СТОЯНОЧНЫЙ ТОРМОЗ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Предлагаемая полезная модель относится к стояночным тормозам рельсовых транспортных средств, предназначена для удержания его в неподвижном состоянии и может быть использована при длительной стоянке одиночного вагона, цистерны или их группы для проведения их ремонта или мойки, выгрузки и т.п., а также на сортировочных горках железнодорожного и промышленного транспорта.
Если один железнодорожный вагон или множество железнодорожных вагонов находятся на парковке на запасном пути или на станционном парке, ручной тормоз или стояночный тормоз, по меньшей мере, на нескольких из этих железнодорожных вагонов используется как предохранительная мера от нежелательного или неожиданного перемещения вагонов. Стандартная система ручного тормоза железнодорожного вагона обычно состоит из устройства для ручного применения и прижатия одного или более тормозного башмака к ободу одного или более колеса железнодорожного вагона либо путем поворота маховика ручного управления, либо качанием рукоятки с трещоткой на механизме ручного тормоза, прикрепленного к железнодорожному вагону.
Известен стояночный тормоз, который содержит закрепленный на раме железнодорожного транспортного средства тормозной цилиндр, тормозную рычажную передачу и двуплечий рычаг. Ось вращения двуплечего рычага закреплена в кронштейне рамы перпендикулярно продольной оси тормозного цилиндра. Двуплечий рычаг одним концом шарнирно соединен посредством продольной тяги с сектором червячного колеса, смонтированным на раме с возможностью вращения и сцепленным с самотормозящимся червяком на отклоняющемся валу, приводимом во вращение штурвалом. Второй конец двуплечего рычага в виде вилки охватывает выступающую часть штока тормозного цилиндра, на котором напротив вилки с зазором выполнено перпендикулярно оси штока не менее одного выступа для упора вилки после выбора зазора при вращении штурвала в направлении затяжки стояночного тормоза железнодорожного транспортного средства (Патент РФ №2177420, опубликован 27.12.2001 г.).
Недостатком этого технического решения является низкая надежность стояночного тормоза из-за передачи усилия от сектора червячного колеса посредством тяг, одна из которых соединена с головным рычагом рычажной передачи посредством шарнирного соединения, которое постоянно воздействует на тягу стояночного тормоза при перемещении штока тормозного цилиндра при пневматическом торможении и отпуске, что приводит к износу или повреждениям как элементов соединения тяги с рычажной передачей, так и самой тяги.
Общим недостатком стояночных тормозов, защищенных как более ранними патентами, например, патент РФ №2329168, так и более поздними, например, патент РФ №252-6307 является то, что смонтированы на рамах тележек, поэтому имеют ограниченное применение, только для подвижного состава, т.к. связано с компрессорной станцией локомотива.
По назначению, к стояночным тормозам близки вагонные замедлители - стационарное тормозное устройство, установленное на железнодорожном пути для снижения скорости движения вагонов (отцепов) при маневровой работе. Вагонный замедлитель устанавливают на путях сортировочных горок, а также на наклонных подъездных путях промышленных предприятий и их можно применять в депо или специально отведенных местах для ремонта и мойки железнодорожных транспортных средств (локомотивов, вагонов, цистерн и т.п.). Наибольшее применение получили двухрельсовые балочные замедлители с пневмо- и гидроприводом. Тормозной эффект вагонных замедлителей достигается воздействием его силовых узлов на колесные пары вагонов. К вагонным замедлителям предъявляются определенные требования: они должны вписываться в габарит приближения строений, тормозить вагоны с замедлением не более 4 м/с, обеспечивать высокую точность работы, не разрушать при торможении колесные пары, не создавать сильного шума, резких звуков.
Известно тормозное устройство клавишного типа, содержащее расположенные вдоль рельса снаружи колеи смонтированные на общем стержне, жестко прикрепленном к рельсу с контррельсом, поворотные тормозные клавиши с упругим элементом, установленным на подпорной балке, расположенной вдоль рельса, поворотные тормозные клавиши расположены одна за одной и удерживаются выступами, причем упругий элемент выполнен с рабочей полостью для сжатого воздуха и установлен на неподвижной подпорной балке, а головка рельса с наружной стороны срезана заподлицо с шейкой рельса, тормозное устройство снабжено ускорительным клапанным узлом, соединяющим для изменения свойств упругого элемента его рабочую полость с атмосферой в исходном положении и с электропневматическим клапаном управляющей аппаратуры при закрытом выходе сжатого воздуха из рабочей полости упругого элемента в атмосферу, при торможении Патент РФ №2233222, опубл. 27.07.2004 г.).
При торможении транспортного средства электропневматический клапан управляющей аппаратуры впускает сжатый воздух в рабочую полость упругого элемента. При этом обратный клапан быстродействующего ускорительного клапанного узла открыт, а его запорный клапан закрывает выход сжатого воздуха из рабочей полости упругого элемента в атмосферу. При наезде колеса вагона на поворотные тормозные клавиши, возвышающиеся над рельсом, последние сжимают упругий элемент, при этом уменьшается объем его рабочей полости, благодаря чему в ней повышается давление сжатого воздуха (обратный клапан быстродействующего ускорительного узла при этом закрывается), и создается тормозной эффект для прохождения через тормозное устройство колеса, величина которого прямо пропорциональна его нагрузке. Кроме того, тормозной эффект усиливается еще за колесом, тормозные, поворотные клавиши взаимно удерживаются выступами, предотвращая тем самым создание движущихся моментов в направлении вперед.
Практически клавиши выполняют роль башмака и им присуще те же недостатки, а именно то, что при наезде колеса по рельсу на клавишу, на поверхности катания возникает неравномерный износ. Если глубина такого износа составляет 0,9 мм и более - ко лесная пара выбраковывается, если неравномерный износ 0,3…0,5 мм, то колесная пара остается в эксплуатации, но на месте ползуна в процессе эксплуатации начинаются процессы образования микротрещин и отслаивания, приводящие к выкрашиванию металла с поверхности катания и, следовательно, к выбраковке колесной пары. Кроме того, при торможении клавиши изнашиваются и их необходимо периодически менять.
Известно устройство для торможения вагонов, которое содержащее установленные внутри колеи рельсового пути вдоль одного рельса тормозную балку с шиной, а вдоль другого рельса - контррельс, при этом тормозная балка с помощью скользящих фигурных гаек и болтов закреплена на основаниях, неподвижно закрепленных на шейке рельса и шпалах, и снабжена пружинами, упирающимися в подвижную рейку, соединенную с рычажным механизмом, связанным через рабочую тягу с электроприводом, пружины выполнены с регулируемыми устройствами, подвижная рейка снабжена клиньями и возвратным механизмом для принудительного перемещения балки поперек пути, регулируемые устройства пружин снабжены вращающимися роликами, упирающимися в подвижную рейку с клиньями при переводе балки в рабочее или нерабочее положение, а электропривод снабжен контрольной тягой и рычагами контроля положения тормозной балки (Патент РФ №2436694 опубликован 20.12.2011 г.).
Устройство работает следующим образом. При переводе устройства в рабочее положение электропривод через рабочую тягу и рычажный механизм перемещает подвижную рейку с клиньями вдоль пути. Клинья, воздействуя на ролики регулировочного механизма пружин, перемещают балку с блоком силовых пружин к рельсу и фиксируют ее в этом положении. При проходе через устройство вагона его колеса отжимают балку с шиной внутрь колеи, сжимая пружины. Количество пружин определяется их мощностью и условиями торможения колесных пар. После выхода колес из устройства балка под воздействием пружин возвращается в исходное рабочее положение. Это позволяет равномерно распределять тормозное усилие от направляющей тормозной шины к колесам колесной пары. Контррельс препятствует поперечному смещению колесной пары вагона, обеспечивая постоянное нажатие балки на боковую поверхность колес с постоянным заданным усилием при нахождении устройства в рабочем положении.
В нерабочем положении устройства торможения подвижная рейка с клиньями и возвратными механизмами переводится в положение, при котором клинья не фиксируют ролики силовых пружин, а механизмы возвращают тормозную балку в исходное, нерабочее положение. В этом положении при проходе колес вагона через устройство, тормозная балка с шиной и пружинами сдвинута от рельса внутрь колеи и остается в таком положении, пропуская подвижной состав без торможения.
Недостатком данного устройства является неравномерное распределение тормозного усилия от направляющей тормозной шины к соответствующим колесам колесной пары, т.к. каждая пружина воздействует на направляющую тормозную шину раздельно и без компенсации динамического смещения колесных пар относительно рельсов.
Наиболее близким техническим решениям к заявляемой полезной модели является тормозной замедлитель, содержащий основание (раму), которое устанавливается на рельсо-шпальную решетку между рельсами, установленные на него два одинаковых (правого и левого) тормозных устройств каждое из которых состоит из наружного цилиндра, связанного с основанием двухподвижным шарниром, тормозной колодки, шарнирно связанной с наружным цилиндром, внутреннего цилиндра со штоком, который входит во внутрь наружного цилиндра, цилиндрической пружины, установленной внутри цилиндров. Корпусы наружных цилиндров связаны между собой пружиной, а шарниры штоков внутренних цилиндров связаны с ползуном приводного устройства, который имеет возможность перемещаться по направляющей (1-1) рамы. Приводное устройство состоит из коромысла нижний конец которого шарнирно установлен на основании тормозного устройства в точке «а», а верхний конец снабжен вращающимся роликом. В средней части коромысло шарнирно соединен с шатуном, другой конец которого шарнирно связан с ползуном, который, в свою очередь, соединен с шарнирами штоков внутренних цилиндров. (Оразымбетова А.Ж. «Тормозной замедлитель железнодорожных вагонов», www.rusnauka.com/2_KAND_2008/Tecnic/26139.doc.html).
Устройство работает следующим образом:
Исходная позиция ползуна обозначена буквой «и». В этом положении тормозные колодки не имеют контакта с колесом колесной пары. Перемещающаяся ось колесной пары на своем пути сталкивается с роликом коромысла приводного устройства и поворачивает его относительно шарнира. При этом шатун передает движение коромысла в ползун, который перемещается по направляющей рамы (1-1). Перемещение ползуна из исходного положения «и» в конечное положение «к» приводит к вращению внутренних и наружных цилиндров относительно двух подвижных шарниров, при этом шток каждого внутреннего цилиндра, посредством цилиндрической пружины воздействует на тормозные колодки, которые вступают в контакт с перемещающимися колесами колесной пары и происходит торможение. Сила давления цилиндрических пружин определяет величину силы трения торможения.
Дальнейшее движение оси колесной пары освобождает ролик коромысла и оно возвращается в исходное положение под действием пружины, шарнирно соединяющейся с наружными цилиндрами и тормозные колодки отходят от колеса колесной пары.
Недостатком этого устройства является то, что прижатие и отжатие тормозного механизма к колесам колесной пары транспортного средства осуществляется механическим воздействием посредством цилиндрических пружин, управляемых рычажно-шарнирными узлами. Пружины же со временем стареют, поэтому не могут обеспечить надежного торможения, а пружина, соединенная с каждым из тормозных устройств, не может обеспечить надежную синхронизацию работы двух тормозов.
Технической задачей решаемой предлагаемой полезной моделью является устранение недостатков, присущих прототипу, повышение надежности работы и упрощение конструкции стояночного тормозного устройства.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство торможения, содержащее основание, выполненное в виде рамы, установленную на шпалах внутри колеи рельсового пути, на котором смонтирована рычажная передача шарнирно соединенная со штоком приводного цилиндра управляющего положением тормозной колодки, цилиндрическую пружину контактирующую с ней внесены дополнения и изменения, а именно:
- в качестве приводного цилиндра использован двухполостной пневматический цилиндр, снабженный пневмоуправляемым обратным клапаном и дросселем;
- рычажная система включает двухплечий рычаг, одно из плеч которого шарнирно соединено со штоком пневматического цилиндра, а другое - шарнирно соединено с суппортом тормозной колодки;
- тормозная колодка выполнена в форме прямоугольного диска (барабана), внешняя поверхность которого снабжена фрикционными накладками.
Применение в качестве привода двухполостного пневмоцилиндра позволяет повысить надежность работы тормозного устройства, т.к. исключает цилиндрические пружины и обеспечивает одновременную работу всех тормозных узлов.
Наличие обратного клапана исключает обратный поток сжатого воздуха в рабочей полости пневмоцилиндра и обеспечивает необходимое давление для тормозных колодок, даже при аварийном отключении электроэнергии.
Использование дросселя позволяет плавно перемещать подвижные элементы пневмоцилиндра, обеспечивая плавное прижатие тормозных колодок к колесу.
Фрикционные накладки обеспечивают надежное сцепление с колесом, а внешняя прямоугольная поверхность колодки облегчает размещение их.
Сущность полезной модели поясняется рисунками 1-3. На рис 1 показано: рамное основание 1, кожух 2, шток пневмоцилиндра 3, шарниров 4, двухплечий рычаг, состоящий из плеча 5 и плеча 6, шарниров 7, суппорт тормозной 8,тормозная колодка 9, фрикционные накладки 10, цилиндрическая пружина 11, надстройка 12 и анкерные болты 13.
На рис. 2 (кожух 2 снят), кроме позиций 1,3-13, указанных на рис.1, показан двухполостный пневмоцилиндр 14, обратный клапан 15 и дроссель 16.
Рисунок 3 поясняет работу стояночного тормоза. На нем приведено рабочее положение двух тормозных устройства, расположенные в колее с каждой стороны колеса колесной пары 20 вагонной тележки. На нем также показана железнодорожная шпала 17, рельс 18, ось 19 колесной пары 20.
Рассмотрим работу стояночного тормоза рельсового транспортного средства, например, при мойке железнодорожных вагонов (примойке цистерн или выгрузки материалов (нефть, бензин, мазут, удобрения и т.п.) торможение осуществляется аналогично.
На рельсо-шпальной решетке, внутри колеи, устанавливается два стояночных тормоза, по одному с каждой стороны колесной пары, как показано на рис. 3. В исходном положении тормозные колодки не соприкасаются с колесами 20 колесной пары. Далее.
Сжатый воздух поступает в рабочую (поршневую) полость пневмоцилиндров 14 каждого из стояночных тормозов, по трубопроводу (или шлангу) от компрессорной станции (на рисунке 3 не показана), обеспечивая тем самым движение штока 3, шарнирно (шарниры 4) соединенного с плечом 5 двуплечной рычажной передачи. За счет наличия дросселя 16 перемещение штока осуществляется плавно. Тормозной суппорт 8 шарнирно соединенный с верхним краем плеча 5 и вторым плечом 6 рычажной передачи, установленного на оси надстройки 12, перемещает тормозную колодку 9 в сторону соответствующего колеса 20 колесной пары до соприкосновения фрикционных накладок 10 с колесом. Подвижный суппорт выполнен в виде каркаса из двух пластин, двух стоек, двух осей и имеет возможность перемещения. Одновременно происходит растяжение цилиндрической пружины 11, которая играет вспомогательную роль. На этом этап торможения закончился.
После окончания мойки возвращение тормозных колодок в исходное положение осуществляется следующим образом: сжатый воздух подают во вторую полость тормозного пневмоцилиндра, при этом обратный клапан открывается и засчет давление на поршень он совместно со штоком 3 начнет двигаться поступательно одновременно сжимая пружину сжатия (не показана, т.к. находится внутри пневмоцилиндра) и вытесняя находящийся в полости, где она расположена, воздух в атмосферу. Перемещение же поршня со штоком 3 позволит посредством цилиндрической пружины 11 занять тормозной колодки такое положение как это показано на фиг. 1. Далее описанные процессы могут повторяться неоднократно. Отмытый вагон удаляют и на его место перемещают следующий вагон.
Преимуществом предлагаемой полезной модели, по сравнению с прототипом заключается в том, что за счет исключения механических частей)ползуна, шатуна и нескольких пружин достигается упрощение конструкции, а надежность, плавность и синхронность работ увеличивается.
В настоящее время подготовлена вся техническая документация для изготовления предлагаемых стояночных тормозов, которые после изготовления будут переданы Заказчику, для внедрения на железной дороге.