УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО УДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА В НЕПОДВИЖНОМ СОСТОЯНИИ

Данная полезная модель относится к устройству для статического удержания железнодорожного вагона в неподвижном состоянии.
ПРЕДПОСЫЛКИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Во многих ситуациях на сортировочных станциях, независимо от того будет это сортировка, погрузка, выгрузка или хранение, имеется необходимость в удержании железнодорожного вагона или состава из сцепленных вагонов в неподвижном положении, чтобы обеспечить безопасные условия для выполнения работы на железнодорожном вагоне, или составе вагонов, или около них.
Существующие в настоящее время тормозные устройства не способны обеспечить постоянное удержание вагона, стоящего на уклоне. Они предрасположены к возникновению утечки, вызывающей смещение тормозного устройства и в конечном итоге позволяющей вагону медленно перемещаться.
Целью данной полезной модели является создание устройства, способного создавать положительное удерживающее или задерживающее усилие, действующее на железнодорожный вагон, и при этом удерживать указанный вагон или даже состав вагонов в неподвижном состоянии в определенном положении после остановки и установки вагона или состава вагонов на месте. Данная полезная модель предназначена для использования на железнодорожных путях, имеющих уклон от небольшого до пологого, для удержания вагонов в неподвижном состоянии после их установки на месте, и поэтому удержание рассматривается как статическое.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В соответствии с данной полезной моделью предложено устройство для статического удержания или фиксации неподвижного железнодорожного вагона или состава вагонов на железнодорожных путях, имеющих уклон от небольшого до пологого,
причем данное устройство содержит заполненный газом цилиндр, имеющий выпуклую головку, гильзу и основание, причем в указанном цилиндре герметически закрыт инертный газ, гидравлическое масло и поршневой узел,
головка поршневого узла выполнена с возможностью разделения гильзы цилиндра на верхнюю камеру и нижнюю камеру,
цилиндр выполнен с возможностью размещения в корпусе и прикрепления к внутренней части рельса железнодорожного пути, и расположен так, что головка цилиндра выступает над головкой рельса с обеспечением контакта с ребордой колеса неподвижного железнодорожного вагона,
цилиндр выполнен с возможностью перемещения под действием давления из выдвинутого положения, в котором головка цилиндра контактирует с ребордой колеса, предотвращая перемещение колеса и поддерживая вагон в неподвижном состоянии даже на уклоне, в сжатое положение, в котором головка цилиндра сдвинута ниже головки рельса, позволяя колесу вагона перемещаться,
причем в головке поршневого узла расположена клапанная система для регулирования прохождения масла под давлением из верхней камеры в нижнюю камеру, а затем для управления перемещением головки цилиндра из выдвинутого положения в сжатое положение, и, кроме того, давление удержания цилиндра, удерживающее головку цилиндра в выдвинутом положении, равно усилию сопротивления реборды колеса неподвижного вагона, но меньше усилия, прикладываемого движущимся локомотивом, с обеспечением тем самым возможности преднамеренного перемещения вагона.
В головке корпуса поршня расположены по меньшей мере одно гидравлическое уплотнение и по меньшей мере одно поршневое кольцо для изоляции верхней камеры от нижней камеры. В предпочтительном варианте выполнения данной полезной модели в головке корпуса поршня расположены два гидравлических уплотнения и два поршневых кольца.
Дополнительно имеется клапанная система, содержащая тарельчатый клапан, проточно сообщающийся с одним или более выпускными проходными отверстиями для обеспечения прохождения масла между верхней камерой и нижней камерой, причем тарельчатый клапан выполнен с возможностью перемещения под действием давления из закрытого положения, в котором проходные отверстия закрыты с предотвращением прохождения масла из верхней камеры в нижнюю камеру, в открытое положение, в котором проходные отверстия открыты с обеспечением возможности прохождения масла и понижения давления.
Головка тарельчатого клапана выполнена с возможностью уплотнения относительно регулируемого седла клапана, а основание тарельчатого клапана поджато к одной или более тарельчатым пружинам, расположенным в основании поршневой головки.
Центральное проходное отверстие расположено в седле клапана для обеспечения прохождения потока масла из верхней камеры в тарельчатый клапан.
Головка тарельчатого клапана имеет плоскую торцевую поверхность, в центре которой выточено глухое отверстие для размещения основания седла клапана, которое сужается с закругленными сторонами, так что лишь нижняя часть основания седла клапана имеет диаметр, который меньше или равен диаметру глухого отверстия тарельчатого клапана, и выполнена с возможностью размещения в глухом отверстии тарельчатого клапана. Верхний участок основания седла клапана имеет диаметр, превышающий диаметр глухого отверстия, и выступает над глухим отверстием.
Закругленные стороны основания седла клапана позволяют тарельчатому клапану смещаться по поверхности седла и обеспечивать надлежащее уплотнение, исключающее небольшие протечки, обусловленные рассогласованием, даже в случае износа или допусков.
Тарельчатый клапан разделен на две ступени, а именно первую ступень, имеющую диаметр глухого отверстия, которая проточно сообщается с центральным проходным отверстием седла клапана, и вторую ступень, имеющую диаметр плоской торцевой поверхности тарельчатого клапана, в которой расположено глухое отверстие.
Такая геометрия обеспечивает двухступенчатое функционирование тарельчатого клапана, то есть, когда масло в центральном проходном отверстии оказывает на глухое отверстие тарельчатого клапана гидравлическое давление, достаточное для преодоления противодействующих усилий тарельчатой пружины, будет достигнуто давление открытия клапана, при этом целостность первой ступени клапанного уплотнения будет нарушена, что приведет к открытию клапана и протеканию масла, которое заполнит объем, расположенный выше плоской поверхности или второй ступени тарельчатого клапана. Поскольку эта поверхность имеет диаметр, превышающий диаметр глухого отверстия первой ступени, то при продолжении воздействия гидравлического давления будет прикладываться большее усилие к тарельчатым пружинам при том же давлении, при котором открывается первая ступень. Это заставляет тарельчатый клапан перемещаться дальше, обеспечивая большее пропускное сечение выпускных отверстий в поршневом корпусе, подлежащих открытию, и обеспечивая вытекание масла из верхней камеры, что приводит к значительному падению давления.
Седло клапана имеет резьбу и может быть завинчено или вывинчено для увеличения или уменьшения давления, действующего на тарельчатые пружины, расположенные под тарельчатым клапаном, с обеспечением тем самым воздействия на давление открытия тарельчатого клапана
Отношение диаметра глухого отверстия, или первой ступени, к диаметру плоской торцевой поверхности, или второй ступени тарельчатого клапана, может быть отрегулировано в зависимости от требуемого расхода поршня, при этом данное отношение может находиться в диапазоне от 1:1 до 1:10 и ограничивается диаметром цилиндра. Причем, чем больше данное отношение, тем больше будет усилие второй ступени, воздействующее на тарельчатые пружины при одинаковом давлении, что дает возможность лучшего и большего открытия тарельчатого клапана. В предпочтительном варианте выполнения данной полезной модели это отношение равно 1:2.
Диаметр первой ступени тарельчатого клапана ограничивается требованиями к максимальному расходу масла, непосредственно зависящему от скорости скатывания вагонов или составов. Более маленький диаметр потребует меньшего противодействующего усилия тарельчатых пружинных шайб для удержания клапана в закрытом состоянии по сравнению с давлением, прикладываемым седлом клапана к тарельчатому клапану.
Давление тарельчатых пружин, к которым поджато основание тарельчатого клапана, задают достаточно высоким, чтобы обеспечивать противодействие тарельчатого клапана его открытию под действием давления, оказываемого колесом неподвижного вагона на выпуклую головку цилиндра.
Как только давление, оказываемое на тарельчатый клапан, уменьшится до значения ниже минимального необходимого усилия открытия или срабатывания, тарельчатые пружинные шайбы будут прижимать тарельчатый клапан обратно к седлу клапана.
Отверстие для обратного потока, регулируемое однонаправленным обратным клапаном, расположено в головке корпуса поршня для регулирования обратного потока масла, проходящего из нижней камеры в верхнюю камеру, с обеспечением тем самым возврата головки цилиндра из сжатого положения в выдвинутое положение.
Отверстие для обратного потока выполнено с возможностью регулировки его размера для регулирования скорости обратного хода, а миниатюрный обратный клапан предпочтительно имеет низкое давление открытия.
Головка цилиндра предпочтительно имеет выпуклую форму.
Цилиндр является автономным.
Инертный газ, используемый для заполнения поршня, предпочтительно является азотом.
Данное устройство может быть установлено для предотвращения движения только в одном направлении путем установки устройств лишь с одной стороны колес, как вариант, устройство может быть установлено с обеих сторон колес для предотвращения движения в обоих направлениях.
Кроме того, возможна совместная установка более одного устройства для увеличения усилия сопротивления, действующего на колесо.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже, только в качестве примера, приведено описание предпочтительного варианта выполнения полезной модели со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 представляет собой вид сбоку предложенного удерживающего вагон устройства,
фиг. 2 представляет собой вид в аксонометрии предложенного удерживающего вагон устройства при его использовании,
фиг. 3 представляет собой вид в разрезе устройства, показанного на фиг. 1,
фиг. 4 представляет собой вид в разрезе головки поршня и клапанной системы по данной полезной модели, при этом клапан находится в закрытом положении,
фиг. 5 представляет собой вид в разрезе головки поршня и клапанной системы по данной полезной модели, при этом клапан находится в открытом положении,
фиг. 6 представляет собой вид в сечении седла клапана и тарельчатого клапана,
фиг. 7а и 7b иллюстрируют переход клапана из частично открытого в полностью открытое состояние,
фиг. 8 представляет собой другой вид в аксонометрии предложенного устройства при его использовании,
фиг. 9 представляет собой вид устройства, показанного на фиг. 8, в сжатом положении,
фиг. 10 представляет собой вид в аксонометрии варианта использования предложенного устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Обратимся к фиг. 1-3, на которых одинаковые элементы данной полезной модели обозначены одинаковыми номерами позиций. Устройство (10) для статического удержания или фиксации неподвижного железнодорожного вагона или состава вагонов на железнодорожных путях, имеющих уклон от небольшого до пологого, содержит автономный заполненный газом цилиндр (12), имеющий выпуклую головку (14), полую гильзу (16) и основание (18). Инертный газ, такой как азот (20), гидравлическое масло (22) и поршневой узел (24) герметически закрыты внутри цилиндра (12) с помощью сальника (26), расположенного вблизи основания цилиндра.
Цилиндр (12) размещен в корпусе (28) и выполнен с возможностью прикрепления к внутренней части рельса (30) железнодорожного пути, при этом цилиндр расположен так, что головка (14) цилиндра выступает над головкой рельса (30) с обеспечением контакта с ребордой (32) колеса неподвижного железнодорожного вагона.
В соответствии с фиг. 3 поршневой узел (24) содержит корпус (34) поршня и шток (37) поршня, проходящий от основания (18) цилиндра (12).
В головке корпуса (34) поршня расположены два специальных манжетных гидравлических уплотнения (31) и два поршневых кольца (33), выполненных из бронзы, причем указанная головка разделяет гильзу (16) цилиндра на верхнюю камеру (35) и нижнюю камеру (36). Специальные манжетные уплотнения создают надежное уплотнение, обеспечивающее изоляцию указанных двух камер друг от друга. В корпусе (34) поршня также расположена клапанная система для регулирования прохождения потока масла (22) под давлением из верхней камеры в нижнюю камеру гильзы (16).
В соответствии с фиг. 4-7 клапанная система содержит тарельчатый клапан (38), проточно сообщающийся с одним или несколькими выпускными проходными отверстиями (40), расположенными по периметру корпуса (34) поршня под его головкой и обеспечивающими прохождение потока масла между верхней камерой (35) и нижней камерой (36). Головка тарельчатого клапана (38) выполнена с возможностью уплотнения относительно (регулируемого) седла (42) клапана, причем основание тарельчатого клапана (38) поджато к одной или более тарельчатым пружинам (44), расположенным в основании корпуса (34) поршня.
В седле (42) клапана расположено центральное проходное отверстие (46), через которое масло может проходить из верхней камеры (36) в тарельчатый клапан (38).
В соответствии с фиг. 6 головка тарельчатого клапана (38) имеет плоскую торцевую поверхность (48), в центре которой выточено глухое отверстие (50) для размещения основания (52) седла (42) клапана. Основание (52) седла (42) клапана сужается с закругленными сторонами, так что лишь часть указанного основания имеет диаметр, который меньше или равен диаметру глухого отверстия (50) тарельчатого клапана, и выполнена с возможностью размещения в указанном отверстии (50). Верхний участок основания (52) седла клапана имеет диаметр, превышающий диаметр глухого отверстия (50), и выступает над указанным глухим отверстием.
Закругленные стороны основания (52) седла (42) клапана позволяют тарельчатому клапану смещаться по поверхности седла и обеспечивать надлежащее уплотнение, исключающее небольшие протечки, обусловленные рассогласованием, даже в случае износа или допусков.
Седло клапана (42), снабженное резьбой, может быть завинчено или вывинчено для увеличения или уменьшения давления, действующего на тарельчатые пружины (44), расположенные под тарельчатым клапаном, влияя таким образом на давление открытия тарельчатого клапана (38).
Геометрия тарельчатого клапана (38) обеспечивает двухступенчатое функционирование. На первом этапе и в соответствии с фиг. 4 приложение давления к головке (14) цилиндра вызывает сжатие газообразного азота (20) и как следствие повышение гидравлического давления. Это повышение гидравлического давления передается к поверхности глухого отверстия (50) тарельчатого клана (38) с помощью масла в центральном проходном отверстии (46). Однако в начальной стадии давление не будет достаточно большим, чтобы преодолеть поджимающее усилие тарельчатых пружин (44) на клапане (38), и тарельчатый клапан будет оставаться в закрытом состоянии. Это давление будет продолжать повышаться до тех пор, пока колесо (32) вагона будет прикладывать усилие.
В соответствии с фиг. 5, 7а и 7b, при увеличении усилия от колеса (32) будет увеличиваться усилие, действующее на головку (12) цилиндра, при этом масло в центральном проходном отверстии (46) седла клапана будет оказывать большее давление на первую ступень (50) (поверхность глухого отверстия) тарельчатого клапана. Это давление передается через клапан (38) к пружинам (44), пока не будет достигнуто давление открытия тарельчатого клапана. После превышения прикладываемым давлением усилия сопротивления тарельчатых пружин, тарельчатый клапан будет приоткрыт, давая возможность маслу проходить и заполнять объем выше плоской поверхности (48), или второй ступени тарельчатого клапана. Вследствие увеличения площади, подвергающейся давлению масла во второй ступени при том же давлении, что и давление, приложенное к первой ступени, поверхность тарельчатого клапана будет испытывать действие усилия, превышающего усилие, действующее на первую ступень, и будет продвигаться для дальнейшего открытия, давая возможность маслу проходить через выпускные проходные отверстия (40) в нижнюю камеру (36), вызывая значительное падение давления и обеспечивая осадку головки цилиндра ниже головки рельса (30) с последующим перемещением колес (32) вагона.
Натяжение тарельчатых пружин (44) задают достаточно высоким, чтобы обеспечивать противодействие тарельчатого клапана (38) его открытию под действием давления, оказываемого колесом неподвижного вагона на выпуклую головку (14) цилиндра. Натяжение тарельчатых пружин (44) прямо пропорционально усилию, которое цилиндр (12) должен приложить к колесу вагона для противодействия перемещению вагона и удержания его в неподвижном положении.
Тарельчатые пружины (44) смещают тарельчатый клапан (38) в закрытое положение так, что как только давление, действующее на клапан (38), становится ниже минимума усилия, необходимого для открытия, то пружинные шайбы (44) будут поджимать клапан (38) обратно к седлу (42) клапана, закрывая выпускные проходные отверстия (40) и предотвращая дальнейшее прохождение масла в нижнюю камеру (36).
В соответствии с фиг. 4 и 5 отверстие (54) для обратного потока, регулируемое однонаправленным обратным клапаном (56), расположено в головке корпуса поршня для регулирования обратного потока масла, проходящего из нижней камеры в верхнюю камеру, с обеспечением тем самым возврата головки (14) цилиндра из сжатого положения в выдвинутое положение. Обратный клапан (56) установлен последовательно выше по потоку с дозирующим возвратным отверстием (58) на нижней стороне головки (34) корпуса поршня.
Во время хода сжатия, когда цилиндр сдвигается вниз, внутреннее давление повышается и обратный клапан (56) закрывается, изолируя отверстие (58).
Во время обратного хода обратный клапан (56)открывается, позволяя маслу проходить обратно в верхнюю камеру через дозирующее возвратное отверстие (58). Размер дозирующего отверстия (58) непосредственно перед обратным клапаном (56) регулирует расход обратного потока. Путем регулирования его размера можно отрегулировать обратную скорость цилиндра (12). Регулирование потока масла, проходящего из нижней камеры (36) в верхнюю камеру (35), осуществляется, когда цилиндр (12) возвращается в выдвинутое положение после его поджатия колесом (32) вагона.
Кроме того, в корпусе (34) поршня ниже тарельчатого клапана (38) выполнены спускные отверстия (60, 62), предотвращающие сброс давления ниже тарельчатого клапана и в полости тарельчатых пружин, которое может препятствовать перемещению тарельчатого клапана.
При эксплуатации, если приложенное колесом вагона усилие не достаточно велико чтобы увеличить давление выше давления открытия тарельчатого клапана, то тарельчатый клапан (38) не будет открываться и не допустит прохождения масла, при этом будет невозможно поджатие цилиндра (12) и в результате будет сохраняться действующее на вагон удерживающее усилие. Несмотря на то, что азот (20) является сжимаемым газом и может допустить некоторое перемещение при приложении к цилиндру (12) усилия, тем не менее, это движение будет прекращено после полного сжатия азота до тех пор, пока прикладываемое к цилиндру (12) усилие меньше усилия, необходимого для обеспечения давления, достаточного для открытия тарельчатого клапана (38), поскольку масло является несжимаемой жидкостью.
При необходимости перемещения состава к нему прикладывают толкающее или тяговое усилие с помощью двигателя локомотива или подобного ему. Это усилие передается на цилиндр (12) через колеса, которые действуют на цилиндр в качестве рычага. По мере движения колеса (32) вагона и его контакта с выпуклой головкой (14) цилиндра (12), на цилиндр (12) начинает действовать усилие, и внутреннее гидравлическое давление увеличивается. Увеличение гидравлического давления обусловлено уменьшением объема верхней камеры по мере сжатия газообразного азота (20). Давление будет повышаться до тех пор, пока колесо (32) вагона прикладывает усилие. При увеличении прикладываемого колесом (32) усилия давление будет повышаться и превысит давление открытия тарельчатого клапана. Тарельчатый клапан (38) будет перемещаться и откроет первую ступень, давая возможность маслу проходить и заполнять объем выше второй ступени тарельчатого клапана. Вследствие увеличения площади второй ступени тарельчатого клапана и при давлении, равном давлению, приложенному к первой ступени, тарельчатый клапан будет подвергаться действию усилия, превышающего усилие, действующее на первую ступень вследствие увеличения площади, и поджимающего клапан (38) с обеспечением его большего открытия.
В соответствии с фиг. 7а и 7b клапан (38) окружен выпускными проходными отверстиями (40), просверленными по периметру корпуса тарельчатого клапана непосредственно ниже головки (34) корпуса поршня. Увеличение усилия, действующего на тарельчатый клапан (38), заставляет его открываться в большей степени с увеличением тем самым проходного сечения между седлом (42) и тарельчатым клапаном (38) и увеличением, таким образом, открытия выпускных отверстий (40), а также увеличением потока масла. Положение поверхности (48) второй ступени тарельчатого клапана относительно выпускных отверстий (40) может быть изменено для достижения различных уровней падения давления и расхода, что в свою очередь будет влиять на величину усилия второй ступени. Такое решение позволит точно настраивать параметры нагрузки и энергии в конкретных случаях, где необходимо обеспечить ограничение усилия.
Таким образом железнодорожный вагон, или состав сцепленных вагонов, может быть перемещен из положения удержания путем приложения усилия, достаточно большого, чтобы преодолеть противодействующее поджимающее усилие тарельчатых пружин (44), действующее на клапан (38), и открыть его.
Тарельчатый клапан (38) будет оставаться в открытом состоянии только до тех пор, пока прикладываемое колесом (32) усилие не превысит усилия, необходимого для увеличения давления выше давления открытия для поддержания тарельчатого клапана в открытом состоянии, при этом после уменьшения прикладываемого колесом усилия ниже уровня, требуемого для поддержания тарельчатого клапана в открытом состоянии, пружинные шайбы (44) будут поджимать тарельчатый клапан обратно к седлу (42), запирая клапан в закрытом состоянии. При этом тарельчатый клапан вновь приводится в состояние готовности для выполнения нового удержания.
Время обратного хода масла из нижней камеры в верхнюю камеру регулируется размером дозирующего отверстия (58), расположенного под обратным клапаном (56). Ограничение обратного потока масла уменьшает время и скорость обратного хода и тем самым ограничивает каждую длину последующего хода следующих колес. По мере увеличения скорости выкатывающихся вагонов все в меньшей степени происходит возвращение цилиндра (12) перед его контактом со следующим колесом с уменьшением тем самым эффективного хода и следовательно с уменьшением отбора энергии устройством.
Также необходимо, чтобы устройство непрерывно удерживало его уплотнение в течение 24 часов. Конечное состояние удержания не приводит к перемещению цилиндра (12) с момента его блокировки в течение 24 часов.
Специальные манжетные уплотнения (31) с геометрией, обеспечивающей положительное уплотнение, а также положительные активизирующие средства, надежно изолируют верхнюю и нижнюю камеры друг от друга выше и ниже головки (34) корпуса поршня при динамических ситуациях вплоть до скорости вагона в 30 км/час.
Данное устройство не требует внешнего управления, так как все регулирование осуществляет внутренняя система клапанов и отверстий, при этом устройство реагирует на давление, создаваемое внешним усилием, прикладываемым вагоном с помощью локомотива, необходимого для перемещения состава или вагона.
В соответствии с фиг. 3 устройство (10) может быть установлено для предотвращения перемещения только в одном направлении при установке устройства (10) лишь с одной стороны колес. Как вариант и в соответствии с фиг. 8 и 9 устройство может быть использовано для предотвращения перемещения в обоих направлениях путем установки с обеих сторон колес. Кроме того, как вариант и в соответствии с фиг. 10 также возможна установка устройств рядом друг с другом для увеличения усилия сопротивления, приходящегося на колесо. Усилие, необходимое для срабатывания тарельчатого клапана, остается постоянным на протяжении хода цилиндра. Такое решение обеспечивает идеальный способ установки для содействия расцеплению на вершинах горки, или если необходимо расцепить вагоны и для этого требуется обеспечить сжатие сцепляющих средств, чтобы сцепляющее средство можно было легко открыть.