КЛАПАН ОГРАНИЧЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к клапанам ограничения давления, предназначенным для ограничения воздуха в устройствах тормозной системы железнодорожного транспортного средства, в частности в тормозных цилиндрах, запасных резервуарах, и может быть использована, например, на вагонах пассажирского и грузового подвижного состава.
Уровень техники
Известен клапан ограничения давления c уменьшенными габаритами, который содержит корпус, поршень и регулирующую пружину ограничения давления. Поршень клапана может занимать открытое положение, в котором впуск клапана и выпуск клапана соединены друг с другом, и закрытое положение, в котором впуск клапана и выпуск клапана отделены друг от друга (патент на изобретение РФ № 2694674, МПК B60T 11/34, B60T 17/18, B60T 15/50, опубл. 16.07.19 г.).
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому является клапан ограничения давления зарядки запасного резервуара тормозной системы подвижного состава, содержащий корпус с входным и выходным отростками, пневматически связанными вертикальным каналом, в котором установлен тарельчатый клапан. Тарельчатый клапан жестко соединен со стержнем, который сопряжен с поршнем, подпружиненным со стороны корпуса клапана регулировочной пружиной. Вдоль оси стержня выполнены сквозные канавки. Тарельчатый клапан установлен с обеспечением возможности поддержания вертикального канала в открытом состоянии под действием пружины и герметичного перекрытия промежуточного канала под действием давления, нагнетаемого в запасной резервуар (патент на полезную модель РФ № 80809, МПК B60T 17/04, опубл. 27.02.09 г.).
Недостатком известного клапана являются низкая надежность и малый эксплуатационный ресурс. Многолетняя эксплуатация клапана ограничения давления в жестких условиях эксплуатации (расширенный диапазон температур, их резкие перепады) показала, что под воздействием влажного воздуха снижается качество смазки, необходимой для прохождения поршня вдоль корпуса клапана. С течением времени, по мере снижения качества смазки, изменяется коэффициент трения поршня о стенки стакана, влияющий на изменение установленного при помощи регулировочной пружины давления, при котором происходит перекрывание тарельчатого клапана. Для поддержания усилия регулировочной пружины необходимо частое сервисное обслуживание клапана.
Раскрытие полезной модели
При создании полезной модели решалась задача повышения безопасности эксплуатации подвижного состава железнодорожного транспорта.
Технический результат – повышение надежности и эксплуатационного ресурса клапана ограничения давления тормозной системы железнодорожного транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что клапан ограничения давления содержит корпус с входным и выходным отростками, пневматически связанными вертикальным каналом, в котором установлен тарельчатый клапан, жестко соединенный со стержнем, который сопряжен с поршнем, подпружиненным регулировочной пружиной, при этом тарельчатый клапан выполнен с возможностью герметичного перекрывания под действием сжатого воздуха вертикального канала при достижении со стороны выходного отростка необходимого давления и открытия вертикального канала под действием регулировочной пружины, при этом, согласно полезной модели, поршень снабжен, по меньшей мере, одной направляющей, выполненной из антифрикционного материала и установленной в посадочной кольцевой канавке на наружной боковой поверхности поршня.
При этом, согласно полезной модели, направляющие могут быть выполнены из политетрафторэтилена, наполненного бронзой, либо из наполненного бронзой фторопласта, либо из упрочненной ткани с антифрикционным наполнением.
При этом, согласно полезной модели, в вертикальном канале установлена втулка, являющаяся седлом тарельчатого клапана.
При этом, согласно полезной модели, втулка выполнена из латуни.
При этом, согласно полезной модели, тарельчатый клапан выполнен подпружиненным.
При этом, согласно полезной модели, тарелка тарельчатого клапана имеет диаметр, больший диаметра вертикального канала.
При этом, согласно полезной модели, тарелка тарельчатого клапана выполнена с прорезиненной поверхностью, взаимодействующей с втулкой.
При этом, согласно полезной модели,  поршень снабжен уплотнительной манжетой.
При этом, согласно полезной модели, стержень выполнен в виде многоступенчатого вала, на первой ступени которого жестко закреплена тарелка тарельчатого клапана, а на наружной поверхности последней ступени выполнены грани, которые образуют со стенками вертикального канала сквозные отверстия для свободного прохода воздуха.
Особенностью заявленного технического решения являются использование в конструкции клапана направляющих, выполненных из антифрикционного материала, который устойчив к воздействию внешней среды и не требует наличие смазочного материала. Использование направляющих в значительной мере влияет на стабильность усилия регулировочной пружины и, как следствие, на неизменность установленного давления, при котором происходит срабатывание клапана.
Кроме того, использование в конструкции латунной втулки, являющейся седлом тарельчатого клапана, и прорезиненной поверхности тарелки тарельчатого клапана обеспечивает более плотное прилегание тарелки к торцу втулки и тем самым улучшает посадку тарельчатого клапана на седло. Традиционно корпус клапана ограничения давления выполнен из чугуна, который является достаточно хрупким материалом, поэтому часто по седлу тарельчатого клапана образуются сколы, которые благодаря введению втулки полностью исключены. Кроме того, резиновая поверхность тарелки лучше контактирует с гладкой поверхностью латунной втулки по сравнению с более пористой поверхностью чугуна.
Таким образом, при использовании заявленного решения достигается технический результат, выраженный в повышении надежности и эксплуатационного ресурса клапана ограничения давления тормозной системы железнодорожного транспортного средства.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на:
фиг.1 изображен предлагаемый пример исполнения клапана ограничения давления в разрезе (в открытом состоянии).
Осуществление полезной модели
Клапан содержит корпус 1, выполненный, например, из чугуна, в котором выполнены пневматически связанные вертикальным каналом 2 входной отросток 3 и выходной отросток 4.
Входной отросток 3 может быть подключен, например, к воздухораспределителю или компрессору (не показаны). Выходной отросток 4 может быть подключен к устройству (не показано), в котором необходимо ограничение давления, например к тормозному цилиндру или запасному резервуару.
Корпус 1 клапана ограничения давления выполнен с резьбовыми отверстиями: верхнее резьбовое отверстие 5, закрытое резьбовой пробкой 6, и нижнее резьбовое отверстие 7, закрытое стаканом 8. Для обеспечения герметичности между корпусом 1 и пробкой 6 размещено уплотнительное кольцо 9, между корпусом 1 и стаканом 8 установлено уплотнительное кольцо 10. Материал уплотнительных колец 9 и 10 подобран таким образом, чтобы выдерживать, не меняя своих технических характеристик, жесткие условия эксплуатации, например, из полиуретана.
В корпусе 1 установлен подпружиненный, например пружиной сжатия 11, тарельчатый клапан 12, выполненный с возможностью герметичного перекрывания под действием сжатого воздуха вертикального канала 2 при достижении со стороны выходного отростка 4 необходимого давления и открытия вертикального канала 2 под действием регулировочной пружины 13. При этом тарелка 14 клапана 12 установлена над вертикальном каналом 2 со стороны входного отростка 3 и имеет диаметр, больший диаметра вертикального канала 2.
Тарельчатый клапан жестко, например с помощью резьбы, соединен со стержнем 15, размещенном в вертикальном канале 2 с возможностью возвратно-поступательного движения. Стержень 15 выполнен в виде многоступенчатого вала, на первой ступени которого жестко закреплена тарелка 14 тарельчатого клапана 12, а на наружной поверхности последней ступени выполнены грани 16, которые образуют со стенками вертикального канала 2 сквозные отверстия для свободного прохода воздуха. Тарелка 14 выполнена с прорезиненной поверхностью 17, взаимодействующей с втулкой 18, установленной в вертикальном канале 2 и являющейся седлом тарельчатого клапана 12. При этом грани 16 на стержне 15 обеспечивают центрирование в корпусе 1 для устранения перекоса тарелки 14 с целью прилегания всей поверхностью к торцу втулки 18. Втулка 18 может быть выполнена, например, из латуни.
Стержень 15 сопряжен с поршнем 19, установленным с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль стакана 8. Поршень 19 подпружинен регулировочной пружиной 13, размещенной со стороны корпуса клапана. Усилие регулировочной пружины 13 регулируется с помощью регулировочного винта 20, который закрыт предохранительным колпачком 21, который навинчивается на регулировочный винт до упора в торец стакана 8.
Поршень 19 выполнен с упором в торцевую поверхность стержня 15 при поджатии его регулировочной пружиной 13, установленной в посадочном месте 22, выполненном в теле поршня 19.
Поршень 19 снабжен уплотнительной манжетой 23, установленной на его наружной боковой поверхности. Манжета 23 выполнена из материала, выдерживающего жесткие условия эксплуатации, например бутадиен-нитрильного каучука. Поршень 19 снабжен, по меньшей мере, одной направляющей 24, установленной в посадочной кольцевой канавке на наружной боковой поверхности поршня 19 и выполненной с возможностью скольжения по внутренней поверхности стакана 8. Количество направляющих 24 выбирается с учетом радиальной нагрузки на поршень 19, которая определяется, в том числе размером боковой поверхности поршня 19.
Для обеспечения наилучшего скольжения материал направляющих 24 выбирается с низким коэффициентом трения (антифрикционный материал). Например, направляющие 24 могут быть выполнены из политетрафторэтилена (PTFE), в частности из PTFE, наполненного бронзой либо наполненного бронзой фторопласта, либо из упрочненной ткани с антифрикционным наполнением. Форма направляющих 24 в поперечном сечении может быть выполнена прямоугольной.
Предварительное усилие регулировочной пружины 13 удерживает тарельчатый клапан 12 открытым до установленного нормативными документами величиной зарядного давления.
Клапан ограничения давления работает следующим образом.
Во время зарядки тормозной системы сжатый воздух поступает во входной отросток 3 клапана ограничения давления. Под действием предварительного усилия регулировочной пружины 13 тарельчатый клапан 12 открыт.
Пока давление воздуха на выходном отростке 4 не достигнет необходимого значения, поршень 19 удерживает тарельчатый клапан 12 в открытом положении, т.е. входной 3 и выходной 4 отростки сообщены посредством вертикального канала 2. Сжатый воздух по мере нагнетания его со стороны выходного отростка 4 преодолевает усилие регулировочной пружины 13 и опускает поршень 19. Тарельчатый клапан 12 под действием давления воздуха и усилия пружины 11 садится на седло – втулку 18 и герметично перекрывает вертикальный канал 2. В этот момент давление сжатого воздуха на выходе со стороны выходного отростка 4 соответствует необходимому значению, отрегулированному при помощи регулировочной пружины 13. Таким образом, обеспечивается необходимое зарядное давление.
В режиме торможения давление на выходном отростке 4 падает, и поршень 19 под действием усилия регулировочной пружины 13 поднимается вверх. Вместе с поршнем 19 поднимается тарельчатый клапан 12, открывая вертикальный канал 2 и обеспечивая тем самым свободное сообщение между входным 3 и выходным 4 отростками. Возобновляется нагнетание воздуха в устройство до необходимого давления, по достижению которого тарельчатый клапан 12 вновь закроется.
Благодаря использованию направляющих 24 улучшается центрирование положения поршня 19 относительно стакана 8, тем самым исключается возможность подклинивания поршня 19 в стакане 8, особенно в период, когда клапан не работает (простаивает). Причем низкий коэффициент трения направляющих сохраняется по всему расширенному диапазону температур, тем самым повышается КПД.
Таким образом, указанный технический результат достигнут. Создана надежная износостойкая конструкция клапана ограничения давления железнодорожного подвижного состава с увеличенным эксплуатационным ресурсом.