ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ИЗМЕНЯЕМЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ СЕЧЕНИЕМ СОПЛА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ

Настоящая полезная модель относится к воздухораспределителю для автоматических пневматических тормозов для создания давления в тормозном цилиндре в зависимости от разницы в давлении между давлением в главном сквозном воздуховоде поезда и зафиксированным эталонным давлением, которое является производным от давления в основном воздуховоде.
Сферой применения данной полезной модели является строительство рельсового транспорта. Рельсовые транспортные средства имеют обычно самостоятельно приводимую в действие (автоматическую) пневматическую тормозную систему, в которой снижение давления в основной воздушной магистрали, исходя из стандартного рабочего давления, вызывает образование давления в тормозном цилиндре. функцию переноса снижающегося давления в основной воздушной магистрали на увеличивающееся давление в тормозном цилиндре и наоборот выполняют воздухораспределители. Скорость передачи изменений давления в основной воздушной магистрали, градиенты и равномерность роста и понижения давления в тормозном цилиндре при торможении и отпускании тормозов являются существенными параметрами, которые позволяют надежную эксплуатацию длинных, тяжелых и быстрых поездов без возникновения опасных продольных динамических сил. Поэтому воздухораспределители оснащены устройством для временного управления процессами, эффективность которых оказывает прямое воздействие на надежность и рентабельность работы железнодорожного транспорта.
В принципе, является предпочтительным, если рост давления в тормозных цилиндрах, например при внезапном полном или экстренном торможении, осуществляется с нормализованным воздействием. Под нормализованным воздействием следует понимать отсутствие зависимости времени наполнения тормозного цилиндра при экстренном торможении от объема тормозного цилиндра и от размера максимального давления в тормозном цилиндре в заданном диапазоне величин. Заполнение тормозных цилиндров не должно происходить слишком быстро для того, чтобы избежать опасных продольных сил в поезде - необоснованно медленное заполнение, напротив, означает необоснованно длинный тормозной путь и является столь же нежелательным.
Согласно общеизвестному уровню техники нормализованное воздействие достигается при помощи релейных клапанов, которые включаются после воздухораспределителя. Однако это решение имеет тот недостаток, что дополнительно к воздухораспределителю требуется такой релейный клапан.
Из патентной публикации DD 239166 известно получение нормализованного воздействия на воздухораспределитель с тремя ступенями давления без релейного клапана, в котором перед соединенной с главным воздуховодом камерой воздухораспределителя с тремя ступенями давления подключаются крайне важные для времени наполнения и опустошения тормозного цилиндра сопла. Это решение имеет тот недостаток, что воздух из камеры управления может поступать в основную воздушную магистраль, за счет чего может быть вызвано пагубное замедление передачи сигнала в основную воздушную магистраль.
В справочнике автора В.И.Крылова под названием «Автоматические тормоза подвижного состава» (Москва, Транспорт 1986, стр.147) описан воздухораспределитель, в котором эталонное давление S за счет главной части воздухораспределителя преобразуется в давление в тормозном цилиндре. Главная часть создает давление в тормозном цилиндре, в то время как сжатый воздух проходит через отверстия заданного размера из запасного воздушного резервуара к тормозному цилиндру. Время наполнения тормозного цилиндра зависит, таким образом, от соотношения этих отверстий и объема тормозного цилиндра. Для достижения нормализованного воздействия с эффективным ускорением тормозного сигнала в основной воздушной магистрали время торможения не должно, однако, зависеть от размеров отверстий главной части и объема тормозного цилиндра для того, чтобы был образован унифицированный воздухораспределитель универсального применения.
Магистральная часть известна из RU 481480. Она создает из кривой изменения давления в основной воздушной магистрали кривую изменения давления в эталонном объеме, называемом золотниковой камерой. Она содержит подвижный поршень, на который подается давление из основной воздушной магистрали и эталонное давление, и приводит в действие клапан для выпуска воздуха из золотниковой камеры, параллельно которому расположено сопло нечувствительности. Отвод сжатого воздуха из клапана дополнительного выпуска воздуха имеет ответвления в канал для дополнительного выпуска воздуха и к соединенному с атмосферой соплу.
Недостатком этого решения является то, что возможно либо эффективное ускорение передачи сигнала в основной воздушной магистрали, для чего соединенное с атмосферой сопло должно быть достаточно велико. Либо возможно достаточно медленное понижение давления в золотниковой камере, что требует значительно меньшего сопла. Достаточно медленное понижение давления в золотниковой камере необходимо для того, чтобы достигнуть достаточно медленного роста давления в тормозном цилиндре в передней части поезда.
Как из-за нерабочего ускорения передачи сигнала в поезде, так и из-за недостаточно медленного роста давления в тормозном цилиндре в поезде могут возникнуть опасные продольные силы. Для их предотвращения должны быть ограничены длина и вес поезда или быть применены дополнительные устройства для замедления давления в тормозном цилиндре, а вместе с этим - и недостаток с экономической точки зрения.
В основе полезной модели лежит задача создания пневматического воздухораспределителя для автоматических пневматических тормозов, который включает в себя магистральную часть, которая создает эталонное давление для необходимой временной кривой давления в тормозном цилиндре и одновременно децентрализовано обеспечивает в поезде эффективное ускорение понижения давления в основной воздушной магистрали.
Согласно полезной модели задача решена, исходя из пневматического воздухораспределителя согласно ограничительной части пункта 1 формулы полезной модели, в комбинации с его отличительными признаками. Последующие зависимые пункты отражают предпочтительные усовершенствования полезной модели.
Полезная модель включает в себя техническое решение, заключающееся в том, что на пути выпуска воздуха давления из управляющей камеры S в окружающую среду расположено по меньшей мере одно изменяющееся сопло, поперечное сечение которого за счет исполнительного средства является изменяемым от закрытого состояния или от минимального поперечного сечения до максимального поперечного сечения. Это изменение при этом может осуществляться как ступенчато, так и бесступенчато. Наряду по меньшей мере с одним соплом, последовательно или параллельно могут подключаться несколько сопел, при этом по меньшей мере одно из нескольких сопел служит в качестве изменяющегося сопла.
За счет изменяемого поперечного сечения пpи быстром понижении основной воздушной магистрали может достигаться достаточно медленное понижение эталонного давления S, которое, таким образом, может использоваться в качестве эталонной величины для времени наполнения тормозного цилиндра с нормализованным воздействием.
При медленном понижении давления в основной воздушной магистрали сопло может быть увеличено настолько, чтобы могло выйти необходимое для ускорения торможения количество воздуха.
Таким образом, предлагаемый воздухораспределитель имеет то преимущество, что его ускоряющее воздействие может быть настроено на понижение давления в основной воздушной магистрали, в том числе в конце длинных поездов, оптимальным образом за счет выбора соответствующего максимального поперечного сечения.
С этим сопряжена возможность регулировки за счет соответствующего выбора минимального поперечного сечения для головы поезда достаточно медленного развития давления в тормозном цилиндре, что служит для предотвращения опасных продольных сил. Оба фактора обеспечивают более высокие скорости или большую длину поездов.
На основании воздействия поперечных сечений сопел на скорость выпуска воздуха эталонного давления из постоянного объема следует новое преимущество, что устанавливающиеся градиенты независимы от количества и величины тормозных цилиндров, а также от максимального давления в тормозном цилиндре, так что унифицированный воздухораспределитель может быть изготовлен с экономической точки зрения более выгодно.
В четырех предпочтительных формах осуществления имеются следующие преимущества.
Для первой формы осуществления предлагается, что приведение в действие изменяемых сопел реализуется за счет штока на корпусе ускорительного клапана. В этом штоке находятся две сопла, которые соединены отверстием, которое за счет отделенного уплотнениями пространства и отверстия или сопла для выпуска воздуха образует в корпусе клапана путь перемещения воздуха в окружающую среду. Отверстие должно быть такого размера, чтобы оно незначительно оказывало влияние на дросселирование пути перемещения воздуха по отношению к соплом.
В закрытом или слегка открытом положении клапана ускорения оба сопла образуют соединение канала KZE дополнительного выпуска воздуха через отверстие или сопло для выпуска воздуха с окружающей средой. Это соответствует «медленному понижению L с увеличенным выпуском воздуха из канала KZE в целях ускорения торможения», например в конце более длинных поездов. Эффективно действует воздуховыпускное поперечное сечение, которое соответствует обоим параллельно действующим соплом последовательно к отверстию или соплу для выпуска воздуха, при этом не имеет значения, какой элемент последовательного включения является причиной большего сопротивления.
После достаточно широкого открытия ускорительного клапана, соединенного с открытием воздуховыпускного клапана, одно из сопел перемещается за жестко закрепленное в корпусе динамическое уплотнение, так что оно больше не создает соединение канала KZE с окружающей средой.
Это соответствует состоянию «быстрое понижение L с уменьшенным выпуском воздуха из канала KZE в целях умеренно медленного заполнения тормозного цилиндра с нормализованным воздействием», например в головной части поезда.
Преимущество этой формы осуществления состоит в том, что исполнительное средство для изменения поперечного сечения сопла выполнено самым простым образом в форме удлинения клапана ускорения, и что на основе принудительно общего приведения в действие при помощи ускорительного клапана достигается высокая надежность функционирования.
Согласно второй форме осуществления полезной модели два параллельно включаемых сопла расположены напротив подвижного поршня в качестве исполнительного средства. Здесь поршень является действующей независимо от управляющего поршня магистральной части деталью для приведения в действия сопел.
При этом он служит для закрытия седельного клапана, для чего жестко закрепленное в корпусе уплотнение взаимодействует с торцевой стороной поршня. На поршень подается давление в направлении закрытия от нажимной пружины и давление из канала KZE. В противоположном направлении на поршень воздействует эталонное давление S. При прилегании поршня к уплотнению только одно из сопел создает соединение канала KZE с окружающей средой, второе в силу закрытого седельного клапана не действует. Это происходит при быстром удалении воздуха из основной воздушной магистрали, признаком которого является приблизительное равенство давлений в канале KZE и управляющей камере S. В этом случае в целом активным является только уменьшенное, замедляющее удаление воздуха давления S воздуховыпускное поперечное сечение. При медленном удалении воздуха из основной воздушной магистрали, признаком которого является большая разница давлений между управляющей камерой S и каналом KZE, поршень перемещается вверх, и в сумме из обоих сопел является активным большее, ускоряющее удаление воздуха из основной воздушной магистрали поперечное сечение.
Эта конструкция имеет преимущество, что приведение в действие может осуществляться независимо от уже существующих воздухораспределителей и пространственных или технологических ограничений в виде независимого конструктивного узла.
Третья возможная форма осуществления схожа со второй с тем отличием, что сопла выполнены с последовательным включением. Переключение с меньшего на большее воздуховыпускное поперечное сечение как эквивалент последовательного включения осуществляется в результате того, что за счет исполнительного средства к одному из сопел подключается байпас.
Для этого предусмотрен клапан. Он открывается за счет поршня, противодействуя силе нажимной пружины. Одно из сопел расположено параллельно клапану, а второе сопло - в направлении выпуска в окружающую среду после клапана. В направлении открытия на поршень подается эталонное давление. В направлении закрытия на поршень подается давление за счет давления канала KZE при поддержке нажимной пружины.
Также в этой третьей форме осуществления полезной модели поршень, предпочтительным образом, представляет собой закрывающий элемент седельного клапана, при этом требуемое уплотнение может быть расположено со стороны корпуса или со стороны поршня. Замена седельного и золотникового клапана возможна без изменений принципа действия. Также, вместо одного можно включать или отключать несколько сопел или постепенно изменить одно сопло, например за счет приближения конуса к отверстию сопла так, чтобы получилось более чем одноступенчатое изменение.
В этой форме осуществления полезной модели есть то преимущество, что на основе последовательного включения сопел самый маленький диаметр сопла может быть выбран большего размера, чем при параллельном включении, за счет чего снижается опасность засорения, и уменьшаются требования к точности изготовления.
Четвертая возможная форма осуществления снова включает в себя шток на клапане ускорения в качестве элемента, приводящего в действие изменяющиеся сопла. Шток оснащен коаксиальным отверстием, а также поперечными отверстиями с подходящим диаметром в трех позициях над осью штока.
Два из трех поперечных отверстий действуют как изменяемые или же постоянные сопла, третья, отвернутая от клапана ускорения, по своему поперечному сечению должна быть больше по отношению к соплом, так же как и коаксиальное отверстие.
Шток может перемещаться со скольжением внутри двух уплотнений, и после столкновения он открывает воздуховыпускной клапан для эталонного давления, если ускорительный клапан при сильном и быстром торможении открывается широко. Внутреннее пространство между обоими уплотнениями служит для отвода сжатого воздуха через воздуховыпускное отверстие или сопло в корпусе, внешнее пространство или же канал, который охватывает внутреннее пространство снаружи, забирает сжатый воздух из открытого ускорительного клапана и воздуховыпускного клапана. Изменяемость сопел осуществляется здесь за счет того, что ни одно, одно большее или два поперечных отверстия перемещаются через уплотнение между внутренним и внешним пространством, в зависимости от того, закрыт клапан для выпуска воздуха штоком, слегка открыт или широко открыт.При этом возможны следующие положения:
В закрытом положении (положение движения) все поперечные отверстия находятся во внутреннем пространстве, так что соединение с внешним пространством отсутствует, и, следовательно, удаления воздуха нет.
В слегка открытом положении ускорительного клапана поперечное отверстие находится во внешнем пространстве, а два поперечных отверстия - во внутреннем пространстве. За счет подходящего измерения поперечных отверстий, прежде всего достаточно большого, самого внешнего третьего поперечного отверстия. Это соответствует относительно сильному удалению воздуха из внешнего пространства через внутреннее пространство, за счет чего осуществляется требуемое эффективное ускорение децентрализованного выпуска воздуха из основной воздушной магистрали.
В широко открытом положении клапана ускорения шток надавливает на воздуховыпускной клапан эталонного давления и также открывает его. В этом положении во внутреннем пространстве находится только еще одно отверстие. За счет подходящего измерения поперечных отверстий, прежде всего достаточно малого самого внутреннего поперечного отверстия, в этом положении создается малое поперечное сечение в соответствии с требуемыми для нормализованного воздействия градиентами выпуска воздуха эталонного давления.
Без изменения этого принципа можно заменить соответственно одно из поперечных отверстий на несколько распределенных по одной и той же продольной координате по периметру поршня отверстий. Это в зависимости от конструктивного типа уплотнения дает преимущество по сроку службы, так как нагрузка на уплотнение за счет нескольких небольших, накладывающихся друг на друга отверстий может быть меньшей, чем при наличии больших отверстий.
Прочие усовершенствующие полезную модель меры представляются ниже подробнее вместе с описанием четырех предпочтительных форм осуществления полезной модели на примере фигур. Показано на:
Фигура 1 схематический вид сбоку на магистральную часть воздухораспределителя в общей форме,
Фигуры 2а и 2б детальные изображения предлагаемых изменяемых сопел в магистральной части согласно первой форме осуществления полезной модели в двух возможных положениях движения,
Фигура 3 детальное изображение предлагаемых изменяемых сопел в магистральной части согласно второй форме осуществления полезной модели,
Фигура 4 детальное изображение предлагаемых изменяемых сопел в магистральной части согласно третьей форме осуществления полезной модели, и
Фигура 5 детальное изображение предлагаемых изменяемых сопел в магистральной части согласно четвертой форме осуществления полезной модели.
Согласно фигуре 1 показанный здесь, обозначенный также как магистральный клапан элемент 1 с двумя ступенями давления воздухораспределителя оснащен управляющим поршнем 2, на который с одной стороны через первую управляющую камеру 3 подается давление основной воздушной магистрали L. С противоположной стороны на управляющий поршень 2 воздействует эталонное давление S, имеющееся во второй управляющей камере 4, которой он оснащен. От управляющего поршня 2 отходит шток 5, который своим концом приводит в действие ускорительный клапан 6.
При этом шток 5 опирается на воздуховыпускной клапан 8 для эталонного давления S, который держится закрытым за счет нажимной пружины. Эта нажимная пружина сильнее, чем пружина ускорительного клапана 6, так что последний открывается первым. В результате открытия ускорительного клапана 6 за счет штока 5 управляющего поршня 2 происходит ускорение торможения, в результате чего дополнительный сжатый воздух из основной воздушной магистрали L выпускается через обратный клапан 12 и интегрированный в магистральную часть 1 канал KZE 7 (канал для дополнительного выпуска воздуха) в окружающую среду. Кроме того, канал KZE может иметь первый воздуховыпускной канал 13 к обозначаемому также как главная часть элементу 24 с тремя ступенями давления воздухораспределителя, через которые в начале торможения может выйти большее количество воздуха.
За счет открытия воздуховыпускного клапана 8 создается подсоединение эталонного давления S к каналу KZE, вследствие чего давления в обоих становятся примерно одинаковыми, обратный клапан 12 закрыт, а воздух отбирается не из основной воздушной магистрали L, а из камеры эталонного давления.
Согласно полезной модели в воздуховыпускном канале 14 канала KZE 7 в окружающую среду расположены первая дросселирующая точка 10 и вторая дросселирующая точка 11. В то время как вторая дросселирующая точка 11 имеет постоянное поперечное сечение, первая дросселирующая точка 10 является изменяемой в поперечном сечении. Поперечное сечение изменяющейся дросселирующей точки 10 может за счет исполнительных средств изменяться от минимального поперечного сечения до максимального поперечного сечения для того, чтобы обеспечить нормализованное воздействие времени наполнения тормозного цилиндра без ухудшения эффекта ускорения. Достаточная изменяемость уже имеется, когда дросселирующая точка может быть полностью открыта или полностью закрыта. Однако, вместо закрытого положения также может быть установлено заданное минимальное поперечное сечение, в этом случае вторая дросселирующая точка 11 не требуется.
В показанной на фигурах 2а и 2б форме осуществления полезной модели приведение в действие изменяющихся дросселирующих точек 10' и 11' осуществляется за счет штока 17' на корпусе клапана ускорительного клапана 6'.
В этом штоке 17' находятся дросселирующие точки 10' и 11', которые соединены отверстием 14', которое за счет отделенного уплотнениями пространства и воздуховыпускного отверстия или сопла 15' образует путь перемещения воздуха из канала KZE в окружающую среду.
Отверстие 14' должно быть такого размера, что оно незначительно оказывает влияние на дросселирование пути перемещения воздуха по отношению к дросселирующим точкам.
В показанном на фигуре 2а закрытом или слегка открытом положении ускорительного клапана 6' обе дросселирующих точки 10' и 11' представляют собой соединение канала KZE 7' через воздуховыпускное отверстие или сопло 15' с окружающей средой. Это соответствует «медленному понижению L с увеличенным выпуском воздуха из канала KZE в целях ускорения торможения», например в конце более длинных поездов. Эффективно действует воздуховыпускное поперечное сечение удаления, которое соответствует дросселирующим точкам 10' и 11' последовательно к воздуховыпускному отверстию или соплу 15', при этом не имеет значения, какой элемент при последовательном включении является причиной большего сопротивления.
После достаточно широкого открытия ускорительного клапана 6' на фигуре 2б, соединенного с открытием воздуховыпускного клапана 8' изменяющаяся дросселирующая точка 10' перемещается за жестко закрепленное в корпусе динамическое уплотнение, так что этот дросселирующая точка 10' больше не создает соединение канала KZE 7' с окружающей средой.
Это соответствует состоянию «быстрое понижение L с уменьшенным выпуском воздуха из канала KZE в целях умеренно медленного заполнения тормозного цилиндра с нормализованным воздействием», например в головной части поезда.
Согласно показанной на фигуре 3 второй форме осуществления полезной модели две параллельно включенные дросселирующие точки 10", а также 11" расположены напротив подвижного поршня 20" в качестве исполнительного средства. При этом поршень 20" служит для закрытия седельного клапана, для чего в данном случае жестко закрепленное в корпусе уплотнение 18 взаимодействует с торцевой стороной поршня 20". На поршень 20" в направлении закрытия подается давление от нажимной пружины 19" и давление из канала KZE 7". В противоположном направлении на поршень 20" воздействует эталонное давление S. При прилегании поршня 20" к уплотнению 18" только дросселирующая точка 11" создает соединение канала 7 KZE через расположенный коаксиально в поршне 20 воздуховыпускной канал 14 с окружающей средой. Это происходит при быстром удалении воздуха из основной воздушной магистрали, признаком которого является приблизительное равенство давлений в канале KZE и управляющей камере S. В этом случае с дросселирующей точкой 11" в целом действующей является только дросселирующая точка меньшего размера, замедляющая удаление воздуха давления S. При медленном удалении воздуха из основной воздушной магистрали, признаком которого является большая разница давлений между управляющей камерой S и каналом KZE, поршень 17 перемещается вверх и в сумме с дросселирующими точками 10" и 11" действующей является большая, ускоряющая удаление воздуха из основной воздушной магистрали дросселирующая точка.
Согласно показанной на фигуре 4 третьей форме осуществления полезной модели предусмотрены две включенные последовательно друг за другом дросселирующие точки 10"' и 11"', а также клапан 21. Он открывается за счет поршня 20'", противодействуя силе нажимной пружины 22. Дросселирующая точка 11"' расположена параллельно к клапану 21 и дросселирующему элементу 10"' в направлении выпуска в окружающую среду после клапана 21. На поршень 20"' подается эталонное давление S в направлении открытия. В направлении закрытия на поршень 20"' подается давление за счет давления канала 7 KZE при содействии нажимной пружины 22. Таким образом, изменяемость дросселирующих точек происходит за счет подключаемого байпаса клапана 21.
Показанная на фигуре 5 конструктивная форма осуществления показывает в качестве исполнительного средства изменяющихся дросселирующих точек снова шток 17"" на корпусе клапана ускорительного клапана 6"", в котором расположены два включенные параллельного друг другу дросселирующие точки 10"" и 11"", а также расположено большое по сравнению с дросселирующими точками отверстие 23"" в форме поперечных отверстий с коаксиальным соединительным отверстием. На показанном закрытом элементе ускорительного клапана 6"" отсутствует соединение канала KZE через дросселирующую точку с окружающей средой. После открытия ускорительного клапана 6"" сначала отверстие 23"" входит в канал 7′′′KZE, при этом соединение с окружающей средой осуществляется за счет обеих дросселирующих точек 10"" и 11"", а также воздуховыпускного отверстия 15. Это соответствует «медленному понижению L с увеличенным выпуском воздуха из канала KZE в целях ускорения торможения», например в конце более длинных поездов.
После дальнейшего открытия ускорительного клапана 6"" изменяющаяся дросселирующая точка 10"" перемещается за жестко закрепленное в корпусе динамическое уплотнение 16"", так что только сама дросселирующая точка создает узкое место соединения канала 7"" KZE с окружающей средой. Это соответствует состоянию «быстрое понижение L с уменьшенным выпуском воздуха из канала KZE в целях умеренно медленного заполнения тормозного цилиндра с нормализованным воздействием», например в головной части поезда.
Полезная модель не ограничивается вышеописанными четырьмя предпочтительными формами осуществления. Более того, также возможны отличия, которые также входят в объем защиты приведенной ниже формулы полезной модели. Например, также возможно выполнять являющееся предметом полезной модели изменяемое устройство дросселирующих точек для реализации нормализованного воздействия с бесступенчато изменяемым поперечным сечением.
Список ссылочных позиций
1 Элемент с двумя ступенями давления
2 Управляющий поршень
3 Первая управляющая камера
4 Вторая управляющая камера
5 Шток
6 Ускорительный клапан
7 Канал дополнительного удавления воздуха KZE
8 Клапан для выпуска воздуха
9 Дроссель
10 Дросселирующая точка
11 Дросселирующая точка
12 Обратный клапан
13 Канал
14 Путь выпуска воздуха
15 Отверстие или сопло для выпуска воздуха
16 Динамическое уплотнение
17 шток
18 Уплотнение
19 Нажимная пружина
20 Поршень
21 Клапан
22 Нажимная пружина
23 Отверстие
24 Элемент с тремя ступенями давления
S Эталонное давление
L Давление в основной воздушной магистрали
KZE Канал дополнительного выпуска воздуха