Блок тормозного оборудования

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, преимущественно к подвижному составу метрополитена, а именно к устройству электропневматической тормозной системы.
Известен блок тормозного оборудования, содержащий плиту-кронштейн, на которой смонтирована исполнительная часть крана машиниста, включающая по меньшей мере кран переключения режимов и электропневмовентиль экстренного торможения, при этом плита-кронштейн выполнена из двух жестко соединенных между собой панелей, на одной из них закреплено оборудование, а на другой выполнены каналы для подвода к ним сжатого воздуха от пневматических магистралей, причем электропневмовентиль экстренного торможения электрически связан с электронным блоком управления, пневматически - входом через разобщительное устройство с тормозной магистралью, а выходом - с атмосферой, также имеются сообщенный своими входами с напорной магистралью педальный клапан, соединенный с тифоном, фильтр, электрически связанный с электронным блоком электропневмовентилем включения крана машиниста и электропневмовентилем подачи воздуха к тифону, а выходами - с соответствующим оборудованием, и установленные в тормозной магистрали сигнализатор давления резервного управления и сигнализатор давления при разрыве петли безопасности (RU 118928, В60Т 13/36, В60Т 15/04, В60Т 15/36, В61С 17/12, В61Н 13/00, опубл. 10.08.2012).
Особенностью этого и любого по конструкции другого блока БТО является то, что он должен обладать высокой надежностью, исключать ложное срабатывание при ударных нагрузках.
Недостатками данного устройства являются низкая надежность, большие размеры, трудоемкость монтажа и обслуживания, ложное срабатывание при ударных нагрузках, оно должно обладать высокой эффективностью работы за счет высокой скорости передачи сигнала и, главное, обладать высокой чувствительностью на изменение давления под мембраной (то есть не иметь начальной мертвой зоны нечувствительности).
Примененная в известном блоке конструктивная схема сигнализатора не обладает в достаточной мере высокой чувствительностью к изменению давления под мембраной и имеет небольшую мертвую зону нечувствительности. Это объясняется тем, что использована механическая схема взаимодействия элементов в сигнализаторе. Мембрана давит на толкатель, и оба эти элемента перемещаются вдоль оси корпуса сигнализатора. Толкатель давит на малое по длине плечо рычага, пытаясь сместить длинное плечо рычага. Но рычаг установлен с возможностью вращения и имеет перемещения, которые по вектору не совпадают с вектором толкателя. Это указывает на то, что при малых ходах толкателя (а в прототипе указано, что ход равен 1 мм) необходимо создать достаточно большое давление под мембраной, чтобы давление на малое плечо привело к смещению длинного плеча рычага. В любой механической системе всегда имеются массы и имеется сопротивление движению, именно эти параметры обуславливают необходимость повышения давления до величины, достаточной для вывода системы из состояния покоя.
Такие блоки, выстроенные на механической конструктивной схеме, очень чувствительны к загрязнению и износу, что повышает порог нечувствительности, и, следовательно, снижается достоверность момента начала срабатывания блока на изменения давления в воздушных магистралях тормозных систем.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение надежности и повышение достоверности измерений за счет уменьшения гистерезиса, повышения быстроты срабатывания (отслеживание по 2-м датчикам давления).
Указанный технический результат достигается тем, что в блоке тормозного оборудования, выполненном в виде модуля, содержащего плиту-кронштейн, на которой смонтирована исполнительная часть крана машиниста, включающая кран переключения режимов и электропневмовентиль экстренного торможения, плита-кронштейн выполнена из двух жестко соединенных между собой панелей, на одной из них закреплено оборудование, а на другой выполнены каналы для подвода к ним сжатого воздуха от пневматических магистралей, электропневмовентиль экстренного торможения электрически связан с электронным блоком управления, пневматически - входом через разобщительное устройство с тормозной магистралью, а выходом - с атмосферой, при этом на плите-кронштейне размещены сообщенный своими входами с напорной магистралью педальный клапан, сообщенный с тифоном, фильтр, электрически связанный с электронным блоком электропневмовентиля включения крана машиниста и электропневмовентиля подачи воздуха к тифону, а выходами - с соответствующим оборудованием, а также установленные в тормозной магистрали сигнализатор давления резервного управления и сигнализатор давления при разрыве петли безопасности, включающий в себя чувствительную к давлению в воздушной магистрали мембрану, изменение формы которой приводит к замыканию электрической цепи выдачи управляющего сигнала исполнительному органу на размыкание или замыкание прямого и обратного проводов петли безопасности, сигнализатор давления при разрыве петли безопасности выполнен в виде двух закрепленных на основании датчиков давления, основанных на преобразовании давления воздушной магистрали, воздействующего на мембрану, в напряжение постоянного тока, каждый из которых выполнен из корпуса, внутри которого со стороны сообщения с воздушной магистралью установлена мембрана, на которую нанесена измерительная схема в виде тензомоста Уитстона, а подмембранная полость в корпусе герметизирована и вакуумирована для преобразования прогиба мембраны и изменения электрического сопротивления тензорезисторов к возникновению напряжения разбаланса тензомоста Уитстона, значение которого является выходным сигналом датчика, при этом тензомост Уитстона электрически связан с токопроводящим жгутом, подключенным к закрепленному на основании электронному блоку с клеммами подключения к электропитанию и к исполнительным органам на размыкание или замыкание прямого и обратного проводов петли безопасности.
Указанные признаки являются существенными для достижения технического результата.
На фиг. 1 представлена принципиальная пневмосхема блока тормозного оборудования;
на фиг. 2 - блок тормозного оборудования, вид в плане на лицевую сторону плиты-кронштейна;
на фиг. 3 - блок тормозного оборудования, вид в плане на тыльную сторону плиты-кронштейна;
на фиг. 4 - блок тормозного оборудования, вид сбоку;
на фиг. 5, 6 - пример конструктивного исполнения сигнализатора давления при разрыве петли безопасности.
Блок тормозного оборудования предназначен для обеспечения контроля за наличием и величиной давления в напорной и тормозной магистралях пневматического оборудования вагона и тормозных цилиндрах, а также управления электропневматическими приборами тормозной системы.
Блок тормозного оборудования (БТО) размещается на головных вагонах метрополитена. БТО представляет собой законченный моноблок в виде легко устанавливаемого и демонтируемого модуля. Все пневматические, электропневматические и электрические составные части блока закреплены на плите-кронштейне 1. Плита-кронштейн 1 состоит из жестко связанных между собой двух панелей 2 и 3, которые в местах присоединения друг к другу герметизированы. На одной из них закреплено оборудование, а на другой - выполнены каналы для подвода к ним сжатого воздуха от пневматических магистралей. Таким образом, плита-кронштейн 1 в модуле представляет собой систему воздухоканалов для сообщения размещенных на этой плите-кронштейне компонентов с внешними источниками воздушного давления.
На панели 2 размещены кран 4 (КУ) переключения режимов работы крана машиниста в автоматическом или ручном режиме, электропневматические приборы - электропневмовентиль 5 для автоматического включения крана машиниста, электропневмовентиль 6 для автоматической подачи воздуха к тифону 7 (Т), электропневмовентиль 8 экстренного торможения, обеспечивающий разрядку тормозной магистрали по команде от систем «Витязь» и «АРС». На панели 3 выполнены каналы для необходимых электропневматических соединений между элементами блока тормозного оборудования.
Электропневмовентиль 8 экстренного торможения пневматически связан через разобщительное устройство 9 с тормозной магистралью (ТМ) (не показано), а электрически - с электронным блоком управления (не показан). Фильтр 10 установлен в напорной 11 магистрали (НМ) и предназначен для очистки воздуха, подводимого к крану машиниста.
Для контроля изменения давления в тормозной 12 магистрали (ТМ) установлены сигнализатор 13 давления при резервном управлении и сигнализатор 14 давления при разрыве петли безопасности - снижении давления в тормозной 12 магистрали ниже допустимой, педальный клапан 15, соединенный с тифоном 7 (Т) для управления звуковым сигналом в ручном режиме.
Особенностью заявленного решения является конструктивное исполнение сигнализатора 14 давления при разрыве петли безопасности.
Этот сигнализатор в БТО обеспечивает размыкание или замыкание прямого (S1) и обратного (S2) провода петли безопасности, а также направляет диагностические сигналы о размыкании или замыкании прямого и обратного провода петли безопасности. Размыкание или замыкание цепи прямого (S1) и обратного (S2) провода петли безопасности обеспечивается размыканием или замыканием контактов двух твердотельных реле из состава тормозного блока, соответственно одно реле для прямого (S1), второе реле для обратного (S2) провода. Размыкание или замыкание контактов двух твердотельных реле осуществляется по командам от микропроцессора. Команды от микропроцессора формируются в зависимости от давления от двух датчиков давления из состава БТО.
Сигнализатор 14 давления представляет собой законченный моноблок в виде легко устанавливаемого и демонтируемого модуля. В общем случае, этот модуль содержит размещенную на основании 22 конструкцию, включающую в себя чувствительную к давлению в воздушной магистрали мембрану, изменение формы которой приводит к замыканию электрической цепи выдачи управляющего сигнала исполнительным органам (твердотельных реле, не показаны) на размыкание или замыкание прямого и обратного проводов петли безопасности.
В частности, на фиг. 5 и 6 представлена конкретная реализация сигнализатора 14 давления. В этой реализации сигнализатор выполнен в виде нескольких (двух или трех) одинаковых по конструкции отдельно закрепленных на основании 22 измерительных узлов. Каждый такой измерительный узел включает в себя (фиг. 5 и 6) два датчика давления 16, основанных на преобразовании давления воздушной магистрали, воздействующего на мембрану, в напряжение постоянного тока. По сущности, такой датчик относится к виду датчиков непрерывного измерения давления в магистрали, то есть непрерывного преобразования давления газообразной среды в электрический выходной сигнал.
Датчики давления 16 представляют собой моноблочную конструкцию, включающую в себя чувствительный элемент и преобразователь сигнала, которые расположены в стальном герметичном корпусе, что позволяет использовать их со всеми средами, совместимыми со сталью. Для подсоединения к магистрали давления на одном торце корпуса расположен резьбовой штуцер с гайкой «под ключ». На другом торце корпуса расположен электрический разъем или кабель - токопроводящий жгут 17.
2
Каждый такой датчик выполнен из корпуса, внутри которого со стороны сообщения с воздушной магистралью установлена мембрана, на которую нанесена измерительная схема в виде тензомоста Уитстона (методом тонкопленочной технологии нанесена измерительная схема из поликристаллического кремния SiO).
Подмембранная полость в корпусе герметизирована и вакуумирована для преобразования прогиба мембраны и изменения электрического сопротивления тензорезисторов к возникновению напряжения разбаланса тензомоста Уитстона, значение которого является выходным сигналом датчика.
При этом тензомост Уитстона электрически связан с токопроводящим жгутом 17, подключенным к закрепленному на основании электронному блоку 18 с клеммой 19 подключения к электропитанию и с клеммой 20 подключения к исполнительным органам на размыкание или замыкание прямого и обратного проводов петли безопасности. Токопроводящий жгут 17 подключен к клемме 21 связи с электронным блоком, выполненным с функцией коммутатора или процессорного блока.
Сигнализатор 14 монтируется на плите-кронштейне в угловой зоне как отдельный модуль и может быть заменен или демонтирован в случае контроля работоспособности или выхода из строя.
В примере, представленном на фиг. 5, модуль сигнализатора состоит из трех измерительных узлов: два основных и один резервный.
Блок тормозного оборудования работает следующим образом.
К блоку тормозного оборудования подводится сжатый воздух от напорной 11 (НМ) и тормозной 12 (ТМ) магистралей.
Рукоять крана 4 (КУ) переключения режимов работы крана машиниста устанавливают в режим ручного «Р» или автоматического «А» управления. При повороте рукояти крана 4 (КУ) переключения режимов в положение «Р» кран машиниста получает питание непосредственно от напорной магистрали 11 (НМ), а при установке рукояти крана 4 (КУ) переключения режимов в положение «А» подача сжатого воздуха к крану машиниста осуществляется через электропневмовентиль 5 при подаче на него питающего напряжения.
Управление звуковым сигналом также осуществляется в ручном и автоматическом режимах. При ручном управлении воздух подается из напорной 11 магистрали (НМ) на педальный клапан 15 управления звуковым сигналом и далее на тифон 7(Т), при автоматическом управлении воздух подается на тифон 7 (Т) через электропневмовентиль 6 при подаче на него напряжения по команде от органов управления системы «Витязь».
Электропневмовентиль 8 экстренного торможения находится постоянно под напряжением. При команде от органов управления систем «Витязь» или «АРС» об экстренном торможении или при разрыве поезда с электровентиля 8 снимается напряжение. Команда на торможение отключит электропневмовентиль 8, при этом откроется устройство разобщительное 9, тормозная 12 магистраль (ТМ) соединится с атмосферой и произойдет экстренное торможение.
2
При снижении давления в тормозной магистрали (ТМ) с 0,4 МПа (4,0 кгс/см) нормально замкнутые контакты сигнализатора давления 13 размыкаются. Питание с электропневмовентиля 8 экстренного торможения снимается, происходит резервная разрядка тормозной 12 магистрали (ТМ) по командам от органов управления. При повышении давления контакты сигнализатора давления 13 замыкаются.
2
2
2
2
При снижении давления в тормозной (ТМ) магистрали ниже 2,6 кгс/см может произойти разрыв «петли безопасности», поэтому при понижении давления от 0,29 до 0,28 МПа [от 2,9 до 2,8 кгс/см] по показаниям от датчиков давления происходит размыкание цепи прямого (S1) и обратного (S2) проводов петли безопасности (два реле от датчиков давления). При дальнейшем понижении 0,29 до 0,20 МПа [от 2,9 до 2,0 кгс/см] происходит размыкание резервной цепи питания блока петли безопасности (работа третьего реле от третьего измерительного узла сигнализатора 14 давления). При повышении давления от 0,20 до 0,29 МПа [от 2,0 до 2,9 кгс/см] происходит замыкание резервной цепи питания блока петли безопасности (работа третьего реле от третьего измерительного узла сигнализатора 14 давления). При дальнейшим повышении давления от 0,28 до 0,29 МПа [от 2,8 до 2,9 кгс/см] происходит замыкание цепи прямого (S1) и обратного (S2) проводов петли безопасности (два реле от датчиков давления). Сигнализатор 14 давления контролирует изменение давления в тормозной 12 магистрали (ТМ) и сигнализирует о его состоянии включением ламп на блоке тормозного оборудования в кабине машиниста.
При ручном управлении при падении давления в тормозной 12 магистрали (ТМ) поезда рукоять крана машиниста переводится в положение экстренного торможения, а вспомогательного тормоза - в крайнее тормозное положение до полной остановки.
Предлагаемый блок тормозного оборудования повышает надежность за счет размещения тормозного оборудования исполнительной части крана машиниста на единой плите, что позволяет осуществлять контроль за техническим состоянием и диагностирование оборудования, в частности снизить утечки воздуха в местах крепления пневматических шлангов, обеспечить быстрое устранение электрических неполадок, монтаж и демонтаж взаимозаменяемых блоков.
Кроме того, новизна настоящей полезной модели заключается в новом схемно-компоновочном решении БТО. Применение датчиков давления, имеющих возможность непрерывного измерения давления в воздушной магистрали не по механическому принципу, а по принципу разбаланса измерительного тензомоста, позволило исключить нечувствительные зоны в режиме начала срабатывания датчиков. Это позволило добиться высокой достоверности регистрации начала изменения давления в воздушной магистрали в диапазоне опасных снижений или повышений. Кроме того, исключение механических подвижных частей в системе регистрации изменения давления позволило исключить возможность появления погрешностей, обусловленных трением или загрязнением системы. Все это позволило повысить эксплуатационную надежность блока управления петлей безопасности.