МАГИСТРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
RAIL VEHICLE BRAKE AIR CONTROL VALVE MAIN PART

Предлагаемое изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а более конкретно к устройству магистральных частей (органов двух давлений) воздухораспределителей тормозов железнодорожных транспортных средств, в частности, тормозов грузового подвижного состава железных дорог.
Известны магистральные части (органы двух давлений) воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства по авторскому свидетельству №557944 от 25.02.1976 г., МПК В60Т 15/18, по патенту №2297931 от 23.12.2004 г., МПК В60Т 15/18. Магистральная часть воздухораспределителя по этим изобретениям имеет корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую камеры, плунжер с отверстиями зарядки золотниковой и рабочей камер воздухораспределителя, взаимодействующий с подвижной перегородкой и толкателем. Толкатель опирается в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали. Обратный клапан, установленный в корпусе магистральной части, отделяет ускорительную полость от магистральной камеры. Магистральная часть воздухораспределителя имеет также устройство мягкости, расположенное в ее корпусе. Устройство мягкости содержит подпружиненную подвижную перегородку со штоком. На штоке размещен клапан устройства мягкости, а перегородка образует с корпусом полости. Полость над подвижной перегородкой постоянно сообщена с каналом дополнительной разрядки тормозной магистрали и в этой полости размещена пружина подвижной перегородки. Полость под подвижной перегородкой постоянно сообщена с атмосферой. Шток подвижной перегородки уплотнен манжетой, установленной в корпусе и образующей с ним полость, в которой расположен клапан устройства мягкости и которая связана каналами с магистральной и золотниковой камерами. Канал, связывающий указанную полость с магистральной камерой, перекрывается клапаном устройства мягкости. При заряженной тормозной системе, когда в магистральной, золотниковой и рабочей камерах воздухораспределителя устанавливается равное давление и канал дополнительной разрядки тормозной магистрали сообщен с атмосферой, сжатый воздух из золотниковой камеры воздействует на уплотненный шток, и клапан устройства мягкости открыт. Свойство мягкости воздухораспределителя, то есть заданная нечувствительность к срабатыванию на торможение при медленном снижении давления в тормозной магистрали, обеспечивается перетеканием сжатого воздуха из золотниковой камеры через открытый клапан устройства мягкости в магистральную камеру и далее в тормозную магистраль. Из рабочей камеры сжатый воздух перетекает в золотниковую камеру через дроссельное отверстие в главной части (органе трех давлений) воздухораспределителя. При торможении, когда происходит дополнительная разрядка тормозной магистрали, сжатый воздух поступает в канал дополнительной разрядки тормозной магистрали и в полость над подвижной перегородкой устройства мягкости. Клапан устройства мягкости закрывается, разобщая магистральную и золотниковую камеры. Зарядные отверстия плунжера магистральной части при торможении также закрыты. Однако, когда воздухораспределитель работает на равнинном режиме отпуска, то при первой ступени торможения может произойти самопроизвольный отпуск тормоза. Это происходит, если дополнительная разрядка тормозной магистрали оказывается больше, чем ее разрядка через кран машиниста, то есть снижение давления в тормозной магистрали при ее дополнительной разрядке больше, чем устанавливает кран машиниста при первой ступени торможения. Вследствие этого кран машиниста будет подпитывать тормозную магистраль, давление в ней будет повышаться, и магистральная часть переходит в отпускное положение. Рабочая камера сообщается через зарядные отверстия в плунжере магистральной части с золотниковой камерой. Тормоз отпускает.
Известны магистральные части (органы двух давлений) воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства по патентам №1525051 от 09.02.1988 г. и №2015045 от 27.04.1992 г., МПК В60Т 15/18, а также магистральная часть воздухораспределителей типа 483А, применяемых на грузовом подвижном составе железных дорог (см. Каталог комплектующего оборудования «Автотормозное и пневматическое оборудование подвижного состава рельсового транспорта», АСТО, Москва, 2003, стр.4, 5). Магистральная часть по этим изобретениям и воздухораспределителя типа 483А имеет корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую камеры, плунжер с отверстиями зарядки золотниковой и рабочей камер воздухораспределителя, взаимодействующий с подвижной перегородкой и толкателем, опираемым в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали. В корпусе размещено также устройство мягкости. Оно содержит подпружиненную подвижную перегородку со штоком, жестко соединенным с клапаном устройства мягкости. Подвижная перегородка разделяет полости, одна из которых над перегородкой постоянно сообщена с рабочей камерой воздухораспределителя. Вторая полость под перегородкой связана каналом, перекрываемым клапаном устройства мягкости, с магистральной камерой и дросселированным каналом связана с золотниковой камерой. В полости под подвижной перегородкой установлена ее пружина. При заряженной тормозной системе, когда в магистральной, золотниковой и рабочей камерах воздухораспределителя устанавливается равное давление, подвижная перегородка со штоком под усилием своей пружины устанавливается в положение открытия клапана устройства мягкости. Усилие пружины подвижной перегородки устройства мягкости рассчитано на перепад давления между рабочей и золотниковой камерами, обеспечивающий разрядку камер воздухораспределителя темпом мягкости, то есть темпом, не приводящим к срабатыванию воздухораспределителя на торможение. Таким образом, обеспечивается стабильное свойство мягкости воздухораспределителя во всем диапазоне разрядки тормоза, исключающее самопроизвольный отпуск тормоза. Магистральная часть имеет также переключатель режимов ступенчатого (горного) и бесступенчатого (равнинного) отпуска. Корпус этой магистральной части снабжен фланцем с привалочной поверхностью для крепления корпуса (то есть магистральной части) к камере-кронштейну воздухораспределителя, к которому крепится также и главная часть (орган трех давлений) воздухораспределителя. Вышеуказанные узлы и детали магистральной части, а именно подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую камеры, плунжер с отверстиями зарядки золотниковой и рабочей камер воздухораспределителя, взаимодействующий с подвижной перегородкой, толкатель, клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали, обратный клапан, переключатель режимов отпуска, размещены вдоль продольной оси корпуса. В этой магистральной части продольная ось корпуса выполнена перпендикулярной к привалочной поверхности фланца для крепления к камере-кронштейну воздухораспределителя. Камеры-кронштейны воздухораспределителей жестко крепятся к корпусу каждой подвижной единицы (вагонов, локомотивов) железнодорожных транспортных средств, например грузовых поездов, своей верхней поверхностью. Фланцы с привалочными поверхностями камеры-кронштейна для установки частей воздухораспределителя, в том числе главных и магистральных частей, выполнены на боковых поверхностях камеры-кронштейна, перпендикулярных к ее верхней поверхности. Поэтому после монтажа воздухораспределителя на вагонах и локомотивах продольная ось корпуса магистральной части располагается в горизонтальной плоскости и вдоль продольной оси, например, вагона. При движении железнодорожного транспортного средства, например грузового поезда, возникают вертикальные динамические колебания вагонов, передающиеся на их детали и узлы, в частности, на рабочие органы магистральных частей воздухораспределителей. Ускорение вертикальных динамических колебаний может вызвать значительный износ рабочих органов магистральной части, особенно плунжера.
Горизонтальные усилия, возникающие между вагонами из-за наличия зазоров в автосцепках при движении поезда на переменном профиле пути, могут вызвать самопроизвольное перемещение рабочих органов магистральной части в положение торможения. Это может привести к самопроизвольному срабатыванию магистральной части на торможение, что, в свою очередь, может нарушить безопасность движения железнодорожных транспортных средств.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков заявляемой магистральной части воздухораспределителя является магистральная часть воздухораспределителя по свидетельству №20751 от 22.05.2001 г., МПК В60Т 15/22. Эта магистральная часть имеет корпус с крышкой и с фланцем для крепления к камере-кронштейну воздухораспределителя. В корпусе с крышкой вдоль их продольной оси размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую камеры, плунжер с отверстиями зарядки золотниковой и рабочей камер воздухораспределителя. Плунжер взаимодействует с подвижной перегородкой и толкателем, который опирается в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали. Установленный в корпусе обратный клапан отделяет магистральную камеру от ускорительной полости. Магистральная часть имеет также размещенное в ее корпусе устройство мягкости. Оно содержит подпружиненную подвижную перегородку со штоком и клапаном устройства мягкости. Подвижная перегородка разделяет полости, одна из которых сообщена с рабочей камерой. Во второй полости установлена пружина подвижной перегородки и она связана дросселированным каналом с золотниковой камерой и каналом, перекрываемым клапаном устройства мягкости, связана с магистральной камерой. При этом продольная ось корпуса с крышкой выполнена параллельной привалочной поверхности фланца для крепления корпуса к камере-кронштейну воздухораспределителя. В этой магистральной части клапан устройства мягкости жестко связан со штоком подпружиненной подвижной перегородки устройства мягкости. Поэтому, когда осуществляется процесс торможения и в тормозной магистрали, в магистральной и золотниковой камерах давление снижается на заданную величину, подвижная перегородка устройства мягкости перемещается под разницей давлений в рабочей и золотниковой камерах. Клапан устройства мягкости закрывается (садится на свое седло) под действием усилия со стороны подвижной перегородки. Это усилие при экстренном торможении, то есть при полной разрядке тормозной магистрали, магистральной и золотниковой камер, в 25-30 раз превышает усилие при ступенях торможения. Такая значительная нагрузка на клапан может вызвать повреждение уплотнения клапана (его перекос или полное разрушение), что приведет к выходу из строя магистральной части воздухораспределителя. Следовательно, произойдет и выход из строя воздухораспределителя в целом, так как нарушаются процессы отпуска и торможения, нарушается свойство мягкости. Это может привести к нарушению безопасности движения железнодорожных транспортных средств.
Заявляемая магистральная часть воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства решает задачу повышения надежности действия магистральной части воздухораспределителя тормоза, надежности действия воздухораспределителя тормоза в целом.
Технический результат, который будет получен при осуществлении предлагаемого изобретения заключается в исключении возможности повреждения клапана устройства мягкости магистральной части воздухораспределителя, в обеспечении постоянной величины усилия на клапан устройства мягкости независимо от разницы величин зарядного давления в тормозной магистрали и давления в ней при торможении.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной магистральной части воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства, имеющей корпус с крышкой и с фланцем для крепления к камере-кронштейну воздухораспределителя с размещенными в них вдоль их продольной оси подвижной перегородкой, разделяющей магистральную и золотниковую камеры, плунжером с отверстиями зарядки золотниковой и рабочей камер воздухораспределителя, взаимодействующим с подвижной перегородкой и толкателем, опираемым в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали, обратным клапаном, отделяющим магистральную камеру от ускорительной полости, а также имеющей размещенное в ее корпусе устройство мягкости, содержащее подпружиненную подвижную перегородку со штоком и клапаном устройства мягкости, разделяющую полости, одна из которых сообщена с рабочей камерой, а вторая с установленной в ней пружиной подвижной перегородки связана дросселированным каналом с золотниковой камерой и каналом, перекрываемым клапаном устройства мягкости, связана с магистральной камерой, при этом продольная ось корпуса с крышкой магистральной части выполнена параллельной привалочной поверхности фланца для крепления корпуса к камере-кронштейну воздухораспределителя, клапан устройства мягкости установлен в полости штока подвижной перегородки устройства мягкости с возможностью перемещения относительно штока до упора в бурт, выполненный в штоке, а между клапаном устройства мягкости и штоком установлена пружина с величиной усилия, превышающей величину усилия давления сжатого воздуха в полости устройства мягкости, связанной с золотниковой и магистральной камерами, действующего на клапан устройства мягкости после первой ступени торможения, при этом ход подвижной перегородки устройства мягкости в процессе торможения до упора в корпус магистральной части превышает ход клапана устройства мягкости до положения перекрытия канала, связывающего полость устройства мягкости с магистральной камерой. Кроме того, продольная ось устройства мягкости, вдоль которой размещены его подпружиненная подвижная перегородка со штоком, клапан устройства мягкости с его пружиной и седлом, расположенным на корпусе магистральной части, выполнена параллельной продольной оси корпуса магистральной части.
Такое выполнение предлагаемой магистральной части воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства исключает возможность повреждения клапана устройства мягкости магистральной части воздухораспределителя, обеспечивает постоянную величину усилия на клапан устройства мягкости независимо от разницы величин зарядного давления в тормозной магистрали и давления в ней при торможении.
Это объясняется следующим образом. Когда осуществляется процесс торможения и в тормозной магистрали, в магистральной и золотниковой камерах давление снижается на заданную величину, подвижная перегородка устройства мягкости перемещается под усилием разницы давлений в рабочей и золотниковой камерах. Наибольшим это усилие будет при осуществлении экстренного торможения с величины зарядного давления в тормозной магистрали, когда в золотниковой и магистральной камерах, также как и в тормозной магистрали давление снижается до атмосферного. При перемещении подвижной перегородки клапан устройства мягкости перемещается вместе со штоком подвижной перегородки только до момента его перекрытия канала, связывающего полость устройства мягкости с магистральной камерой. Далее шток при движении подвижной перегородки до упора в корпус магистральной части перемещается относительно клапана устройства мягкости. Усилие, действующее на подвижную перегородку, передается на корпус, а на клапан устройства мягкости действует только усилие его пружины. Величина этого усилия рассчитана только на величину усилия давления сжатого воздуха в полости устройства мягкости, связанной с золотниковой и магистральной камерами, действующего на клапан устройства мягкости после первой ступени торможения (с небольшим ее превышением). Это усилие в несколько раз меньше усилия на подвижную перегородку устройства мягкости, действующего на нее при экстренном торможении, и оно постоянно при любом виде торможения - экстренном, служебном, ступенчатом. Таким образом, при любом виде торможения исключается повреждение клапана устройства мягкости и не нарушается действие магистральной части воздухораспределителя. Кроме того, в этой магистральной части исключается влияние горизонтальных усилий, возникающих между вагонами грузового поезда из-за наличия зазоров в автосцепных устройствах при трогании с места поезда, при торможении и при движении поезда на переменном профиле, на рабочие органы устройства мягкости. Эти горизонтальные усилия не вызывают самопроизвольного смещения клапана устройства мягкости и подвижной перегородки, так как направлены вдоль продольной оси вагона. То есть эти усилия действуют в направлении, перпендикулярном направлению перемещения клапана и подпружиненной подвижной перегородки устройства мягкости в процессе их работы, поскольку продольная ось устройства мягкости, вдоль которой размещены его клапан и подвижная перегородка, параллельна привалочной поверхности фланца для крепления корпуса магистральной части к камере-кронштейну воздухораспределителя. Фланцы с привалочными поверхностями камеры-кронштейна для установки частей воздухораспределителя, в том числе магистральной части, выполнены на боковых поверхностях камеры-кронштейна, перпендикулярных к ее верхней поверхности. Камера-кронштейн жестко крепится к нижнему горизонтальному основанию корпуса подвижной единицы железнодорожного транспортного средства (например, вагона грузового поезда) своей верхней поверхностью. Поэтому продольная ось устройства мягкости магистральной части располагается в вертикальной плоскости перпендикулярно продольной оси вагона. При движении поезда возникают вертикальные динамические колебания. Ускорение вертикальных динамических колебаний из-за неровностей пути не вызывает износ и повреждение рабочих органов устройства мягкости, так как возникающие ударные силы направлены вдоль продольной оси устройства мягкости, то есть вдоль продольной оси его клапана, подвижной перегородки, пружин, и демпфируются силой трения скользящих поверхностей и пружинами.
На чертеже схематично изображен общий вид предлагаемой магистральной части воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства.
Магистральная часть воздухораспределителя имеет корпус 1 с крышкой 2. Фланец 3 корпуса 1 служит для крепления своей привалочной поверхностью 4 к боковой поверхности 5 камеры-кронштейна 6 воздухораспределителя. Продольная ось 7 корпуса 1 и крышки 2 выполнена параллельной привалочной поверхности 4 фланца 3. Вдоль продольной оси 7 размещены подвижная перегородка 8 с плунжером 9, взаимодействующим с толкателем 10, который опирается в клапан 11 дополнительной разрядки тормозной магистрали (на чертеже не изображена). Подвижная перегородка 8 разделяет магистральную камеру 12 и золотниковую камеру 13. Обратный клапан 14 отделяет магистральную камеру 12 от ускорительной полости 15. Канал 16 дополнительной разрядки тормозной магистрали связан с главной частью (органом трех давлений) воздухораспределителя, устанавливаемый на камере-кронштейне 6 (на чертеже не изображено). Магистральная камера 12 постоянно сообщена с тормозной магистралью. Золотниковая камера 13 сообщена с золотниковой камерой воздухораспределителя (на чертеже не показано). Вдоль продольной оси 7 в крышке 2 установлен переключатель 17 режимов ступенчатого (горного) и бесступенчатого (равнинного) отпуска. Полость 18 на равнинном режиме отпуска, как изображено на чертеже, связана с рабочей камерой воздухораспределителя (на чертеже не показана). Отверстие 19 в плунжере 9 служит для зарядки рабочей камеры, а отверстие 20 - для зарядки золотниковой камеры воздухораспределителя. В корпусе 1 магистральной части размещено устройство мягкости, которое содержит подвижную перегородку 21 со штоком 22. В полости 23 штока 22 установлен клапан 24 устройства мягкости с возможностью его перемещения относительно штока. На клапан 24 воздействует пружина 25. В штоке 22 выполнен бурт 26. Подвижная перегородка 21 разделяет полости 27 и 28. Полость 27 сообщена с рабочей камерой. Полость 28 связана каналом 29 с магистральной камерой 12, а дросселированным каналом 30 связана с золотниковой камерой 13. В полости 28 установлена пружина 31 подвижной перегородки 21, а в корпусе 1 выполнено седло 32 клапана 24. Продольная ось 33, вдоль которой размещены подвижная перегородка 21 со штоком 22, клапан 24, пружины 25 и 31, седло 32, параллельна продольной оси 7 корпуса 1 с крышкой 2. Отверстия 34 перекрываются обратным клапаном 14. Камера-кронштейн 6 жестко крепится своей верхней поверхностью 35 к нижнему горизонтальному основанию 36 подвижной единицы железнодорожного транспортного средства (вагону, локомотиву). Боковые поверхности камеры-кронштейна 6, в том числе и боковая поверхность 5, выполняются перпендикулярными к верхней поверхности 35. После установки воздухораспределителя на подвижной единице продольные оси 7 и 33 располагаются в вертикальной плоскости, перпендикулярно продольной оси вагона, локомотива.
Магистральная часть воздухораспределителя действует следующим образом.
При зарядке тормоза сжатый воздух из тормозной магистрали поступает в магистральную камеру 12. При этом клапан 24 устройства мягкости открыт под усилием пружины 31 на подвижную перегородку 21. Под действием сжатого воздуха в магистральной камере 12 подвижная перегородка 8 вместе с плунжером 9 опускается вниз (по чертежу). Отверстия 34 сообщаются с магистральной камерой 12, а отверстия 19 и 20 сообщаются с полостью 18. Сжатый воздух из магистральной камеры 12 через отверстие 34, отверстие 19 поступает в полость 18 и далее в рабочую камеру воздухораспределителя, а через отверстие 20 поступает в золотниковую камеру 13. По окончании зарядки, когда в магистральной, золотниковой и рабочей камерах устанавливается равное давление, подвижная перегородка 8 с плунжером 9 занимает положение, при котором отверстия 34, 19, 20 перекрыты (как показано на чертеже). Сообщение через них рабочей камеры воздухораспределителя с магистральной камерой 12 и тормозной магистралью, а также сообщение через них золотниковой камеры 13 с рабочей камерой воздухораспределителя и магистральной камерой 12 прекращается. В главной части (на чертеже не показана) по окончании зарядки рабочая камера воздухораспределителя сообщается с золотниковой камерой воздухораспределителя через дроссельное отверстие (на чертеже не изображено). Клапан 24 устройства мягкости открыт под усилием пружины 31 на подвижную перегородку 21, поскольку давления в полостях 27 и 28 равны.
При медленном снижении давления в тормозной магистрали темпом мягкости, то есть темпом, не приводящим к срабатыванию магистральной части (а следовательно, и воздухораспределителя) на торможение, сжатый воздух из золотниковой камеры 13 перетекает в тормозную магистраль через дросселированный канал 30, открытый клапан 24, канал 29, магистральную камеру 12. Из рабочей камеры воздухораспределителя сжатый воздух перетекает в золотниковую камеру через дроссельное отверстие в главной части воздухораспределителя.
При осуществлении процесса торможения производится быстрое снижение давления в тормозной магистрали, а следовательно, в магистральной камере 12 и золотниковой камере 13 темпом служебного или экстренного торможения. В рабочей камере воздухораспределителя сохраняется предтормозное давление, так как вышеупомянутое дроссельное отверстие в главной части воздухораспределителя перекрывается. Подвижная перегородка 21 устройства мягкости перемещается вниз (по чертежу) под усилием разницы давлений сжатого воздуха в полостях 27 и 28. Наибольшим это усилие будет при осуществлении экстренного торможения с величины зарядного или сверхзарядного давления в тормозной магистрали, когда в золотниковой камере 13, в магистральной камере 12, так же как и в тормозной магистрали давление снижается до атмосферного. При перемещении подвижной перегородки 21 клапан 24 устройства мягкости перемещается вместе со штоком 22 только до момента упора клапана в его седло 32 и перекрытия канала 29. Далее бурт 26 штока 22 отходит от клапана 24, и при движении подвижной перегородки 21 до упора в корпус 1 шток 22 перемещается относительно клапана 24. Усилие, которое действует на подвижную перегородку 21, при ее упоре в корпус 1 передается на корпус, а на клапан 24 устройства мягкости действует только усилие его пружины 25. Величина этого усилия рассчитана на величину усилия давления сжатого воздуха в полости 28, действующего на клапан 24 после первой ступени торможения (с небольшим ее превышением). Таким образом, при любом виде торможения - экстренном, служебном, ступенчатом - усилие, действующее на клапан 24 устройства мягкости постоянно и в несколько раз менее усилия на подвижную перегородку 21, действующего на нее при экстренном торможении. Поэтому при любом виде торможения исключается повреждение клапана 24 устройства мягкости и не нарушается действие магистральной части. Кроме того, ускорение вертикальных динамических колебаний подвижной единицы (вагона, локомотива) железнодорожного транспортного средства из-за неровностей пути не вызывает износ и повреждение рабочих органов устройства мягкости, а именно, клапана 24, подвижной перегородки 21, ее штока 22. Ударные силы направлены вдоль их продольной оси 33 и демпфируются силой трения скользящих поверхностей и пружин 31, 25. Горизонтальные усилия, возникающие между вагонами грузового поезда при трогании с места поезда, при торможении, при движении поезда на переменном профиле пути, не вызывают самопроизвольного смещения клапана 24 устройства мягкости и его подвижной перегородки 21. Эти горизонтальные усилия действуют вдоль продольной оси вагона в направлении, перпендикулярном направлению перемещения клапана 24 и подвижной перегородки 21 в процессе их работы. Продольная ось 33, вдоль которой размещены клапан 24 и подвижная перегородка 21 с их пружинами 25 и 31, располагается в вертикальной плоскости перпендикулярно продольной оси вагона.