Реле давления

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройству реле давления для управления тормозами автоматического, пневматического, электропневматического и прямодействующего железнодорожного транспортного средства. В частности, речь идет о реле давления, предназначенном для изменения давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах (ТЦ) в зависимости от давления в управляющей полости.
Известно реле давления для управления тормозами железнодорожного транспортного средства, содержащее корпус с крышкой, в котором смонтированы подвижная перегородка, отделяющая полость управляющего давления от полости управляемого давления, и с возможностью взаимодействия с ней клапан для сообщения полости управляемого давления с питательной магистралью, в корпусе закреплена направляющая втулка из самосмазывающегося материала с посадочным местом и сменным кольцевым уплотнительным элементом, размещенным в расточке на направляющей поверхности для подвижной перегородки, которая выполнена в виде поршневого узла, включающего поршень с торцевым кольцевым уплотнительным элементом в виде V-образной манжеты и жестко связанный с поршнем шток с запорным элементом на его торце, при этом клапан выполнен двухседельным с полым осевым отверстием для сообщения управляемого давления с атмосферой и разгрузочным каналом (RU 168464, В60Т 15/18, опубл. 03.02.2017 г.).
Недостатками известного реле давления являются ее недостаточная эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что в этом устройстве его элементы постоянно находятся под разными давлениями, то есть на границе уплотнений существует значительный перепад давления. Несмотря на то, что манжетные уплотнения относятся к категории эксплуатационно надежных, это качество проявляется при кратковременных режимах работы, когда рост давления сменяется его спадом. А в режиме постоянной и большой разницы давлений по разные стороны манжеты происходит перетекание рабочего агента их области высокого давления в область низкого, обусловленное тем, что манжета в гнезде устанавливается с натягом, но с возможностью ее хода. Кроме того, чувствительность и, следовательно, точность срабатывания любого перемещаемого узла в устройстве, установленного в уплотнительных манжетах, например, прямоугольного или круглого поперечного сечения, прямо зависит от упругости материала манжеты и способа ее заделки в гнезде. При росте давления подвижный орган приобретает способность смещения только тогда, когда в контактном месте манжеты преодолевается трение покоя. А сдвигание уплотнения проходит за счет роста давления. Поэтому появляются не только протечки, но и зона нечувствительности устройства в начальных режимах работы. Кроме всего прочего, это приводит к резкому скачкообразному перемещению подвижных элементов устройства, что влияет на эксплуатационную надежность реле давления.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение увеличения срока службы и увеличения межремонтного интервала за счет изменения конструктивной схемы и системы герметизации зазоров.
Технический результат, который будет получен при осуществлении полезной модели, заключается в повышении надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что в реле давления для управления тормозами железнодорожного транспортного средства, содержащем корпус, в котором смонтированы поршневой узел, отделяющий полость управляющего давления от полости управляемого давления, и с возможностью взаимодействия с этим узлом узел питательного клапана для сообщения полости управляемого давления с питательной магистралью, при этом поршневой узел включает в себя поршень с торцевым кольцевым уплотнительным узлом и жестко связанный с поршнем шток с запорным элементом на его торце, шток установлен в направляющей втулке, а узел питательного клапана выполнен с возможностью его вворачивания в корпус и включает в себя полый шток, смонтированный с возможностью осевого смещения и подпружиненный в сторону контакта его конца с запирающим элементом штока поршневого узла, при этом полый шток выполнен с кольцевым выступом для перекрытия канала сообщения управляемого давления с атмосферой, в поршневом узле шток выполнен со стороны, противоположной штоку, с удлинителем, уплотненным в корпусе V-образной манжетой, а шток поршня дополнительно уплотнен в корпусе V-образной манжетой на участке между поршнем и направляющей втулкой на штоке, в корпусе полый шток узла питательного клапана уплотнен V-образной манжетой со стороны сообщения полости этого штока с питательной магистралью и V-образной манжетой в зоне кольцевого выступа, причем в корпусе установлен дроссель для сообщения полости под поршнем с атмосферой, при этом уплотнительный узел поршня выполнен в виде двух разнесенных по высоте кольцевых уплотнений, каждое из которых выполнено в виде V-образной манжеты, а полость между этими V-образными манжетами уплотнительного узла поршня сообщена с атмосферой.
Указанные признаки существенны и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг. 1 - изображено реле давления, общий вид в сечении.
В общем случае реле давления для управления тормозами железнодорожного транспортного средства содержит корпус, в котором смонтированы поршневой узел, отделяющий полость управляющего давления от полости управляемого давления, и с возможностью взаимодействия с этим узлом узел питательного клапана для сообщения полости управляемого давления с питательной магистралью.
Поршневой узел включает в себя поршень с торцевым кольцевым уплотнительным элементом в виде V-образной манжеты и жестко связанный с поршнем шток с запирающим элементом на его торце, шток установлен в направляющей втулке.
В поршневом узле шток выполнен со стороны, противоположной штоку, с удлинителем, уплотненным в корпусе V-образной манжетой, а шток поршня дополнительно уплотнен в корпусе V-образной манжетой на участке между поршнем и направляющей втулкой на штоке.
Узел питательного клапана выполнен с возможностью его вворачивания в корпус и включает в себя полый шток, смонтированный с возможностью осевого смещения и подпружиненный в сторону контакта его конца с запорным элементом штока поршневого узла, при этом полый шток выполнен с кольцевым выступом для перекрытия канала сообщения управляемого давления с атмосферой. В корпусе полый шток узла питательного клапана уплотнен V-образной манжетой со стороны сообщения полости этого штока с питательной магистралью и V-образной манжетой в зоне кольцевого выступа, причем в корпусе установлен дроссель для сообщения полости под поршнем с атмосферой.
Ниже приводится пример конкретного исполнения реле давления (фиг. 1).
Реле давления содержит корпус 1, в котором смонтированы поршневой узел 2, отделяющий полость 3 управляющего давления от полости 4 управляемого давления, и с возможностью взаимодействия с этим узлом узел 5 питательного клапана для сообщения полости 4 управляемого давления с питательной магистралью 6.
Корпус 1 реле давления выполнен с крышкой 7, в котором выполнена выемка в виде части полости 3 управляющего давления и в центральной части которой сформировано глухое отверстие, являющееся гнездом для размещения удлинителя 8 штока 9 поршневого узла. В глухом отверстии удлинитель 8 уплотнен в корпусе V-образной манжетой 10. Данное уплотнение необходимо для исключения протечек агента высокого давления в управляющий канал 11 регулировки положения поршня 12 поршневого узла, сообщенного с полостью глухого отверстия в крышке.
Поршневой узел 2 включает поршень 12 с кольцевым уплотняющим узлом, выполненным в виде двух разнесенных по высоте кольцевых уплотнений, каждое из которых выполнено в виде V-образной манжеты 13, а полость 14 между этими V-образными манжетами уплотнительного узла поршня сообщена с атмосферой.
V-образные манжеты 13 этого уплотняющего узла размещены в выемках в боковой поверхности поршня. Для обеспечения низкого трения скольжения поршень с этим уплотняющим узлом размещен в цилиндре, верхняя часть которого размещена в выемке крышки (и уплотнена по наружной поверхности), а нижняя - в выемки корпуса.
Таким образом, в поршневом узле на диске поршня расположено две V-образные манжеты 13. Верхняя манжета создает герметичность полости над поршнем (управляющей полости). Нижняя манжета создает герметичность полости под поршнем (полость повторительная). Между манжетами выполнено отверстие, соединенное с атмосферой. Так как полость между манжетами соединена с атмосферой, то в работе принимает участие только половина манжеты. Если условно разделить манжету вдоль ее сечения, то половина манжеты соединенная с атмосферой не будет принимать участие в работе, она будет разгружена по силе. Получается, что при возникновении давления над поршнем и под поршнем в работе принимают участие каждая половина манжеты, верхняя половина верхней манжеты и нижняя половина нижней манжеты.
С поршнем 12 жестко связан шток 9 (поршень напрессован на шток и представляет собой неразборный узел) с запирающим элементом 15 другом конце (выполнен в виде седловидного элемента клапана). Уплотняющий элемент 6 выполнен в виде V-образной манжеты для обеспечения плотности управляющего давления.
Шток 9 установлен в направляющей втулке 16, зафиксированной в корпусе на уровне ниже поршня 12. Втулка 16 может быть выполнена из полимерного самосмазывающегося материала. Для уменьшения трения скольжения штока в этой втулке (при ходе штока вверх или вниз), форма наружной поверхности штока выполнена с участками дугообразных вогнутостей, в результате чего шток контактирует с втулкой только отдельными участками. Это позволяет существенно снизить трение скольжения в этой паре. Буртик направляющей втулки 16 зажат кольцом 17, закрепленным в корпусе, которое не позволяет этой втулке совершать перемещения вдоль своей оси. Именно в этом кольце выполнена проточка, в которой размещен уплотняющий элемент в виде V-образной манжеты 18, упирающейся в ствол штока 12. V-образная манжета 18 так же предназначена для исключения произвольного перетекания сжатого воздуха из полости 6, сообщенной с потребителем (например, тормозным цилиндром или воздухораспределителем), в полость 4 управляемого давления под поршнем. Таким образом, обеспечена герметизация полости управляемого давления (штоковая полость).
Для гарантированной связи полостей 4 и 6 в корпусе 1 выполнен сообщительный канал, в котором установлен дроссель 19 для сообщения полости под поршнем с атмосферой. В конструкции реле давления дроссель используется в качестве канала, через который воздух поступает в полость под поршнем. Особенность заключается в том, что при резком изменении давления (увеличении или уменьшении) над поршнем давление под поршнем будет изменяться плавно, так как в дросселе сделано отверстие с маленьким диаметром.
В полости корпуса под торцем штока, в котором закреплен запирающий элемент 15 седловидной формы, размещен узел питательного клапана, который выполнен с возможностью его вворачивания в корпус. Этот клапан состоит из несущего основания 20 стаканообразной формы (этот элемент, оснащенный уплотнениями, может вворачиваться в корпус 1, что делает весь узел питательного клапана сменным, то есть ремонтируемым). В основании в его центральной части выполнена направляющая 21, в которой размещен полый шток 22, полость которого сообщена с каналом 23, связанным с атмосферой.
Полый шток 22 смонтирован с возможностью осевого смещения в направляющей 21 и подпружинен в сторону контакта его другого конца с запирающим элементом 15 штока 12 поршневого узла. Полый шток 22 выполнен с кольцевым выступом 24 для перекрытия канала сообщения управляемого давления с атмосферой. В корпусе полый шток 22 узла питательного клапана уплотнен V-образной манжетой 25 со стороны сообщения полости этого штока с питательной магистралью и V-образной манжетой 26 в зоне кольцевого выступа. Эти уплотнения необходимы для исключения перетекания агента в полость, сообщенную с атмосферой.
Особенности конструкции:
- в конструкции реле давления применены V-образные манжеты не только в поршневом узле, но и в других ответственных местах. В узле питательного клапана установлено две V-образные манжеты. В поршневом узле установлено три V-образные манжеты.
- поршневой узел состоит из клапана, поршня и диска. Диск запрессовывается на поршень и имеет не разборную конструкцию. Клапан вкручивается в поршень и может быть заменен при необходимости планового обслуживания.
Применение V-образной уплотнительной манжеты в ответственных местах позволяет решить несколько технических задач, обеспечивающих повышение функциональности и надежности работы реле давления, возможность применения композитных материалов и повысить чувствительность реле на начало срабатывания.
Резиновые уплотнительные V-образные манжеты устанавливаются в корпус, на валу или на другие аналогичные поверхности для уплотнения зазора в пневматических устройствах. Эти манжеты имеют длинную и гибкую кромку, позволяющую удерживать смазочные материалы на более длительный срок и защищать от внешних грязи и пыли. Могут быть изготовлены, например, из материалов NBR и FKM/FPM/VITON (фторкаучуковые V-манжеты). Эти манжеты превосходно работают в сухой среде, что очень важно для условий работы реле давления, как конструкционной единицы пневматической части тормозного оборудования железнодорожного транспорта.
Наличие длинной и гибкой кромки позволяет не только герметизировать зазор, но и обеспечивает поджатие этой упругой юбки манжеты к валу (как пример) на протяжении длительного срока, несмотря на износ концевой части этой юбки. Но при этом так же изменяется картина взаимодействия манжеты с телом вращения или перемещения. В этом месте контакт имеет линейный характер, то есть практически не имеет площади. При таком взаимодействии трение покоя минимизировано и определяется величиной упругого поджатия концов V-образной части манжеты. Повышается чувствительность на срабатывание. Так как реакция реле повышается на начальных этапах начала роста давления, то появление скачкообразных срабатываний сводится к минимуму. Это и позволяет обеспечить длительность гарантированно надежной работы реле давления.
Функции реле давления:
- наполнение ТЦ. Когда давление (в управляющей полости реле) над поршнем становится больше чем давление под поршнем, то поршень двигается вниз, открывает питательный клапан и воздух из входного отверстия поступает в выходное отверстие. Поступление воздуха в выходное отверстие прекратится в тот момент, когда питательный клапан закроется и выровняется давление над и под поршнем;
- перекрыша. Уравновешенное состояние. Когда давление над и под поршнем равно нулю или когда давление над и под поршнем равны. При этом питательный клапан закрыт, и воздух из входного отверстия не поступает в выходное отверстие;
- отпуск. Когда давление (в управляющей полости) над поршнем меньше, чем давление под поршнем, то поршень совершает движение вверх и открывается седло питательного клапана и воздух из выходного отверстия выходит в атмосферу. При этом питательный клапан закрыт. Поступление воздуха в атмосферу прекратится в тот момент, когда клапан на поршне закроется. При этом давление над и под поршнем выравнивается.
Предлагаемая полезная модель промышленно применима, обладает технологичностью и конструктивными особенностями, обеспечивающими надежность.