ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО
BRAKING DEVICE

Изобретение относится к области транспортных средств, в частности к железнодорожному транспорту.
Известно тормозное устройство (см. книгу «Технический справочник железнодорожника», том 6. Подвижной состав. Гл. редактор Е.Ф. Рудой «Государственная транспортная железная дорога». Издательство. М. 1959 г. Стр.865-867, фиг.49), состоящее из тормозного цилиндра, связанного с помощью рычажной передачи с тормозными колодками. Его недостатки: установка авторежима вручную, использование давления воздуха в качестве источника энергии.
Известно тормозное устройство (см. книгу «Вагоны» под редакцией Л.Д. Кузьмича М. Машиностроение. 1978 г. Стр.68, рис.35), содержащее тормозной цилиндр, взаимодействующее через рычажную передачу с тормозными колодками и снабженное авторежимом, позволяющим в автоматическом режиме, в зависимости от загрузки вагона, изменять тормозное усилие на тормозных колодках. Недостатки: сложность устройства авторежима и использование давления воздуха в качестве источника энергии.
Известно тормозное устройство - тормозной цилиндр, содержащее дополнительный и основной поршень со штоком и оттормаживающей пружиной, взаимодействующей через рычажную передачу с тормозными колодками (пат. 2397086 C1, B60T 17/18). Устройство позволяет сократить расход воздуха и энергозатраты в 2-3 раза. Но оно продолжает использование давления воздуха как источник энергии и, связанную с этим, сложность устройства и эксплуатации.
Известно тормозное устройство (пат. 2412843 C1, B61H 13/20, B61H 1/00), содержащее тормозной цилиндр, снабженный поршнем с штоком и с оттормаживающей пружиной, взаимодействующий через рычажную передачу с тормозными колодками. Указанное устройство снабжено упрощенной схемой авторежима.
Но указанное устройство, и все перечисленные выше, также использует давление воздуха в качестве источника энергии и связанные с этим сложные и металлоемкие устройства, низкое быстродействие и надежность, высокие энергозатраты, ограниченные функциональные возможности.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции тормозного устройства и его эксплуатации, снижение энергозатрат, металлоемкости, увеличение быстродействия и надежности в работе, расширение функциональных возможностей.
Поставленная цель достигается тем, что тормозной цилиндр снабжен блоком управления, двумя поршнями с металлическими пластинами, соединенными с источником высокого напряжения, как минимум двумя стопорами, взаимодействующими со штоком поршней или непосредственно с самими поршнями, причем поршни соединены друг с другом пружинами, а блок управления содержит приемник сигналов, аккумулятор, коммутационное устройство, блок высокого напряжения, стопора выполнены из подвижной и неподвижной частей, соединенных между собой пружиной, снабженных металлическими пластинами, соединенными с источником высокого напряжения, при этом подвижная часть размещена внутри неподвижной.
Достигается тем, что устройство снабжено передатчиком и приемником сигналов по воздуху.
На фиг.1 - тормозной цилиндр в разрезе.
На фиг.2 - стопор со штоком.
На фиг.3 - структурная электросхема тормозного устройства.
Тормозное устройство состоит из тормозного цилиндра (фиг.1), соединенного шарнирной передачей с тормозными колодками и выполненного из поршней 1 и 2, снабженных металлическими пластинами 3 и 4, контактирующих между собой через эти пластины, соединенные с источником высокого напряжения. Поршни 1 и 2 снабжены штоками 5 и 6, при этом шток 6 соединен с тягами шарнирной передачи, взаимодействующими с тормозными колодками, а между собой поршни 1 и 2 соединены пружинами 7 и 8 и размещены в корпусе 9. В корпусе 9 размещены также стопорные устройства 10 и 11, взаимодействующие со штоками 5 и 6 поршней 1 и 2. Поршень 2 со штоком 6 снабжен оттормаживающей пружиной 12. Стопорные устройства 10 и 11 одинаковые по устройству и каждый состоит (фиг.2) из подвижной 13 части и неподвижной 14 части, соединенных между собой пружинами 15. Части 13 и 14 снабжены пластинами 16 и 17, соединенными с источником высокого напряжения. Подвижные части 13 и соответствующие им части штоков 5 и 6 снабжены выступами 19 и выемками 20. Устройство снабжено блоком управления, размещенным на тормозном цилиндре и содержащем приемник управляющих сигналов, аккумулятор, коммутационное устройство, блок высокого напряжения (не показаны). В структурную электросхему устройства торможения (фиг.3) входит пульт управления машиниста 22, датчик скорости 23, датчик веса 24, датчик юза 25, передатчик управляющих сигналов 26, сумматор 27, блок управления 21.
Работает устройство следующим образом. В нерабочем состоянии поршни 1 и 2 металлическими пластинами 3 и 4 прижаты друг к другу пружинами 7, 8 и оттормаживающей пружиной 12. Зарядов на пластинах 3 и 4 нет. Для осуществления торможения коммутационное устройство P2 контактами 1, 3 подает высокий потенциал 15-20 кВт на пластины 16, 17 стопора 10. Происходит заряд пластины одноименным знаком. Кулоновскими силами пластины 16 и 17 отталкиваются друг от друга и подвижная часть 13 стопора 10 выходит из неподвижной части 14 и своими выступами 19 и выемками 20 входит в соответствующие им выемки и выступы штока 5, стопоря его и поршень 1. Далее контактами 2, 3 коммутационного устройства P1 подается высокий потенциал на пластины 3, 4. Последние отталкиваются друг от друга, а так как поршень 1 застопорен, то движется только поршень 2 со штоком 6, выбирая люфты в шарнирной передаче и подвигая тормозные колодки к ободу колес или к тормозным дискам. При этом пружина 12 сжимается, а пружины 7, 8 растягиваются. Затем подается контактами 1, 3 коммутационного устройства P3 высокий потенциал на пластины 16, 17 стопора 11. Аналогично вышеописанному стопориться шток 6 с поршнем 2 и после чего растопаривается стопором 10 шток 5, путем снятия высокого потенциала переключением контакта 3 P2 на контакт 2 (землю) и снимается потенциал с пластин 3, 4 контактами 1, 3 P1. Поршень 1 пружинами 7, 8 подтягивается к поршню 2 и вновь стопорится. Операцию можно повторить несколько раз до полной выборки люфтов шарнирной передачи и обеспечения необходимого прижатия тормозных колодок к ободу колеса или диску. Необходимое тормозное усилие автоматически обеспечивается сигналом с пульта управления машинистом 22, датчика скорости 23, датчика веса 24, датчика юза 25. Суммарный сигнал с сумматора 27 поступает на блок управления 21 и с помощью коммутационных устройств P1, P2, P3 обеспечивает необходимое тормозное усилие в зависимости от веса вагона, скорости поезда, юза колес, управляющего сигнала от машиниста, который может подаваться в ручном режиме или автоматически с компьютера.
Для прекращения торможения снимается потенциал с пластины 16, 17 стопора 10 и с пластины 3, 4. Пружиной 12 и пружинами 7, 8 поршни 1, 2 и тормозные колодки приходят в исходное положение.
Применение тормозного устройства предусматривает контроль исправности электроцепей и звеньев тормозного устройства, использование основного источника питания электросхемы и автономное обеспечение электроэнергией от аккумулятора блока управления. Для обеспечения надежной работы рычажной передачи и тормозных колодок задействуются два или несколько тормозных цилиндров с обеспечением электропитанием от отдельных электроисточников и отдельных электроцепей. При расцеплении вагонов сигнал на их торможение автоматически или вручную подается через передатчик сигналов 26 по воздуху на приемник блока управления 21 или непосредственно с вагона путем замыкания контактов кнопкой.
В качестве датчика веса может использоваться устройство по патенту 2406987 C1 G01L 19/04.
Сопротивление R в электроцепи предлагаемого устройства обеспечивает регулировку времени разряда пластины 3, 4.
Использование предлагаемого устройства позволяет осуществлять автоматическое или ручное управление тормозами, в рабочем режиме с пульта управления машиниста и в аварийной ситуации, например при расцеплении вагона, кнопкой из вагона или с пульта управления машиниста при расцеплении вагонов или неисправности электроцепей, через передатчик управляющих сигналов по воздуху или с вагона от кнопки. Таким же путем обеспечивается стояночное торможение вагона.
Потребляемая электроэнергия в работе не более 30 Вт. При стояночном и аварийном торможениях она практически не расходуется, так как заряд (разряд) металлических пластин происходит один раз. Для создания огромного заряда в 1 кулон требуется ничтожное количество электричества, так как 1 K = 1 A × 1 сек. Силы отталкивания (Кулоновские силы) можно приближенно оценить по формуле Кулона.
В системе СИ
<mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><mi>K</mi><mfrac><mrow><msub><mi>g</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>g</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>4</mn><mi>П</mi><msub><mi>Е</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>9</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mtext> </mtext><mi>м</mi><mo>/</mo><mi>ф</mi></mrow>
, где
0
2
2
E - диэлектрическая проницаемость в вакууме (K/M·H),
R - расстояние между зарядами (пластинами).
1
2
При g=g=1 кулону и r=1 м
<mrow><mi>F</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>⋅</mo><mn>1</mn></mrow><mn>1</mn></mfrac><mo>⋅</mo><mn>9</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mo>=</mo><mn>9</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>9</mn></msup><mtext> </mtext><mi>Н</mi></mrow>
Использование в качестве источника энергии кулоновских сил отталкивания позволяет в десятки раз снизить энергопотребление, обеспечить все виды торможений: рабочее, стояночное, в аварийных ситуациях, например при расцеплении вагонов, как от машиниста, так и из вагона. Автоматический учет веса, скорости и мгновенная реакция на это позволяют максимально близко к юзу использовать тормозное усилие.
Отсутствие электропроводов, электрочастей с высоким потенциалом вне тормозного цилиндра позволяет обеспечить надежную электрозащиту от попадания высокого потенциала на корпус при пробое изоляции, использовав известные способы электрозащиты.
Использование устройства позволяет также упростить эксплуатацию, снизить металлоемкость, увеличить быстродействие и надежность в работе, исключает влияние изменения люфтов рычажной передачи и износа тормозных колодок на работу устройства в процессе эксплуатации.