ПРУЖИННЫЙ СТОЯНОЧНЫЙ ТОРМОЗ С МЕХАНИЗМОМ ПОВТОРНОЙ УСТАНОВКИ ТОРМОЗА С ШАРИКОВЫМ ВИНТОМ
SPRING PARKING BRAKE WITH BRAKE REPEATED SETTING MECHANISM WITH BALL SCREW

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Данная заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на выдачу патента США № 61/733,456, зарегистрированной 5 декабря 2012 года и озаглавленной "Spring-Applied Parking Brake With Ball Screw Reset Mechanism (Пружинный стояночный тормоз с механизмом повторного приведения в действие с шариковым винтом), раскрытие которой полностью включено в материалы настоящей заявки посредством ссылки.
Уровень техники изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к пружинному стояночному тормозу для железнодорожных вагонов, который обычно отпускается посредством использования пневматического давления. Данное раскрытие дополнительно относится к отпусканию и повторному применению стояночного тормоза, например, используя механизм повторной установки тормоза с шариковым винтом.
Описание предшествующего уровня техники
Рабочие тормоза для железнодорожных вагонов обычно применяются посредством пневматических цилиндров, снабжаемых сжатым воздухом посредством ведущего локомотива или двигателя. При отделении железнодорожного вагона от ведущего локомотива, например, в процессе составления поезда стояночный тормоз необходим для предотвращения бесконтрольного перемещения железнодорожного вагона. Стояночный тормоз обычно является пружинным. Толкатели, соединенные с поршнями, приводимыми в действие пружинами, соединяются с тормозными передачами для выполнения функции торможения при отсутствии соединения железнодорожного вагона с ведущим локомотивом. Пружинные тормоза могут освобождаться посредством пневматического давления при возобновлении соединения вагона с ведущим вагоном или источником сжатого воздуха.
В некоторых пружинных тормозах предшествующего уровня техники предоставляется ручное освобождение для отсоединения поршня от толкателя, таким образом, обусловливая перемещение вагона. В другом случае предшествующего уровня техники применение и освобождение силы стояночного тормоза осуществляется либо с помощью давления воздуха, либо с помощью механического вращающего действия. В этом случае управление соединением между поршнем, приводимым в действие пружинами, и толкателем осуществляется посредством гайки, навинченной на толкатель, выполненной с возможностью ее вращения ручными средствами, такими как колесо ручного управления. В этом устройстве используется традиционное резьбовое соединение между гайкой и толкателем, тем самым требуя существенного ручного усилия для приведения в действие ручного освобождения пружинного тормоза. В некоторых вариантах осуществления может потребоваться более 40 поворотов колеса ручного управления до того, как пружинная сила будет освобождена, и железнодорожный вагон можно будет перемещать. Этот процесс является очень неэффективным и требует существенного количества времени и ручных усилий. Кроме того, в традиционных пружинных тормозах требуется значительное количество времени для их приведения в действие вручную или освобождения. Соответственно в данной области техники существует потребность в пружинном стояночном тормозе для железнодорожного вагона, преодолевающего различные недостатки предшествующего уровня техники.
Сущность изобретения
Кратко, согласно одному из вариантов осуществления может предоставляться пружинный стояночный тормоз с возможностью его освобождения вручную и повторного приведения в действие, содержащий пневматический цилиндр с цилиндрической стенкой и первой стенкой напротив второй стенки. Поршень выполнен с возможностью его перемещения внутри пневматического цилиндра и уплотнен относительно цилиндрической стенки. По меньшей мере, одна пружина может проходить между поршнем и второй стенкой для смещения поршня к первой стенке при сбрасывании давления в пневматическом цилиндре. Стояночный тормоз может дополнительно включать в себя впускное отверстие для приложения пневматического давления для перемещения поршня ко второй стенки с противодействием силе пружины. Колесо ручного управления может быть снабжено шпинделем, соединенным при работе с колесом ручного управления, для перемещения ручного механизма повторной установки тормоза. В одном из вариантов осуществления толкатель может быть соединен с ручным механизмом повторной установки тормоза и проходить через цилиндр и первую стенку. Ручной механизм повторной установки тормоза выполнен с возможностью вращения и перемещения толкателя относительно поршня в соответствии с направлением вращения колеса ручного управления при ручном вращении колеса ручного управления вручную.
Согласно другому варианту осуществления ручной механизм повторной установки тормоза для стояночного тормоза может включать в себя резьбовой вал, содержащий первый конец, соединенный с возможностью скольжения с первым концом шпинделя, и второй конец, соединенный с толкателем, и шариковую гайку, зацепленную с возможностью вращения с резьбовым стержнем. Шариковая гайка может быть неподвижно расположена относительно поршня. Резьбовой вал может быть полым и включать в себя шпоночный паз для зацепления с возможностью скольжения со шпонкой, проходящей через вал. Шариковая гайка может быть установлена внутри рукава, соединенного с поршнем.
Согласно дополнительному варианту осуществления пружинный стояночный тормоз может включать в себя пару концентрических пружин. Колесо ручного управления может быть соединено с коробкой передач, содержащей первую коническую зубчатую передачу, взаимодействующую со второй конической зубчатой передачей. Первая и вторая конические зубчатые передачи могут содержать прямые или спиральные зубы. В еще одном варианте осуществления второй конец шпинделя содержит зубчатый храповик, взаимодействующий с возможностью освобождения с механизмом освобождения штыря. Механизм освобождения штыря может включать в себя подпружиненный извлекаемый штырь, выполненный с возможностью выборочного зацепления с зубчатым храповиком. Кроме того, колесо ручного управления может быть соединено с коробкой передач, включающей в себя вал, содержащий первую часть вала, выборочно взаимодействующую со второй частью вала, или же посредством выборочно взаимодействующих передач в коробке передач. Первая часть вала и вторая часть вала выполнены с возможностью их выборочного взаимодействия посредством подпружиненного механизма.
Согласно еще одному варианту осуществления стояночный тормоз для железнодорожного вагона включает в себя пневматический цилиндр, содержащий цилиндрическую стенку и первую и вторую стенки. Поршень выполнен с возможностью перемещения внутри пневматического цилиндра и уплотнен относительно цилиндрической стенки. По меньшей мере, одна пружина может проходить между поршнем и второй стенкой для смещения поршня к первой стенке при сбрасывании давления в пневматическом цилиндре. Может предусматриваться впускное отверстие для приложения пневматического давления для перемещения поршня ко второй стенке с противодействием силе пружины. Колесо ручного управления может быть снабжено шпинделем, соединенным при работе с колесом ручного управления, для перемещения ручного механизма повторной установки тормоза, содержащего резьбовой вал, содержащий первый конец, соединенный с возможностью скольжения с первым концом шпинделя, и второй конец, соединенный с толкателем и шариковой гайкой, зацепленной с возможностью вращения с резьбовым валом. Толкатель выполнен с возможностью соединения с ручным механизмом повторной установки тормоза и прохождения через цилиндр и первую стенку. Ручной механизм повторной установки тормоза выполнен с возможностью его вращения и перемещения толкателя относительно поршня в соответствии с направлением вращения колеса ручного управления при вращении вручную колеса ручного управления.
Краткое описание чертежей
Дополнительные признаки и другие цели и преимущества станут очевидны из последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 – вид в перспективе пружинного стояночного тормоза в освобожденном вручную состоянии согласно одному из вариантов осуществления;
Фиг. 2 - вид сбоку пружинного стояночного тормоза, показанного на фиг. 1;
Фиг. 3 - вид сверху пружинного стояночного тормоза, показанного на фиг. 1;
Фиг. 4 - вид в поперечном сечении пружинного стояночного тормоза, показанного на фиг. 1, демонстрирующий механизм штыря ручного освобождения;
Фиг. 5 - вид в поперечном сечении пружинного стояночного тормоза, показанного на фиг. 1, демонстрирующий механизм колеса ручного управления и коробку передач;
Фиг. 6 - вид в поперечном сечении пружинного стояночного тормоза, показанного на фиг. 1, в пневматически освобожденном состоянии; и
Фиг. 7 - вид в поперечном сечении пружинного стояночного тормоза в приведенном в действие состоянии.
Подробное описание изобретения
Для описания в материалах настоящей заявки термины «верхний», «нижний», «правый», «левый», «вертикальный», «горизонтальный», «верхний», «нижний», «поперечный», «продольный» и их производные относятся к варианту осуществления в его ориентации на фигурах чертежей. Тем не менее, следует понимать, что в изображенный вариант осуществления могут быть внесены альтернативные изменения и последовательности этапов, если явно не указано обратное. Также следует понимать, что конкретные устройства и процессы, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах и раскрываемые в дальнейшем описании, являются просто примерными вариантами осуществления. Следовательно, конкретные размеры и другие физические характеристики, связанные с вариантами осуществления, раскрытыми в материалах настоящей заявки, не должны рассматриваться, как ограничительные.
Со ссылкой на чертежи, на которых одни и те же ссылочные позиции обозначают одни и те же части на нескольких их видах, настоящее раскрытие в целом описывает пружинный стояночный тормоз для железнодорожного вагона с возможностью освобождения посредством использования пневматического давления. Со ссылкой на фиг. 1-3 стояночный тормоз 10 включает в себя цилиндрический корпус 12, содержащий боковую стенку и часть 14 основания с пневматическим соединителем 16, выполненным с возможностью соединения с пневматической линией, идущей от источника сжатого воздуха под давлением. Пневматический соединитель 16 выполнен с возможностью доставки воздуха в и/или из цилиндрического корпуса 12 для пневматического освобождения стояночного тормоза 10. Цилиндрический корпус 12 может включать в себя выпускное отверстие 18 для выпуска воздуха из части цилиндрического корпуса 12 не под давлением во время приведения в действие или освобождения стояночного тормоза 10.
Колесо 20 ручного управления снабжено рукояткой 22 для ручного освобождения или повторного приведения в действие стояночного тормоза 10 при недоступном пневматическом соединении. В другом варианте осуществления колесо 20 ручного управления может быть заменено неподвижной или съемной рукояткой. Ручной механизм 24 освобождения штыря, содержащий извлекаемый штырь, механически соединен с колесом 20 ручного управления для вращения колеса 20 ручного управления для повторного приведения в действие вручную стояночного тормоза 10. Принцип работы стояночного тормоза 10 будет описан далее в материалах настоящей заявки со ссылкой на фиг. 4-7.
Далее, со ссылкой на фиг. 4-5, виды в поперечном сечении стояночного тормоза 10 иллюстрируют внутренние компоненты стояночного тормоза 10 при установлении стояночного тормоза 10 вручную в освобожденное положение. Цилиндрический корпус 12 имеет полую конструкцию, содержащую внутреннюю полость 28 с частью 14 основания, соединенной с одного конца, и кольцеобразной стенкой 30, соединенной с противоположного конца. Поршень 32 расположен с возможностью скольжения во внутренней полости 28 цилиндрического корпуса 12 и уплотнен с боковой стенкой внутренней полости 28 посредством, например, уплотняющего элемента 34, расположенного в кольцеобразном желобе, проходящем по внешнему периметру поршня 32. В одном из вариантов осуществления уплотняющий элемент 34 может являться П-образной манжетой, зацепленной с боковой стенкой цилиндрического корпуса 12. Пара концентрических пружин 36, 38 расположены между кольцеобразной стенкой 30 и поршнем 32 для смещения поршня 32 в направлении части 14 основания. Цилиндр 40 ограничен поршнем 32 и частью 14 основания. Цилиндр 40 находится в соединении по текучей среде с пневматическим соединителем 16 для введения сжатого под давлением воздуха в цилиндр 40 и перемещения поршня 32 к кольцеобразной стенке 30 для вывода из зацепления стояночного тормоза 10. Повышение давления в цилиндре 40 с помощью сжатого под давлением воздуха, доставляемого через пневматический соединитель 16, заставляет поршень 32 перемещаться к кольцеобразной стенке 30, под действием повышения давления в цилиндре 40 с помощью сжатого воздуха, доставляемого через пневматический соединитель 16, с противодействием давлению, прикладываемому посредством концентрических пружин 36, 38. Стояночный тормоз 10 выполнен с возможностью его пневматического освобождения за счет перемещения поршня 32 внутри цилиндра 40. Пружины 36, 38 выполнены с возможностью перемещения поршня 32 назад к части 14 основания при снятии давления воздуха.
Толкатель 42 расположен по центру внутри цилиндра 40 и выполнен с возможностью его перемещения вдоль оси относительно части 14 основания и цилиндра 40. В положении, в котором стояночный тормоз находится в зацеплении, например, как проиллюстрировано на фиг. 7, первый конец толкателя 42 проходит через центральное отверстие 44 и части 14 основания. Толкатель 42 уплотнен на границе с частью 14 основания и цилиндром 40 посредством одного или более уплотняющих элементов 46. В одном из вариантов осуществления один или более уплотняющих элементов 46 могут являться П-образной манжетой, выполненной с возможностью зацепления с боковой стенкой цилиндрического корпуса 12.
Все еще со ссылкой на фиг. 4-5 толкатель 42 соединен на своем втором конце с нижней частью резьбового стержня 48 механизма 50 повторной установки тормоза с шариковым винтом, выполненного с возможностью освобождения вручную и повторного приведения в действие стояночного тормоза 10. Резьбовой стержень 48 соединен при работе со шпинделем 52 с возможностью его вращения для соответствующего вращения резьбового вала 48. Спиральная резьба проходит по внешней части резьбового вала 48. Полая внутренняя часть резьбового вала 48 включает в себя шпоночный паз (не показан), проходящий по всей длине резьбового вала 48. Шпоночный паз выполнен с возможностью приема шпонки 54, проходящей через нижнюю часть шпинделя 52. Такая конструкция обусловливает возможность скольжения резьбового вала 48 вдоль оси относительно нижнего конца шпинделя 52 и в то же время возможность вращения резьбового вала 48 вместе с вращением шпинделя 52. Резьбовой вал 48 выполнен с возможностью взаимодействия с шариковой гайкой 56, неподвижно закрепленной на цилиндрическом рукаве 58, расположенном вокруг втулки. Цилиндрический рукав 58 соединен с верхней поверхностью поршня 32 с возможностью перемещения поршня 32 по оси для соответствующего перемещения цилиндрического рукава 58. В одном из вариантов осуществления шариковая гайка неподвижно закреплена на цилиндрическом рукаве 58 посредством установочного винта 60. Так как шариковая гайка 56 находится в неподвижном соединении с цилиндрическим рукавом 58 с возможностью вращения шпинделя 52 для соответствующего вращения резьбового вала 48, в свою очередь обусловливающего перемещение резьбового вала 48 относительно шариковой гайки 56. Работа стояночного тормоза 10 для осуществления ручного освобождения и повторного приведения в действие стояночного тормоза будет описана далее более подробно в материалах настоящей заявки.
Со ссылкой на фиг. 5, верхняя часть шпинделя 52 проходит через кольцеобразную стенку 30 для вхождения в зацепление с коробкой 62 передач. Коробка 62 передач выполнена с возможностью приложения вращающего воздействия, перпендикулярного шпинделю 52, что будет описано далее. Как показано на фиг. 5, на шпинделе 52 предусмотрена первая коническая зубчатая передача 64, а вторая коническая зубчатая передача 66 предусмотрена на валу 68 колеса 20 ручного управления с возможностью вращения колеса 20 ручного управления для соответствующего вращения шпинделя 52 посредством зацепления с первой конической зубчатой передачей 64 и второй конической зубчатой передачей 66. В одном из вариантов осуществления первая и вторая конические зубчатые передачи могут содержать прямые или спиральные зубы. Коробка 62 передач выполнена с возможностью обеспечения большей или меньшей скорости вращения и крутящего момента в соответствии с передаточным отношением коробки передач. Первая и вторая конические зубчатые передачи могут быть выбраны с желаемым передаточным отношением для достижения прикладываемого усилия, необходимого для освобождения вручную стояночного тормоза 10. Например, в одном из вариантов осуществления первая и вторая конические зубчатые передачи могут иметь передаточное отношение 2:1 с возможностью двух полных поворотов второй конической зубчатой передачи 66 для одного поворота первой конической зубчатой передачи 64. Специалисту в данной области техники понятно, что может быть выбрано любое желаемое передаточное отношение между первой и второй коническими зубчатыми передачами. В другом варианте осуществления колесо 20 ручного управления напрямую соединено со шпинделем 52 без использования коробки 62 передач. В еще одном варианте осуществления коробка 62 передач может включать в себя цилиндрические зубчатые передачи для параллельного расположения колеса 20 ручного управления относительно шпинделя 52 с радиальным смещением от него.
Со ссылкой на фиг. 4, верхняя часть шпинделя 52 содержит зубчатый храповик 70, выборочно взаимодействующий с ручным механизмом 24 освобождения штыря. Извлекаемый штырь 26, подпружиненный первой пружиной 78, выполнен с возможностью его перемещения вдоль оси в пределах предопределенного диапазона перемещения и с возможностью высвобождаемого зацепления с храповиком 70. Извлекаемый штырь 26 включает в себя первую часть 27 и вторую часть 29. В положении по умолчанию вторая часть 27 извлекаемого штыря 26 выполнена с возможностью ее приведения в действие посредством второй пружины 80 для зацепления с храповиком 70 вместо ручного вращения шпинделя 52. Первая пружина выполнена с возможностью ее сжатия посредством ручного извлечения первой части 27 извлекаемого штыря 26 из положения по умолчанию для отсоединения второй части 27 извлекаемого штыря 26 от храповика 70 для свободно вращения шпинделя 52.
Со ссылкой на фиг. 5, вал 68 включает в себя первую часть 72 вала, выполненную с возможностью выборочного взаимодействия со второй частью 74 вала. Подпружиненный механизм 76 выполнен с возможностью смещения второй части 74 вала от первой части 72 вала в состоянии по умолчанию, при неиспользовании колеса 20 ручного управления, например, во время ручного освобождения тормозов, их повторного приведения в действие пневматическим образом или обычной пневматической работы. Вторая часть 74 вала выполнена с возможностью ее выборочного взаимодействия с первой частью 72 вала с преодолением силы подпружиненного механизма 76 посредством толкания по оси второй части 74 вала к первой части 72 вала и вращения второй части 74 вала относительно первой части 72 вала до тех пор, пока штырь на второй части 74 вала не войдет в зацепление пазом на первой части 72 вала. В другом варианте осуществления коробка 62 передач выполнена с возможностью ее соединения с колесом 20 ручного управления посредством передач коробки 62 передач, выполненных с возможностью их выборочного взаимодействия. Например, по меньшей мере, одна из передач, выполненных с возможностью их выборочного взаимодействия, может быть смонтирована на подпружиненном валу, выполненном с возможностью его скольжения для выборочного взаимодействия с другой(ими) передачей(ами).
На Фиг. 7 показан стояночный тормоз 10 в приведенном в действие состоянии, в котором поршень 32 расположен рядом с частью 14 основания, при выпуске воздуха из цилиндра 40. Концентрические пружины 36, 38 выполнены с возможностью поддерживания поршня 32 у части 14 основания в отсутствии давления воздуха, воздействующего на поверхность поршня. Несмотря на то, что на фиг. 7 проиллюстрирован поршень 32, примыкающий к поверхности части 14 основания, между ними может существовать небольшой промежуток для передачи силы концентрических пружин 36, 38 на шпиндель 52. Толкатель 42 выполнен с возможностью приложения силы торможения к рабочему тормозному механизму (не показан) посредством тормозной передачи (не показана) в приведенном в действие положении. Стояночный тормоз 10 выполнен с возможностью его освобождения за счет введения сжатого воздуха в цилиндр 40 через пневматический соединитель 16 с противодействием силе, прикладываемой концентрическими пружинами 36, 38. Со ссылкой на фиг. 6 поршень 32 выполнен с возможностью его перемещения вверх по мере заполнения цилиндра 40 сжатым воздухом, обусловливая сжатие пружин 36, 38. Поршень 32 выполнен с возможностью его перемещения вверх для задвигания толкателя 42 в цилиндр 40 для вывода из зацепления стояночного тормоза 10.
При установке стояночного тормоза 10 под воздействием пружин 36, 38, в отсутствии пневматического давления, например, при отсоединении железнодорожного вагона от ведущего локомотива, содержащего источник сжатого воздуха, стояночный тормоз 10 не может быть освобожден пневматически и должен быть освобожден вручную. Для освобождения вручную стояночного тормоза 10 извлекаемый штырь 26 выполнен с возможностью его отсоединения от храповика 70 для свободного вращения шпинделя 52. Рабочий тормоз выполнен с возможностью воздействия на толкатель 42 посредством силы своей реакции для его перемещения в задвинутое положение. Резьбовой вал 48 выполнен с возможностью его вращения за счет перемещения вверх толкателя 42 при его перемещении посредством шариковой гайки 56, вызывающей, следовательно, вращение шпинделя 52. Для повторного приведения в действие стояночного тормоза 10 вручную, например, по изменении положения железнодорожного вагона на сортировочной станции, извлекаемый штырь 26 выполнен с возможностью его возвращения в его положение по умолчанию для взаимодействия с храповиком 70. Пользователь зацепляет колесо 20 ручного управления для перемещения вручную толкателя 42 в выдвинутое положение для приведения в действие тормоза железнодорожного вагона. Колесо 20 ручного управления и вал 68 выполнены с возможностью их вращения за счет толкания по оси и вращения второй части 74 вала по направлению к первой части 72 вала с противодействием восстанавливающей силе, прикладываемой подпружиненным механизмом 76 до тех пор, пока штырь на второй части 74 вала не войдет в соответствующий паз на первой части 72 вала. Колесо 20 ручного управления выполнено с возможностью его вращения для соответствующего вращения вала 68, вращающего в свою очередь первую коническую зубчатую передачу 64. По мере своего вращения первая коническая зубчатая передача 64 взаимодействует со второй конической зубчатой передачей 66, для соответствующего вращения шпинделя 52. Шпиндель 52 выполнен с возможностью его вращения для соответствующего вращения резьбового стержня 48 при прохождении шпонки 54 через вал 52 вплоть до зацепления с соответствующим пазом на резьбовом стержне 48. Резьбовой вал 48 выполнен с возможностью его перемещения вниз по мере его вращения посредством шариковой гайки 56. Резьбовой вал 48 выполнен с возможностью его перемещения вниз за счет соединения нижнего конца резьбового стержня 48 с толкателем 42 для перемещения толкателя 42 также вниз для зацепления тем самым стояночного тормоза 10.
Стояночный тормоз 10, включающий в себя механизм 50 повторной установки тормоза с шариковым винтом, описанный выше, улучшает эффективность повторного приведения в действие тормоза вручную по сравнению с существующими способами и устройствами. Из-за более высокой эффективности, присущей конструкции с шариковым винтом по сравнению с традиционными винтами, механизм 50 переключения шарикового винта выполнен с возможностью значительного уменьшения усилия, необходимого для вращения колеса 20 ручного управления, тем самым облегчая работу. Дополнительно, бóльшая эффективность обусловливает использование более высокого передаточного отношения для уменьшения количества оборотов колеса 20 ручного управления для переключения стояночного тормоза 10.
При том, что в вышеприведенном описании были охарактеризованы различные варианты осуществления пружинного стояночного тормоза, содержащего механизм переключения с шариковым винтом, специалисты в данной области техники могут внести изменения и модификации в данные варианты осуществления без отклонения от объема и сущности изобретения. Например, следует понимать, что в пределах возможного один или более признаков любого варианта осуществления могут комбинироваться с одним или более признаками любого другого варианта осуществления. Соответственно вышеприведенное описание является иллюстративным, а не ограничительным. Изобретение, описанное выше в материалах настоящей заявки, определено прилагаемой формулой изобретения, и все изменения в изобретении, которые соответствуют замыслу и эквивалентны формуле изобретения, входят в его объем.