОТИВА

Полезная модель относится к электропневматическим средствам управления процессом торможения железнодорожных тяговых средств, включая собственное торможение при маневровых работах и вспомогательное торможение в составе поезда.
Известен кран вспомогательного тормоза локомотива с распределительным органом в виде поршня, смонтированного в корпусе и находящегося под действием пружины, связанной с ручным приводом, при этом кран снабжен одноманжетным и двухманжетным поршнями, камеры цилиндра которых сообщены соответственно каналами с воздухораспределителем, камерой реле давления, подпоршневой полостью и выпускным клапаном, хвостовик которого при отпускном положении упирается в ручку крана, причем одноманжетный поршень подпружинен и камера его пружины сообщена через дросселирующие отверстия с камерой реле давления, воздухораспределителя и выпускного клапана [Описание изобретения к А.с. СССР №181147 от 30.10.1964, МПК В61h, Кл. 20f, 39, опубл. 15.04.1964, Бюл. №9]. Такое выполнение крана обеспечивает полный или ступенчатый отпуск тормоза локомотива при заторможенном составе.
К недостаткам данного крана следует отнести большое количество пневматических механизмов скорость срабатывания которых обеспечивается за счет дросселирования воздуха, что ограничивает динамические возможности устройства. Кроме этого, краном невозможно управлять дистанционно, что делает обязательным его расположение в кабине тягового средства, а это, в свою очередь, серьезно ухудшает условия труда машиниста
Более совершенной конструкцией вышеописанного крана является кран машиниста вспомогательного тормоза железнодорожного тягового средства, содержащий реле давления, сообщающее магистраль тормозного цилиндра с питательной магистралью и атмосферой, имеющее управляющую полость, подключенную к выходу образованного в корпусе клапанного узла переключательного клапана, первый вход которого подключен к управляющему органу, сообщающему его с атмосферой и питательной магистралью, а второй - посредством соединительного канала с дросселем к полости в корпусе клапанного узла, подключенной к органу независимого отпуска тормоза и посредством обводного дроссельного канала, перекрываемого подпружиненным поршнем, к воздухораспределителю, при этом к участку соединительного канала между вторым входом переключательного клапана и дросселем подключен резервуар [Описание изобретения к А.с. СССР №1705160 от 27.12.1989, МПК В60Т 15/04, опубл. 15.01.1992, Бюл. №2]. Настоящий кран отличается повышенной надежностью работы. Однако ему присущи все недостатки ранее упомянутого крана.
Известен кран вспомогательного тормоза локомотива, содержащий пневматический выключатель с двумя входными отверстиями, связанными с выходом от воздухораспределителя и переключательным поршнем, нагруженным пружиной со стороны полости, сообщенной с дополнительной камерой, и пневматическое реле-повторитель, смонтированное между питательной магистралью и тормозным цилиндром. Кран также снабжен пультом управления, устройством управления, электропневматическим регулятором давления воздуха, пневматическим переключателем с подпружиненным поршнем и электропневматическим вентилем отпуска, а выходы устройства управления подключены ко входу электропневматического регулятора и обмотке электропневматического вентиля отпуска, связанного с выходом пневматического выключателя и полостью со стороны пружины поршня пневматического переключателя, сообщенной в свою очередь с пневматическим реле-повторителем, а другая полость пневматического переключателя сообщена с выходом электропневматического регулятора [Описание изобретения к А.с. СССР №423691 от 17.05.1972, МПК В60t 13/66, опубл. 15.04.1974, Бюл. №14]. Кран обеспечивает дистанционное управление вспомогательным тормозом локомотива.
По выполняемой функции настоящее устройство является исполнительным. В нем отсутствует обратная связь контроля состояния тормозной системы, функцию которой, по замыслу разработчика имитирует кратковременное включение электропневматического вентиля отпуска. По этой причине, данное устройство не может учитывать, например, состояние работоспособности его элементной базы, степень износа трущихся поверхностей, утечки воздуха в импульсной магистрали и т.д. Очевидно, что этим объясняется тот факт, что оно не было реализовано на практике.
Известен кран машиниста вспомогательного тормоза локомотива, содержащий орган независимого отпуска тормоза, соединенный с воздухораспределителем й переключателем, связывающим орган независимого отпуска и задающий орган с реле давления, подключенным к источнику питания сжатым воздухом и тормозному цилиндру, при этом, задающий орган выполнен в виде двух электромагнитных вентилей, один из которых связан с переключателем и посредством устройства резервного управления краном, выполненного в виде клапанов, связанных рукояткой - с источником питания, а второй вентиль сязан с реле давления и атмосферой, причем орган независимого отпуска тормоза снабжен электромагнитным вентилем с клапаном отделения от атмосферы, а в месте сообщения реле давления с переключателем размешена камера с дроссельным отверстием [Описание изобретения к А.с. СССР №503761 от 30.12.1974, МПК В60Т 15/04 опубл. 25.02.1976, Бюл. №7]. Кран обеспечивает дистанционное управления и повышает безопасность движения.
Дистанционное управление крана обеспечивается наличием электромагнитных вентилей торможения и отпуска. Однако в случае неплотности клапана электромагнитного вентиля торможения в поездном положении крана возможно накапливание сжатого воздуха в полости управляющего давления реле давления и, как следствие, в тормозном цилиндре, поскольку сообщение этой полости с атмосферой перекрыто клапаном электромагнитного вентиля отпуска. Это может привести к нарушению управляемости вспомогательным тормозом локомотива, а именно к его самопроизвольному срабатыванию на торможение, что может вызвать нарушение безопасности движения железнодорожного тягового средства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемому устройству является кран машиниста вспомогательного тормоза железнодорожного тягового средства, содержащий реле давления, имеющее полости управляющего и управляемого давлений, и электромагнитные вентили торможения и отпуска, сообщающие полость управляющего давления реле давления соответственно с источником сжатого воздуха и с атмосферой, и пневматический орган автоматической перекрыши, включающий две полости, одна из которых сообщена с полостью управляющего давления реле давления посредством недросселированного канала, а вторая - постоянно связана с атмосферой и имеет сообщение с полостью управляющего давления реле давления посредством дросселированного канала [Описание изобретения к патенту РФ №2211161 от 10.12.2002, МПК7 В60Т 15/04 опубл. 27.08.2003]. Кран машиниста решает задачу повышения управляемости вспомогательным тормозом железнодорожного тягового средства и повышения надежности его действия. В результате исключается возможность накапливания сжатого воздуха в поездном положении в полости управляющего давления реле давления, а, следовательно, и в тормозном цилиндре, исключается возможность самопроизвольного срабатывания вспомогательного тормоза на торможение в поездном положении.
Тем не менее, к недостаткам устройства следует отнести отсутствие диагностики оборудования и необходимость ручного отслеживания уровня давления в импульсной магистрали, например, из-за стравливания части воздуха пневмоцилиндрами торможения, а это снижает качество торможения и, как следствие, снижает скорость выполнения маневровых операций.
Задача, решаемая полезной моделью, и достигаемый технический результат заключаются в повышении надежности тормозной системы локомотива, в том числе за счет оперативного отслеживания состояния тормозного оборудования и механизмов (диагностика), и повышении маневренности локомотива за счет увеличения скорости срабатывания его тормозной системы путем улучшения переходной характеристики в управлении тормозами. Дополнительный результат - улучшение условий труда обслуживающего локомотив персонала и возможность дистанционного управления процессом торможения локомотива с переносного пульта, в том числе силами одного машиниста.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного технического результата в кране вспомогательного тормоза локомотива, содержащем устанавливаемый в пульт машиниста контроллер, блок управления, исполнительный блок с редуктором, подключенным к питающей магистрали, пневмораспределитель сжатого воздуха, имеющий полость управляющего давления и полость для соединения тормозных цилиндров с питающей магистралью, и электромагнитными вентилями тормоза и отпуска, сообщающими полость управляющего давления пневмораспределителя сжатого воздуха, соответственно, с питающей магистралью и атмосферой, при этом кран снабжен датчиками давления, связанными с блоком управления, и электропневмораспределителем контроля давления, сообщающим датчики давления с тормозными цилиндрами или с полостью управляющего давления пневмораспределителя сжатого воздуха и вентилем тормоза, при этом полость управляющего давления пневмораспределителя сжатого воздуха связана с электропневмораспределителем контроля давления и вентилем тормоза через электропневмораспределитель переключения на резервный пневматический управляющий модуль.
Кроме этого:
- блок управления и исполнительный блок расположены в едином корпусе и выполнены с возможностью установки в машинном отделении локомотива;
- контроллер имеет пять фиксированных положений - одно поездное и четыре тормозных;
- кран снабжен переносным пультом дистанционного управления. Полезная модель поясняется чертежом, где:
- на фиг.1 показана функциональная схема крана вспомогательного тормоза локомотива в исходном состоянии;
- на фиг.2 показана та же самая схема в режиме торможения.
В обозначениях элементов функциональных схем приняты следующие, традиционные для данной отрасли промышленности сокращения:
1. ККВТ - контроллер крана вспомогательного тормоза;
2. БУ - блок управления;
3. БИ - исполнительный блок;
4. Ред - редуктор;
5. ПМ - питающая магистраль;
6. КрРШ - кран разобщительный;
7. РД - реле давления. Эквивалентный термин - пневмораспределитель сжатого воздуха;
10. ТЦ - тормозные цилиндры локомотива (импульсная магистраль);
11. ВТ - электромагнитный вентиль тормоза;
12. ВО - электромагнитный вентиль отпуска;
13. ДД1; 2; 3 - датчики давления ДД1, ДД2 и ДД3;
14. ЭПР1 - электропневмораспределитель контроля давления;
15. ЭПР2 - электропневмораспределитель переключения на резервный пневматический управляющий модуль;
16. ПРМ - резервный пневматический управляющий модуль;
17. ПДУ - пульт дистанционного управления.
Кран вспомогательного тормоза локомотива содержит устанавливаемый в пульт машиниста контроллер (ККВТ) 1, блок управления (BY) 2, исполнительный блок (БИ) 3 с редуктором (Ред) 4, подключенным к питающей магистрали (ПМ) 5 через кран разобщительный (КрРШ) 6, пневмораспределитель сжатого воздуха (РД) 7, имеющий (условно не показаны) полость управляющего давления и полость для соединения тормозных цилиндров (ТЦ) 8 с питающей магистралью 5, и электромагнитными вентилями тормоза (ВТ) 9 и отпуска (ВО) 10, сообщающими полость управляющего давления пневмораспределителя сжатого воздуха 7, соответственно, с питающей магистралью 5 и атмосферой. Помимо этого кран вспомогательного тормоза локомотива снабжен датчиками давления (ДД1;2;3) 11, связанными с блоком управления 2, и электропневмораспределителем контроля давления (ЭПР1) 12, сообщающим датчики давления 11 с тормозными цилиндрами 8 или с полостью управляющего давления пневмораспределителя сжатого воздуха 7 и вентилем тормоза 9, при этом полость управляющего давления пневмораспределителя сжатого воздуха 7 связана с электропневмораспределителем контроля давления 12 и вентилем тормоза 9 через электропневмораспределитель переключения (ЭПР2) 13 на резервный пневматический управляющий модуль (ПРМ) 14. Кран вспомогательного тормоза локомотива снабжен переносным пультом дистанционного управления (ПДУ) 15. Кроме этого, блок управления 2 и исполнительный блок 3 расположены в едином корпусе 16 и выполнены с возможностью установки в машинном отделении (условно не показано) локомотива, а контроллер 1 имеет пять фиксированных положений - одно поездное и четыре тормозных.
Проанализируем существенные признаки полезной модели.
Отличительной особенностью процесса торможения локомотива является то, что подачу сжатого воздуха в полость управляющего давления пневмораспределителя 7 совмещают с контролем уровня его давления. Это нужно для того, чтобы протестировать соответствие давления в управляющей полости пневмораспределителя сжатого воздуха 7 выбранной ступени торможения, что соответствует строго определенной позиции рукоятки 17 контроллера 1. Как известно, тормозные системы подвижного состава железной дороги должны обладать наивысшей степенью надежности в работе, поэтому не допускается даже случайная ошибка в выборе ступени торможения.
После осуществления контроля уровня давления сжатого воздуха в полости управляющего давления пневмораспределителя 7 осуществляют периодический контроль уровня давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах 8 и сравнивают полученные значения давления с давлением, соответствующим ступени торможения. Процесс измерения давлений и его скорость таковы, что блок управления 2 успевает с максимально возможной скоростью зафиксировать соответствующий ступени торможения уровень давления сжатого воздуха в импульсной магистрали (в тормозных цилиндрах) 8 локомотива. Это дает возможность оперативно отслеживать работоспособность тормозного оборудования, в частности, физическое состояние разнообразных уплотнений и диафрагм, и степень их износа. Поскольку существуют допуски на физическое состояние оборудования и его элементов, это никак не должно сказываться на технологическом процессе торможения. Поэтому в случае недостаточного давления осуществляют дальнейшую подачу сжатого воздуха в тормозные цилиндры 8 без превышения установленного для данной ступени торможения уровня давления. Контроль точности поддержания уровня давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах 8 осуществляют вне зависимости от чувствительности пневмораспределителя 7 сжатого воздуха и от состояния тормозных цилиндров 8. Например, если предположить износ подвижных уплотнений в каком-либо тормозном цилиндре 8 и, как следствие, падение давления в импульсной магистрали, то кран вспомогательного тормоза будет поддерживать уровень давления в магистрали 8, соответствующий ступени торможения и локомотив будут осуществлять процесс торможения в штатном режиме. Безусловно, на мониторе в кабине машиниста будет отражаться информация о проблемных участках тормозной системы локомотива, но это не повлияет на осуществление процесса торможения локомотивом.
Таким образом, контроль переходного процесса торможения осуществляется через косвенный признак - через отслеживание изменение давления в управляющей полости реле давления 7 и напрямую - через отслеживание изменение давления в тормозных цилиндрах 8 локомотива. В результате обеспечивается максимально возможный для данных условий темп наполнения тормозных цилиндров 8 сжатым воздухом и заданный для выбранной ступени торможения уровень давления.
Выбор ступени торможения осуществляют из кабины машиниста, но при этом испольнительный блок 3 вынесен за ее пределы и располагается на некотором удалении от нее, например, в машинном отделении, что существенно улучшает условия труда обслуживающего локомотив персонала.
В некоторых случаях бывает необходимым совершать маневровые операции локомотива силами одного машиниста, например, на железнодорожной станции при составлении составов из вагонов. Для этого выбор ступени торможения также можно осуществлять на удалении от исполнительного блока 3, например, с использованием выделенного радиоканала и пульта дистанционного управления 15.
Несмотря на высокую надежность способа торможения у машиниста остается потенциальная возможность реализации команды на торможение локомотива от резервного пневматического управляющего модуля 14 с ручным управлением, который непосредственно сообщается с управляющей полостью пневмораспределителя 7 сжатого воздуха.
Для реализации указанного процесса торможения локомотива кран вспомогательного тормоза снабжен датчиками давления 11, связанными с блоком управления 2, и электропневмораспределителем контроля давления 12, сообщающим датчики давления 11 с тормозными цилиндрами 8 или с полостью управляющего давления пневмораспределителя 7 сжатого воздуха и вентилем тормоза 9, который получает управляющую команду от блока управления 2 в соответствии с выбранной ступенью торможения на контроллере 1.
Связь полости управляющего давления пневмораспределителя 7 сжатого воздуха с электропневмораспределителем контроля давления 12 и вентилем тормоза 9 осуществляется через электропневмораспределитель переключения 13 на резервный пневматический управляющий модуль 14, который вынесен за пределы исполнительного блока 2 и размещается в кабине машиниста. При отсутствии управляющего напряжения на электропневмораспределителе переключения 13 он соединяет полость управляющего давления пневмораспределителя 7 сжатого воздуха с резервным пневматическим управляющим модулем 14.
Для удобства работы обслуживающего локомотив персонала и обеспечения наилучших условий труда блок управления 2 и «шумный» исполнительный блок 3 расположены в едином корпусе 16 и выполнены с возможностью установки в машинном отделении локомотива, при этом в кабине машиниста располагается лишь контроллер 1 крана вспомогательного тормоза, имеющий пять фиксированных положений - одно поездное и четыре тормозных.
Как упоминалось выше, кран вспомогательного тормоза снабжен переносным пультом дистанционного управления 15, что увеличивает возможности управления локомотивом, в том числе силами одного машиниста. Дистанционное управление предпочтительно осуществлять с использованием выделенного радиоканала.
Рассмотрим работу крана вспомогательного тормоза локомотива.
В исходном состоянии кран вспомогательного тормоза локомотива (см. фиг.1) и его блок управления 2 обесточены, кран разобщительный 6 перекрыт, рукоятка 17 контроллера 1 находится в поездном положении, рукоятка 18 резервного пневматического управляющего модуля 14 - в положении «перекрыша», а сам модуль 14 соединен с полостью управляющего давления пневмораспределителя 7 сжатого воздуха, который, в свою очередь, сообщает импульсную магистраль 10 с атмосферой.
В поездном положении включается подача напряжения, блок управления 2 выдает сообщение на монитор кабины машиниста о состоянии крана разобщительного 6, при необходимости кран 6 открывают. Локомотив осуществляет движение в штатном режиме.
2
При торможении локомотива (см. фиг.2) машинист фиксирует рукояткой 17 контроллера 1 нужную ступень торможения (тормозную позицию), которой соответствует, например, давление в импульсной магистрали от 0,27 до 0,30 МПа (2,7-3,0 кг/см). Блок управления 2 включает электропневмораспределитель 13 на соединение электромагнитного вентиля тормоза 9 с полостью управляющего давления пневмораспределителя 7, а электромагнитный вентиль 9 переключает на подачу в систему пневмоуправления из питающей магистрали 5 сжатого воздуха, прошедшего редуктор 4. Пневмораспределитель 7 подает сжатый воздух с большим расходом из питающей магистрали 5 в тормозные цилиндры 8. На электропневмораспределитель контроля давления 12 подается команда на соединение полости управляющего давления пневмораспределителя 7 с датчиками давления 11, каждый из которых передает величину давления блоку управления 2. По получении хотя бы двух положительных результатов блоком управления 2 фиксируется правильность выбранной ступени торможения и он переключает электропневмораспределитель контроля давления 12 на соединение датчиков давления 11 с импульсной магистралью (тормозными цилиндрами) 8. По меньшей мере, два датчика 11 передают значение давления блоку управления 2. Происходит сравнивание полученных от датчиков 11 значений давления в импульсной магистрали 8 с уровнем давления сжатого воздуха, соответствующего выбранной ступени торможения. Если сравниваемые значения давлений находятся в пределах допуска, то электромагнитный вентиль тормоза 9 перекрывается, подавая тем самым команду на пневмораспределитель 7 перекрыть подачу сжатого воздуха в импульсную магистраль 8. После этого блок управления 2 снова снимает показания давления в импульсной магистрали 8 с датчиков давления 11, если разница давлений находится также в пределах допуска, то кран фиксирует это состояние и так далее, до момента, когда показания давления не станут выходить за пределы допускаемого. В случае недостатка уровня давления формируется команда на электромагнитный вентиль тормоза 9, который дает команду на пневмораспределитель 7 возобновить подачу сжатого воздуха в тормозные цилиндры 8 локомотива. Блок управления 2 вновь снимает показания с датчиков давления 11 и т.д., поддерживая таким образом необходимый уровень давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах 8 локомотива.
В случае, если в тормозных цилиндрах 8 отмечено повышенное давление, то подается команда на электромагнитный вентиль отпуска 10, который сообщается с атмосферой, передавая таким образом команду на пневмораспределитель 7 и часть сжатого воздуха из импульсной магистрали 8 стравливается в атмосферу до момента, пока датчики давления 11 не зафиксируют давление, соответствующее выбранной ступени торможения.
Отпуск тормоза осуществляется путем установки рукоятки 17 контролера 1 в поездное положение, после чего исполнительный блок 2 подает команды на перекрытие электромагнитного вентиля торможения 9 и на сообщение вентиля отпуска 10 с атмосферой. Сжатый воздух из управляющей полости пневмораспределителя 7 сбрасывается и он также, с большим расходом, сбрасывает сжатый воздух из тормозных цилиндров 8 в атмосферу.
В случае необходимости торможение локомотива осуществляют вручную, с помощью резервного пневматического управляющего модуля 14, который имеет три фиксированных положения: «перекрыша» - «П», «торможение» - «Т» и «отпуск» - «О».
При установке рукоятки 18 резервного пневматического управляющего модуля 14 в положение «торможение» в полость управляющего давления пневмораспределителя 7 сжатого воздуха подается управляющее давление. Пневмораспределитель 7 соединяет импульсную магистраль 8 с питающей магистралью 5. Происходит экстренное торможение локомотива, а если рукоятку 18 модуля перевести в положение «перекрыша» произойдет требуемое замедление движения локомотива.
При отпуске тормозов рукоятка 18 переводится в положение «отпуск», полость управляющего давления пневмораспределителя 7 освобождается от сжатого воздуха, в результате чего пневмораспределитель 7 соединяет импульсную магистраль 8 с атмосферой. Локомотив готов к дальнейшим маневровым операциям.
В результате использования полезной модели повысилась надежность и оперативность торможения локомотива, повысилась его маневренность за счет увеличения скорости срабатывания тормозной системы и улучшения переходной характеристики в управлении тормозами. На практике отмечено 30% увеличение маневренности локомотива. Дополнительно улучшились условия труда обслуживающего локомотив персонала, и появилась возможность дистанционного управления процессом торможения локомотива с переносного пульта, в том числе силами одного машиниста.