КРАН ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ТОРМОЗА

Полезная модель относится железнодорожному транспорту, в частности, рассматривает конструкцию контроллера крана вспомогательного тормоза, применяемого для управления тормозным усилием локомотива в независимости от действия тормозов состава. Применяется на тяговом подвижном составе, в котором наполнение тормозных цилиндров осуществляется через реле давления.
Из уровня техники известен кран управления 215-1 для управления только вспомогательным прямодействующим тормозом локомотива, представляющий собой пневматический узел (см. Мартынов А.И. «Приборы автоматических тормозов», Учебное иллюстрированное пособие, часть I, 2013, Иркутск, УМЦ ЖТД). Это решение принято в качестве прототипа.
Этот кран управления 215-1 состоит из трех основных частей: верхней - регулирующей, нижней - реле давления и кронштейна. Верхняя часть состоит из крышки с ввернутым в нее регулировочным стаканом, на котором закреплена ручка с наконечником, а также кожух и колпачок. Внутри ручки расположен фиксатор, прижимаемый пружиной к градационному сектору крышки. Ручка крана имеет 5 фиксированных положений - поездное, при котором в тормозных цилиндрах отсутствует сжатый воздух, и 4-е ступени торможения, и отпуска. Ручка крана блокируется в положении полного торможения, что исключает самопроизвольный выход ее из этого положения при вибрации локомотива. Разблокировать ручку можно, оттянув подвижный наконечник. Внутри регулировочного стакана расположена пружина, опирающаяся верхним концом через центрирующую шайбу на регулирующий винт, зафиксированный контргайкой. А нижним - на другую центрирующую шайбу, которая при поездном положении ручки прижата к кольцу, закрепленному на стакане.
Для приведения в действие тормозов локомотива ручку крана переводят против часовой стрелки в одно из тормозных положений (со 2-го по 5-е).
1. Регулировочный стакан вкручивается в крышку, сжимая регулирующую пружину. Усилие пружины увеличивается и, через центрирующую шайбу и диск, диафрагма прогибается вниз. Открывается питательный клапан, сообщая питательную магистраль (ПМ) с полостью Т и управляющей полостью (УП) реле давления.
2. Воздух из питательной магистрали ПМ через открывшийся питательный клапан и поступает в полость T под диафрагмой 9 и одновременно в полость УП реле давления. При повышении давления воздуха в полостях T и УП до величины, равной усилию пружины, диафрагма выпрямляется. Питательный клапан под усилием пружины закрывается, прекращая наполнение полостей T и УП.
3. Вследствие повышения давления воздуха в полости УП реле давления, диафрагма прогибается вниз, открывая другой питательный клапан. Воздух из питательной магистрали ПМ через поступает в тормозной цилиндр и одновременно в полость ИП реле давления. При выравнивании давлений воздуха в полостях УП и ИП диафрагма выпрямляется, питательный клапан закрывается, прекращая наполнение тормозных цилиндров.
В этом источнике описан кран, представляющий собой редуктор переменного давления с дополнительным клапаном и рабочим поршнем, с помощью которых осуществляется его взаимодействие с воздухораспределителем локомотива. Для приведения в действие крана вспомогательного тормоза машинист локомотива изменяет силу сжатия пружины. Кран вспомогательного тормоза выполняет также функции повторителя действия воздухораспределителя при управлении тормозами с помощью крана машиниста и осуществляет отпуск тормозов локомотива независимо от тормозов всего состава.
В условиях современных высоких технологий, повышения требований к безопасности и надежности систем жизнеобеспечения в любой сложной архитектуре, в том числе и на железнодорожном транспорте, вопрос эксплуатационной надежности, то есть способности выполнять функции в течение всего периода и безопасности за счет исключения выхода из строя становится вопросом не только качественного исполнения узлов и элементов, составляющих систему, но и архитектуры (компоновки) этой системы. Известно, что гарантировать бесперебойную работу какого-либо узла с сохранением его эксплуатационных параметров можно только условно и с возможной степенью вероятности. Выход из строя любого узла возможен не только из-за прямой поломки или из-за некачественного его изготовления, но и из-за того, что этот качественно выполненный узел встроен в систему с несоответствующими этому узлу режимами работы. Поэтому, несмотря на то, что для жизненно важных структур системы используются качественно выполненные узлы, жизнеспособность такой системы может зависеть от суммирования субъективно проявляющихся напряжений, приводящих к поломке наиболее слабый узел.
Для достижения необходимой надежности могут быть использованы различные методы и средства. Каждая система предполагает свой уровень допустимой надежности, так как последствия отказов различных систем могут значительно различаться.
Надежность на этапе проектирования является новой дисциплиной и относится к процессу разработки надежных изделий. Этот процесс включает в себя несколько инструментов и практических рекомендаций и описывает порядок их применения, которыми должна владеть организация для обеспечения высокой надежности и ремонтопригодности разрабатываемого продукта с целью достижения высоких показателей готовности, снижения затрат и максимального срока службы продукта. Как правило, первым шагом в этом направлении является нормирование показателей надежности. Надежность должна быть «спроектирована» в системе. При проектировании системы назначаются требования к надежности верхнего уровня, затем они разделяются на определенные подсистемы разработчиками, конструкторами и инженерами по надежности, работающими вместе. Проектирование надежности начинается с разработки модели. При этом используют структурные схемы надежности или деревья неисправностей, при помощи которых представляется взаимоотношение между различными частями (компонентами) системы.
Одной из наиболее важных технологий проектирования является введение избыточности или резервирование. Резервирование - это способ обеспечения надежности изделия за счет дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций (ГОСТ 27.002). Путем введения избыточности совместно с хорошо организованным мониторингом отказов, даже системы с низкой надежностью по одному каналу могут в целом обладать высоким уровнем надежности. Однако введение избыточности на высоком уровне в сложной системе (например, на уровне двигателя самолета) очень сложно и дорого, что ограничивает такое резервирование. На более низком уровне системы резервирование реализуется быстро и просто, например, использование дополнительного соединения болтом.
Применительно к прототипу это указывает, что при отказе крана управления 215-1 по любым причина, локомотив теряет одну из важных функций - вспомогательное торможение, независимое от торможения всего состава. Несмотря на то, что при взгляде на схему конструктивно кран управления 215-1 выглядит просто и на уровне решения конструкторских решений, в реальности на функционирование крана влияют многие тонкости от степени обработки контактирующих поверхностей до зазоров. При износе или загрязнении такой кран может запаздывать или клинить.
В действительности такие эксплуатационные погрешности рано или поздно проявляются для узлов с любым качеством исполнения. Исключить эти погрешности можно либо своевременной до срока наступления отказов заменой узла на новый или изменением конструкции самого узла путем ведения в него резервного канала. Работа двух каналов происходит одновременно. В случае выхода из строя одной из частей, будь то пневматическая или электронная часть, вторая часть независимо продолжит работу.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в увеличении срока гарантированного функционирования крана вспомогательного тормоза за счет введения резервного механического средства, повторяющего функцию пневматической части.
Указанный технический результат достигается тем, что кран вспомогательного тормоза, содержащий пневматический узел, включающий в себя последовательно расположенные во втулочной форме седле два клапана, один из которых поджат пружиной и связан с рукояткой крана, а другой связан с мембраной для уравновешивания усилия сжатия пружины при сообщении питательной магистрали через первый клапан с магистралью наполнения тормозных цилиндров при положении рукоятки в режиме торможения, снабжен механическим узлом, включающим в себя смонтированным в корпусе крана с возможностью осевого перемещения по резьбе стакан с пружиной, смонтированной внутри на упорках, одна из которых введена в контакт с осью, выведенной из стакана и несущей на себе шестерню, введенную в зацепление с другой шестерней, закрепленной на отдельной оси, установленной с возможностью вращения и несущей на другом конце магнит, располагаемый напротив электронной платы переключателя, а на корпусе крана смонтировано коромысло, несущее на концах толкатель для упора в другую упорку пружины стакана механической части и винт для упора в центр мембраны пневматической части.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - разрез Б-Б по фиг. 2;
фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1;
фиг. 3 - вид сбоку;
фиг. 4 - пневматическая часть крана вспомогательного тормоза;
фиг. 5 - механическая часть крана вспомогательного тормоза.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструктивное исполнение крана вспомогательного тормоза 224П, представляющего собой гибридное устройство, объединяющее и повторяющее функционал и работоспособность нескольких приборов, а именно:
- пневматической части, а также количество позиций переключения от крана управления 215.000 (см. Мартынов А.И. «Приборы автоматических тормозов», 2013);
- электронной части (магнит энкодер вращается относительно микросхемы. Микросхема определяет на какой угол повернулся магнит, при этом программно определяется угол поворота магнита и назначается позиция);
- механической части (форм-фактор и геометрия хода ручки переключения позиций) от контроллера крана вспомогательного тормоза 224Д.100 (см. Мартынов А.И. «Приборы автоматических тормозов», 2013).
Работа пневматической и электронной части происходит одновременно. В случае выхода из строя одной из частей, будь то пневматическая или электронная часть, вторая часть независимо продолжит работу.
В общем случае, кран вспомогательного тормоза содержит пневматический узел, включающий в себя последовательно расположенные во втулочной форме седле два клапана, один из которых поджат пружиной и связан с рукояткой крана, а другой связан с мембраной для уравновешивания усилия сжатия пружины при сообщении питательной магистрали через первый клапан с магистралью наполнения тормозных цилиндров при положении рукоятки в режиме торможения.
Клапан содержит так же механический узел, включающий в себя смонтированный в корпусе крана с возможностью осевого перемещения по резьбе стакан с пружиной, смонтированной внутри на упорках, одна из которых введена в контакт с осью, выведенной из стакана и несущей на себе шестерню, введенную в зацепление с другой шестерней, закрепленной на отдельной оси, установленной с возможностью вращения и несущей на другом конце магнит, располагаемый напротив электронной платы переключателя для определения угла поворота магнита, соответствующего повороту рукоятки, а на корпусе крана смонтировано коромысло, несущее на концах толкатель для упора в другую упорку пружины стакана механической части и винт для упора в центр мембраны пневматической части.
Ниже рассматривается пример исполнения такого крана.
Кран вспомогательного тормоза 224П (плавного типа) 224П.00.000 (фиг. 1-3) состоит из пневматической части 1 и соединенного с ней через коромысло 2 зубчатого механизма 3, помещенных в общий корпус. Стенки корпуса соединены между собой винтами. Внутрь корпуса установлена плата 4 редуктора, подсоединенная проводами к вилке 5 и розетке 6, расположенным на стенке корпуса снаружи. Коромысло 2 с толкателем 7 и винтом 8 закреплено болтом 9 на опоре 10, привинченной к корпусу винтами. В отверстие на оси зубчатого механизма 3 ввинчен стержень 11, на оси которого закреплена втулка 12, на которую опирается пружина 13. С другой стороны на пружину опирается надетая на стержень втулка 14. На концах втулки винтами закреплены вращающиеся вокруг своей оси ролики 15. На крышке корпуса 16 на винтах установлены параллельно друг другу сегменты 17 и 18, в пазах которых удерживается втулка 19. На конец стержня навинчена ручка 20. Внутри корпуса закреплены на винтах направляющие, между которыми находится подвижная накладка.
Часть пневматическая 224П.0.040 (фиг. 4) состоит из корпуса 21, с одной стороны закрытого фланцем 22, с другой - заглушкой 23. Внутри корпуса расположено седло 24, в котором один над другом установлены клапаны 25 и 26. Клапан 25 давит на пружину 27, другим концом опирающуюся на шайбу 28, под которой установлена уплотняющая манжета 29 крана машиниста. На клапан 26 установлен диск 30 диафрагмы, на который надета диафрагма 31, прижатая к диску шайбой 32 и гайкой 33. Уплотняющая манжета 29 закреплена в корпусе шайбой 34 и винтами 35. Воздуховоды в корпусе закрыты дросселем 35 и заглушкой 36.
Зубчатый механизм 224П.00.050 (фиг. 5) состоит из стакана 37, с одной стороны которого расположен фланец 38, к противоположной плоскости стакана винтами прикручена накладка 39. Во фланец 38 на прямоугольной резьбе ввернут стакан 40. Внутри стакана между упорками 41 и 42 расположена пружина 43. На торце стакана закреплена ось 44, одним концом упирающаяся в упорку 42. На оси 44 установлена шестерня 45, входящая в зацепление с зубчатым колесом 46 (шестерней), установленном на оси 47. Эта ось 47 установлена в подшипниках 48. В конец оси 47 ввинчен держатель 49 магнита 50. Напротив магнита расположена плата переключателя 51, закрепленная в накладке 52 винтами.
Ручка крана имеет 5 положений (фиг. 1-3):
V  -поездное,
I, II, III, IV - ступени торможения.
Для торможения локомотива ручка 20 крана устанавливается в одно из тормозных положений, при этом воздух из питательной магистрали (ПМ), подключенной к соответствующему отверстию в днище 53, через открытый клапан 25 (фиг. 4) поступает в импульсную магистраль (ИМ) и далее через реле давления наполняет тормозной цилиндр (ТЦ). Наполнение происходит до тех пор, пока давление сжатого воздуха под диафрагмой 31 не уравновесит усилие пружины 27. При этом усилие от пневматической части (фиг. 4) передается на пружину 43 зубчатого механизма (фиг. 5) через рычаг, которым является коромысло 2 (фиг. 2). При повороте ручки крана связанный с ней зубчатый механизм обеспечивает необходимое перемещение оси 44 (фиг. 5), тем самым сжимая пружину 43.
Для отпуска тормозов локомотива ручку крана переводят в поездное положение. Воздух из ИМ выходит через открытый атмосферный клапан 26 и диск диафрагмы 31 в атмосферу, через реле давления опорожняется ТЦ.
При действии автоматического тормоза ручка крана находится в поездном положении.
Настоящая полезная модель промышленно применима, позволяет увеличить срок гарантированного функционирования крана вспомогательного тормоза за счет введения резервного механического средства, повторяющего функцию пневматической части и электронной части, обеспечивающей контроль за положением режимов торможения.