УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЗНОЙ МАГИСТРАЛЬЮ ПОЕЗДА

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использовано на подвижных составах железных дорог для контроля и управления автоматическими тормозами при вождении грузовых поездов преимущественно повышенной массы и длины с синхронным или асинхронным торможением с головы и хвоста поезда.
Известно устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда, содержащее блок контроля и управления параметрами давления воздуха в тормозной магистрали и электрически связанные с ним блок приема/передачи контрольной и управляющей информации по радиоканалу через антенно-фидерное устройство на блок приема/передачи локомотива, электромагнитный клапан служебного торможения и установленный после него расширительный резервуар с установленным в нем датчиком давления. (Патент RU №46984, МПК В60Т 17/22, В61Н 11/00, G05B 11/01, 25.11.2004).
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности какого-либо управления тормозной магистралью со стороны хвоста поезда в случае применения режима экстренного или полного служебного торможения.
Известно устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда, содержащее блок контроля и управления параметрами давления воздуха в тормозной магистрали и электрически связанные с ним блок приема/передачи контрольной и управляющей информации по радиоканалу через антенно-фидерное устройство на блок приема/передачи локомотива, электромагнитные клапаны служебного и экстренного торможения и расширительный резервуар с установленным в нем датчиком давления. (Патент РФ №2311309, МПК В60Т 17/18, В60Т 15/00, В61Т 15/00, 19.06.2006).
Недостатком известного устройства является громоздкий корпус устройства с большими габаритами, что вызывает неудобство перемещения и установки человеком устройства на автосцепку вагона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда, содержащее блок контроля и управления параметрами давления воздуха в тормозной магистрали и электрически связанные с ним блок приема/передачи контрольной и управляющей информации по радиоканалу через антенно-фидерное устройство на блок приема/передачи локомотива, блок питания, электромагнитные клапаны служебного и экстренного торможения, сообщающие тормозную магистраль через ниппели соответственно 4,0 и 7,0 мм, датчик давления в тормозной магистрали. (Патент РФ №142294, МПК В60Т 17/22, В61Н 11/00, G05B 11/01, 28.02.2014).
Недостатком известного устройства является применение в конструкции электромагнитных клапанов, связывающих тормозную магистраль поезда с атмосферой через ниппели с жестко заданными сечениями 4 мм (при служебном торможении) и 7 мм (при экстренном торможении). Такое ограничение сечений вызывает различия темпов служебного и экстренного торможений при установке известного устройства на хвостовом вагоне поездов различной длины, тем самым не обеспечивается адаптивность параметров торможения устройства к поездам с различными массой и длиной к допустимому ухудшению эксплуатационных характеристик. К тому же, со временем возможно засорение ниппелей с занижением проходного сечения, что также влечет за собой снижение темпов служебного и экстренного торможений.
Заявляемое устройство решает задачу повышения безопасности ведения поездов различной длины с использованием одного устройства контроля и управления тормозной магистралью поезда, размещенном на хвостовом вагоне
Технический результат - выполнение устройством при его установке на хвостовом вагоне требуемых темпов служебного и экстренного торможения поезда независимо от величины давления в тормозной магистрали и ее протяженности за счет изменяемого проходного сечения атмосферного отверстия при выпуске сжатого воздуха из тормозной магистрали поезда в атмосферу.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда, содержащее блок контроля и управления параметрами давления воздуха в тормозной магистрали и электрически связанные с ним блок приема/передачи контрольной и управляющей информации по радиоканалу через антенно-фидерное устройство на блок приема/передачи локомотива, электромагнитные клапаны, датчики давления и блок питания, согласно полезной модели, устройство снабжено пневморегулятором, выполненным с возможностью разрядки тормозной магистрали темпом служебного или экстренного торможения в зависимости от управляющего электрического сигнала, поступающего на электромагнитные клапаны от блока контроля и управления, и имеющим корпус, образующий тормозную полость, пневматически связанную с тормозной магистралью и датчиком давления, атмосферную полость, связанную с атмосферой, а также рабочую полость, в которой установлена подвижная перегородка с образованием уравнительной и подпоршневой полостей, с возможностью перемещения в рабочей полости под действием разницы давлений в уравнительной и подпоршневой полостях, и воздействия на нормально закрытый клапан, связывающий в открытом состоянии тормозную и атмосферную полости, при этом уравнительная полость, пневматически связана с электромагнитными клапанами и датчиком давления, а подпоршневая полость пневматически связана с тормозной полостью.
При этом, согласно полезной модели, корпус пневморегулятора выполнен разъемным, состоящим из стакана, гильзы и крышки, жестко закрепленных между собой винтами, с обеспечением герметичности соединения элементов корпуса посредством уплотнительных колец.
При этом, согласно полезной модели, подвижная перегородка выполнена в виде поршня с уплотнительной манжетой.
При этом, согласно полезной модели, подвижная перегородка выполнена в виде закрепленной между гильзой и крышкой корпуса упругой диафрагмы.
При этом, согласно полезной модели, воздействие подвижной перегородки на клапан осуществляется посредством штока, размещенного в направляющих отверстиях, выполненных в корпусе пневморегулятора.
При этом, согласно полезной модели, нормально закрытый клапан выполнен подпружиненным упругим элементом.
При этом, согласно полезной модели, над подвижной перегородкой установлен упругий элемент, выполненный с возможностью поджатая подвижной перегородки для поддержания нормально закрытого состояния клапана, обеспеченного усилием упругого элемента клапана.
При этом, согласно полезной модели, упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия.
При этом, согласно полезной модели, электромагнитные выпускные клапаны выполнены с возможностью связывания в открытом состоянии уравнительной полости пневморегулятора с атмосферой.
При этом, согласно полезной модели, электромагнитный распределительный клапан выполнен с возможностью связывания между собой уравнительной полости пневморегулятора с тормозной магистралью в закрытом положении, и их разобщения - при открытии.
При этом, согласно полезной модели, блок контроля и управления выполнен с обеспечением подачи на электромагнитные выпускные клапаны импульсных электрических сигналов.
При этом, согласно полезной модели, блок прием/передачи состоит из радиомодемов, настроенных на основную и резервную частоту приема/передачи сигнала.
При этом, согласно полезной модели, блок питания выполнен в виде аккумуляторов.
При этом, согласно полезной модели, на входе в тормозную полость пневморегулятора размещен фильтрующий элемент.
При этом, согласно полезной модели, фильтрующий элемент выполнен в виде сетчатого колпачка с обрезиненным фланцем.
Тяжеловесные и длинносоставные поезда с тягой в голове отличаются от обычных худшей управляемостью автотормозов. При выполнении глубоких и экстренных торможений развиваются предельные, а то и запредельные продольные усилия. Все это оборачивается повышенным износом автосцепок вагонов, колесных пар и т.д. Вследствие чего важнейшим показателем при вождении поездов повышенной массы и длины, влияющим на безопасность, является динамика грузового состава в процессе торможения. При этом основным параметром, влияющим на эти процессы, является скорость распространения тормозной волны с обеспечением требуемых техническими регламентами темпов служебного и экстренного торможения.
Предлагаемая к защите полезная модель позволяет безопасно и эффективно управлять длинносоставными (1500-2000 м) тяжеловесными поездами различной длины путем обеспечения требуемых темпов торможения с применением одного устройства контроля и управления тормозной магистралью поезда, установленного в хвосте поезда.
Новым по сравнению с прототипом является то, что в устройстве контроля и управления тормозной магистралью поезда вместо электромагнитных клапанов постоянного сечения, обеспечивающих выпуск воздуха из тормозной магистрали, установлен пневморегулятор, выполненный с возможностью разрядки тормозной магистрали темпом служебного или экстренного торможения в зависимости от темпа изменения давления в его уравнительной полости. Разрядка тормозной магистрали обеспечивается установленным в пневморегуляторе тарельчатым клапаном, проходное сечение которого варьируется в соответствии с разницей давлений в уравнительной и подпоршневый полостях пневморегулятора, возникающей при торможении. Изменяемая величина проходного сечения клапана обеспечивает требуемые темпы служебного и экстренного торможения, не зависящие от величины давления в тормозной магистрали поезда и ее протяженности.
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на:
- фиг. 1 представлена функциональная схема устройства контроля и управления тормозной магистралью поезда;
- фиг. 2 изображена конструкция пневморегулятора устройства и пневматически связанные с ним датчики давления и электромагнитные клапаны.
В фиг. 1, 2 использовано обозначение выхода сжатого воздуха рабочей среды в атмосферу в виде сокращения «атм.»
Устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда представляет собой переносную конструкцию, выполненную с возможностью закрепления, например, на автосцепке вагона и подключения к тормозной магистрали через соединительный рукав вагона.
Устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда содержит корпус с узлом крепления к автосцепке вагона и узлом пневматического соединения с тормозной магистралью (не показаны), в котором размещены блок контроля параметров и управления 1 (фиг. 1) давлением воздуха в тормозной магистрали (блок контроля и управления), блок приема/передачи 2 контрольной и управляющей информации по радиоканалу через антенно-фидерное устройство 3 на блок приема/передачи, установленный на локомотиве (не показан), электромагнитные клапаны 4, 5 и 6, датчики давления 7 и 8, пневморегулятор 9, блок питания 10. При этом с блоком контроля и управления 1 связаны посредством электрических кабелей блок приема/передачи 2, электромагнитные клапаны 4, 5, 6, датчики давления 7, 8 и блок питания 10.
Датчики давления 7 и 8, блок контроля и управления 1, блок приема/передачи 2 электрически связаны с блоком питания 10, выполненным с обеспечением автономного электропитания связанных с ним элементов. Блок питания 10 может быть выполнен в виде набора, например, литий-полимерных аккумуляторов напряжением 14,8 В, емкостью 12 А.ч, с обеспечением времени работы всех составляющих частей устройства контроля и управления тормозной магистралью поезда.
Блок приема/передачи 2 представляет собой радиомодем, выполненный с обеспечением приема/передачи радиосигнала на блок контроля и управления 1. Блок прием/передачи 2 может состоять из двух радиомодемов, настроенных на основную и резервную частоту приема/передачи сигнала.
Пневморегулятор 9 выполнен с возможностью разрядки тормозной магистрали 11 темпом служебного или экстренного торможения в зависимости от управляющего электрического сигнала, поступающего на электромагнитные клапаны 4 и 5 от блока контроля и управления 1. Пневморегулятор 9 пневматически связан с электромагнитными клапанами 4, 5, 6. Количество электромагнитных клапанов может быть увеличено исходя из обеспечения точности управления темпом изменения давления и надежности. Датчик давления 7, необходимый для реализации проверки блоком контроля и управления 1 целостности тормозной магистрали 11, а также контроля давления в тормозной магистрали 11 в хвосте поезда при торможении с последующей передачей информации на локомотив, пневматически связан с тормозной магистралью 11.
Пневморегулятор (фиг. 2) имеет собственный разъемный корпус 12, состоящий из стакана 13, гильзы 14 и крышки 15, жестко закрепленные между собой винтами 16. Возможен вариант закрепления частей корпуса шпильками или болтами. Для обеспечения герметичности между частями корпуса 12 установлены уплотнительные кольца 17 и 18.
В стакане 13 расположены тормозная полость 19 и атмосферная полость 20. Тормозная полость 19, пневматически связана с тормозной магистралью 11 поезда посредством соединительного рукава (не показан). Для очистки сжатого воздуха от инородных частиц на линии связи пневморегулятора 9 с тормозной магистралью 11 размещен фильтрующий элемент 21 грубой очистки (фиг. 1), выполненный, например, в виде сетчатого колпачка с обрезиненным фланцем. Как показано в нашем примере (фиг. 2), фильтрующий элемент 21 может быть установлен на входе в тормозную полость 19 пневморегулятора.
В атмосферной полости 20, предназначенной для выхода воздуха из тормозной магистрали 11 в атмосферу через отверстие 22 в корпусе 12 пневморегулятора, установлен нормально закрытый тарельчатый клан 23, подпружиненный, например, пружиной сжатия 24, для гарантированного поджатая клапана 23 к седлу 25 стакана 13.
В герметично закрытой рабочей полости 26 пневморегулятора, образованной гильзой 14 и крышкой 15, установлена подвижная перегородка 27 с возможностью продольного перемещения в этой полости. Подвижная перегородка 27 образует над собой герметичную уравнительную полость 28, а под собой - герметичную подпоршневую полость 29.
Подвижная перегородка 27 может быть выполнена, как показано в нашем примере, в виде поршня с уплотнительной манжетой 30, размещенной на его наружной поверхности, или в виде закрепленной между гильзой 14 и крышкой 15 упругой диафрагмы.
Подвижная перегородка 27 жестко связана, например, при помощи резьбового соединения со штоком 31 с обеспечением герметичности соединения посредством уплотнительного кольца 32. Шток 31 выполнен с возможностью перемещения в центральном сквозном отверстии 33 гильзы 14. Для уменьшения износа отверстия 33 возможен вариант исполнения штока 31, как показано в нашем примере, с размещением его нижнего конца в направляющем отверстии 34 стакана 13.
В нижней части штока 31 установлена упорная шайба 35 с гайкой 36, выполненные с возможностью воздействия на тарельчатый клапан 23 при продольном перемещении подвижной перегородки 27 со штоком 31.
Таким образом, тарельчатый клапан 23 соосно установлен на штоке 31 с возможностью продольного перемещения под воздействием подвижной перегородки 27 со штоком 31 и связывания в открытом состоянии тормозной 19 и атмосферной 20 полостей.
С целью обеспечения плотной посадки тарельчатого клапана 23 на свое седло 25 и гарантированного отхода упорной шайбы 35 от поверхности тарелки клапана 23 в приведенном примере над подвижной перегородкой 27 дополнительно установлен упругий элемент 37 в виде пружины сжатия, выполненный с возможностью поджатая подвижной перегородки 27 и для поддержания нормально закрытого состояния клапана 23, обеспеченного усилием собственного упругого элемента 24.
Подпоршневая полость 29 пневматически связана с тормозной полостью 19 корпуса 12 посредством канала обратной связи 38 в гильзе 14, сквозных каналов 39 в тарельчатом клапане 23 и сквозных каналов 40, выполненных в стакане 13 корпуса 12.
Уравнительная полость 28 пневморегулятора 9 пневматически связана с датчиком давления 8, предназначенным для осуществления контроля давления воздуха в этой полости блоком контроля и управления 1. При этом количество датчиков может быть увеличено для обеспечения точности контроля давления воздуха и сохранения работоспособности изделия при выходе какого-либо датчика из строя.
Уравнительная полость 28 пневморегулятора пневматически связана с электромагнитными клапанами 4, 5 и 6, управляемыми электрическими сигналами от блока контроля и управления 1. Количество электромагнитных клапанов в уравнительной полости 28 может быть увеличено или уменьшено исходя из обеспечения точности управления темпом изменения давления и надежности.
Электромагнитные выпускные клапаны 4 и 5 выполнены с возможностью связывания в открытом состоянии уравнительной полости 28 пневморегулятора с атмосферой. Электромагнитный распределительный клапан 6 выполнен с возможностью в закрытом состоянии связывания между собой уравнительной полости 28 с тормозной магистралью 11, а в открытом состоянии - их разобщения. При этом размер сечения канала обратной связи 38, связывающего подпоршневую полость 29 с тормозной магистралью 11 подобран с обеспечением более быстрого наполнения через распределительный клапан 6 уравнительной полости 28 по сравнению с подпоршневой полостью 29. На линии связи электромагнитного распределительного клапана 6 с тормозной магистралью 11 установлен фильтрующий элемент 41 для защиты клапана 6 и уравнительной полости 28 пневморегулятора от попадания инородных частиц из тормозной магистрали 11.
Блок контроля и управления 1 выполнен с обеспечением управления одним или одновременно двумя электромагнитными выпускными клапанами 4 и 5 путем подачи на них импульсных электрических сигналов, при этом параметры импульсов зависят от полученного по радиоканалу сигнала разрядки тормозной магистрали в хвосте поезда, соответствующего темпу служебного или экстренного торможения.
Управляемые электромагнитные выпускные клапаны 4 и 5 выполнены с возможностью выпуска порции воздуха из уравнительной полости 28 в атмосферу для создания перепада (разницы) давления между уравнительной полость 28 и подпоршневой полостью 29 с обеспечением воздействия подвижной перегородкой 27 через шток 31 на подпружиненный тарельчатый клапан 23 и установления необходимой величины проходного сечения и продолжительности открытия клапана 23 с целью получения требуемого давления в тормозной магистрали 11 в выбранном режиме торможения.
Таким образом, уравнительная полость 28 пневморегулятора пневматически связана с электромагнитными выпускными клапанами 4 и 5, выполненными с возможностью задания блоком контроля и управления 1 в уравнительной полости 28 давления воздуха необходимой величины с последующим установлением требуемого давления в тормозной магистрали 11 посредством пневморегулятора.
В нашем примере устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда устанавливается на вертикальном ребре жесткости автосцепки посредством смонтированного на его корпусе узла крепления. С тормозной магистралью устройство соединяется ответными частями быстроразъемной головки, смонтированными на корпусе устройства и соединительном рукаве хвостового вагона при закрытом концевом кране.
Передача и прием контрольной и управляющей информации на предлагаемое к защите устройство осуществляется с локомотива поезда системой управления тормозами поездов повышенной массы и длинны, установленной на локомотиве и подключенной к крану машиниста. Во время работы устройства все параметры передаются и фиксируются системой посредством взаимодействия блоков приема/передачи контрольной и управляющей информации устройства контроля и управления тормозной магистралью поезда и системы управления тормозами поезда.
При выполнении краном машиниста служебного или экстренного торможения система управления тормозами поезда передает на устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда соответствующий выбранному режиму торможения радиосигнал. Через антенно-фидерное устройство 3 и блок приема/передачи 2 радиосигнал преобразуется в электрический сигнал и передается на блок контроля и управления 1 (фиг. 1, 2). Микроконтроллер блока контроля и управления 1 формирует сигнал на включение электромагнитного распределительного клапана 6, при срабатывании которого перекрывается сообщение уравнительной полости 28 пневморегулятора 9 с тормозной магистралью 11. Одновременно микроконтроллер блока контроля и управления 1 формирует импульсный сигнал на электромагнитные выпускные клапаны 4 и/или 5, через которые часть сжатого воздуха из уравнительной полости 28 пневморегулятора 9 выходит в атмосферу. При этом в уравнительной полости 28 устанавливается давление воздуха определенной величины, соответствующей необходимому давлению в тормозной магистрали 11 после выполнения ступени торможения и отслеживаемой датчиком давления 8.
В результате возникновения разницы давлений в уравнительной полости 28 и подпоршневой полости 29, связанной с тормозной магистралью 11 посредством канала обратной связи 38 и сквозных каналов 39 и 40, подвижная перегородка 27 со штоком 31 совершает поступательное движение вверх. Нормально закрытый клапан 23 под воздействием шайбы 35 штока 31 подвижной перегородки 27 отходит от седла 25 и соединяет тормозную полость 19 пневморегулятора с атмосферной 20. При этом величина проходного сечения клапана 23, установленная блоком контроля и управления 1 в зависимости от управляющего электрического сигнала с локомотива, обеспечивает выпуск воздуха из тормозной магистрали 11 в атмосферу определенным темпом разрядки тормозной магистрали до установления величины давления в тормозной магистрали равной величине давления, заданной блоком контроля и управления 1 в уравнительной полости 28 пневморегулятора.
При достижении в уравнительной полости 28 требуемого давления, отслеживаемого датчиком давления 8, блок контроля и управления 1 отключает электромагнитные выпускные клапаны 4 и/или 5, прекращая выпуск воздуха из уравнительной полости 28 пневморегулятора в атмосферу. По мере уравнивания давления в тормозной магистрали 11 и в связанной с нею подпоршневой полости 29 с давлением воздуха в уравнительной полости 28 подвижная перегородка 27 со штоком 31 под действием пружины 24 тарельчатого клапана 23 перемещается вниз. Тарельчатый клапан 23 садится на свое седло 25 и перекрывает сообщение тормозной магистрали 11 с атмосферой. При этом давление в уравнительной 28 и подпоршневой 29 полостях отслеживается блоком контроля и управления 1 посредством датчиков давления 7 и 8. После выравнивания давления между уравнительной 28 и подпоршневой 29 полостями блок контроля и управления 1 прекращает подачу электрического сигнала на электромагнитный распределительный клапан 6, сообщая тем самым уравнительную полость 28 пневморегулятора 9 с тормозной магистралью 11.
Таким образом, требуемый темп изменения давления воздуха в тормозной магистрали 11 задается величиной проходного сечения и продолжительностью открытия тарельчатого клапана 23, которые зависят от установившегося в уравнительной полости 28 давления создаваемого электромагнитными клапанами 4 и/или 5.
Устройство контроля и управления тормозной магистралью поезда может осуществлять как ступени торможения, так и экстренное торможение одновременным открытием электропневматических выпускных клапанов 4 и 5 до полного выхода воздуха из уравнительной полости 28 с последующим перемещением вверх до упора в крышку 15 корпуса 12 пневморегулятора 9 в результате перепада давлений подвижной перегородки 27 со штоком 31 и открытием тарельчатого клапана 23 на максимальную величину проходного сечения.
Предложенная конструкция устройства для контроля и управления тормозной магистралью поезда позволяет осуществлять со стороны хвостового вагона требуемые темпы служебного и экстренного торможения поезда независимо от величины давления в тормозной магистрали поезда и ее протяженности.