ТОРМОЗНОЙ ЦИЛИНДР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается конструкции тормозных цилиндров и может быть использована для оснащения тормозной магистрали отдельной единицы железнодорожного подвижного состава.
Уровень техники
Известен тормозной цилиндр железнодорожного транспортного средства, устанавливаемый на большинство четырехосных вагонов, платформ, цистерн, содержащий корпус с впускным отверстием и размещенным в корпусе поршнем, связанным со штоком, возвратной пружиной, уплотнительной манжетой с наружным и внутренним лепестками, расположенными на наружной цилиндрической поверхности поршня, и смазочный элемент. При этом поршень и связанный с ним шток выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе. (В.Т. Пархомов "Устройство и эксплуатация тормозов", М., «Транспорт», 1994 г.).
Недостатком известного тормозного цилиндра является низкая эксплуатационная надежность в результате «проседания» поршня, который под действием собственного веса опускается на нижнюю стенку корпуса цилиндра, смещаясь относительно своей оси симметрии. Это приводит к чрезмерному увеличению зазора между поршнем и корпусом в верхней части цилиндра, из-за чего уплотняющий наружный лепесток манжеты под давлением воздуха заворачивается в увеличенный зазор, приводя к бездействию тормозного цилиндра при дальнейшей работе.
6
Известен тормозной цилиндр железнодорожного транспортного средства, содержащий корпус с впускным отверстием и размещенным в корпусе поршнем, связанным со штоком, возвратной пружиной, смазывающим элементом и уплотнительной манжетой с лепестками, установленными на наружной и цилиндрической поверхности поршня, причем манжета размещена между кольцом  уголкового профиля и кольцом круглого сечения. При этом поршень и связанный с ним шток выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе, (патент № SU 998181, МПК B60T 17/08, 1983 г.);
Недостатком этого тормозного цилиндра является возникновение значительных сил трения при торможении и отпуске между поршнем и внутренней поверхностью стенки тормозного цилиндра при возникающем в процессе эксплуатации «проседании» поршня под собственным весом. Это способствует повышенному износу уплотнения, расположенного на поршне тормозного цилиндра, повышая внешние утечки воздуха из тормозной полости, тем самым снижая давление сжатого воздуха в этой полости. Также имеется вероятность заворачивания лепестка манжеты в увеличенный зазор между поршнем и корпусом, а в некоторых случаях, например, при затормаживании железнодорожного транспортного средства стояночным тормозом, когда шток поршня перемещается посредством принудительного механического воздействия на него, и сжатый воздух в тормозной цилиндр не поступает, возможно извлечение манжеты со своего посадочного места вследствие ее упругой деформации, особенно при примерзании ее лепестка к стенкам корпуса, в результате чего происходит потеря цилиндром работоспособности.
Кроме того, в результате трения снижается механическое усилие на штоке поршня тормозного цилиндра при его движении, особенно при некачественной смазке смазывающего элемента, ее затвердевании при низкой температуре окружающего воздуха, а также при ее недостаточном количестве или полном отсутствии.
6
Наиболее близким по технической сущности является тормозной цилиндр железнодорожного транспортного средства, содержащий корпус с впускным отверстием и размещенным в корпусе поршнем с уплотнением, который связан со штоком и подпружинен возвратной пружиной. При этом поршень и связанный с ним шток выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе. В данной конструкции вместо смазочных материалов применены износостойкие направляющие поршня и штока с низким коэффициентом трения, позволяющие снизить силу трения между поршнем/штоком и внутренней поверхностью стенки корпуса. Использование направляющих позволило также уменьшить зазор между поршнем и штоком устранив тем самым возможность «проседания» поршня в условиях эксплуатации, снизив нагрузку на уплотнение поршня, (патент № RU 2496030, МПК F15B 15/14, 2013 г.)
Недостатком известного тормозного цилиндра является неплотное прилегание поршневого уплотнения к внутренним стенкам корпуса тормозного цилиндра, так как герметичность уплотнения достигается только за счет упругих свойств материала, который при длительной эксплуатации теряет свою эластичность, вероятность утечек воздуха из тормозной полости, расположенной перед поршнем со временем в результате износа уплотнения увеличивается. Кроме того, менее качественная обработка внутренней поверхности корпуса цилиндра усиливает силы трения, увеличивая нагрузку на направляющие и уплотнения, в результате износа которых тормозной цилиндр со временем теряет работоспособность.
Раскрытие полезной модели
При создании полезной модели решалась задача расширения арсенала тормозных цилиндров железнодорожного транспортного средства. Вместе с тем, для специалистов в отрасли железнодорожного транспорта приоритетным направлением является, прежде всего, повышение безопасности движения, которое заключается в обеспечении надежной и слаженной работы всей тормозной системы, в частности тормозных цилиндров, при этом элементы тормозной системы должны отвечать всем нормам и требованиям, предъявляемым к ним в различных условиях эксплуатации.
Технический результат - создание надежной износостойкой конструкции тормозного цилиндра железнодорожного транспортного средства с увеличенным эксплуатационным ресурсом.
Указанный технический результат достигается тем, что тормозной цилиндр железнодорожного транспортного средства содержит корпус с впускным отверстием, внутри корпуса расположен связанный со штоком поршень с уплотнением, подпружиненный возвратной пружиной, причем поршень и связанный с ним шток выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе, при этом поршень имеет направляющие поршня, выполненные с возможностью скольжения с корпусом цилиндра, а корпус имеет направляющие штока, выполненные с возможностью скольжения со штоком поршня, при этом согласно полезной модели, корпус выполнен в виде гильзы с высоким качеством обработки ее внутренней поверхности, расположенной между стянутыми посредством крепежных элементов передней и задней крышками, а уплотнение поршня - в виде манжеты, которая содержит установочную часть, выполненную с возможностью плотного прилегания к стенкам кольцевой проточки, образованной на торце поршня, и уплотнительную часть, контактирующую с внутренней поверхностью гильзы корпуса тормозного цилиндра, при этом установочная часть выполнена армированной, а на наружной стороне уплотнительной части манжеты расположены с возможностью контактного взаимодействия по совокупности со всей внутренней поверхностью гильзы небольшие углубления, наполненные смазочным составом.
При этом, согласно полезной модели, внутренняя поверхность гильзы корпуса выполнена хонингованной.
При этом, согласно полезной модели, крепежные элементы корпуса выполнены в виде шпилек с навинчивающимися на них гайками.
При этом, согласно полезной модели, поршень связан со штоком посредством штифта.
При этом, согласно полезной модели, шток выполнен полым с обеспечением возможности углового перемещения в его теле толкателя относительно поршня и штока.
При этом, согласно полезной модели, передняя крышка корпуса имеет удлиненную горловину для размещения в ней пружины.
При этом, согласно полезной модели, в торце горловины передней крышки выполнены сквозные отверстия, закрытые сетчатым фильтром, удерживаемым на своем месте колпаком с выполненными на нем отверстиями, расположенными соосно сквозным отверстиям горловины.
При этом, согласно полезной модели, в кольцевой канавке на внутренней поверхности колпака размещен грязесъемник, выполненный в виде кольца с выступом на его внутренней поверхности, обращенным в сторону внешней среды.
При этом, согласно полезной модели, направляющая поршня или штока в поперечном сечении имеет прямоугольную форму или форму с бочкообразной поверхностью у контактирующей с дном посадочной канавки стороны.
При этом, согласно полезной модели, уплотнительная манжета выполнена из эластомера.
При этом, согласно полезной модели, уплотнительная манжета выполнена из эластомерного компаунда.
При этом, согласно полезной модели, на торце поршня по периметру круга, образованного кольцевой проточкой, размещены запирающие шайбы, выполненные с возможностью предохранения манжеты от выпадения.
Новым по сравнению с прототипом является конструкция поршневого узла, включающая в себя поршень с установленными на нем уплотнительной манжетой и направляющими, позволяющая минимизировать возможность смещения либо самопроизвольного извлечения с посадочного места, а также разрушения уплотнения поршневого узла в жестких условиях эксплуатации (например, расширенный диапазон температур, их резкие перепады), исключив тем самым возможность утечек сжатого воздуха. Уплотнительная манжета при этом выполнена армированной с возможностью плотной посадки в кольцевую проточку поршня. Материал манжеты подобран выдерживающим жесткие условия эксплуатации (например, расширенный диапазон температур, их резкие перепады). Армирование манжеты с фиксацией в посадочном месте исключает упругую деформацию ее установочной части, предотвращая ее извлечение, особенно при затормаживании без воздуха ручным тормозом. Кроме того, арматура манжеты имеет тот же коэффициент теплового расширения, что и поршень, что позволяет при любых температурных колебаниях, в том числе резких перепадах, добиться плотного прилегания самой манжеты к стенкам кольцевой проточки.
Кроме того, уплотнительная часть манжеты, контактирующая с внутренней поверхностью корпуса выполнена с углублениями, наполненными смазочным составом, что обеспечивает снижение силы трения о боковую стенку корпуса и уменьшение, тем самым, вероятности разрушения кромки уплотнительной части манжеты. При этом продукты износа и различные загрязнения удерживаются в этих углублениях и не попадают в зону контакта лепестка манжеты и внутренней поверхности корпуса.
Кроме того, конструкция корпуса тормозного цилиндра, выполненная в виде гильзы, расположенной между стянутыми посредством шпилек с гайками передней и задней крышками, облегчает технологию обработки внутренней поверхности гильзы, позволяющей достичь высоких показателей качества обработки, что в свою очередь позволяет минимизировать износ уплотнения и направляющих, а также разрушения уплотнительной части манжеты поршня в жестких условиях эксплуатации.
Несмотря на известность отдельных элементов, создана новая совокупность существенных признаков тормозного цилиндра, направленная на упреждение различных повреждений поршневого узла во время эксплуатации, что позволяет эксплуатировать тормозной цилиндр с сохранением заданных технических характеристик в расширенном диапазоне температур при наличии вибрационных и динамических нагрузок, а также появляется возможность увеличения межремонтных сроков.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и иллюстрируется прилагаемыми графическими материалами, где на:
фиг. 1 - тормозной цилиндр в расторможенном состоянии (с жестким штоком);
фиг. 2 - тормозной цилиндр в расторможенном состоянии (с плавающим толкателем в теле штока);
фиг. 3 - вид А фиг. 1 (уплотняющая манжета);
фиг. 4 - вид Б-Б фиг. 1 (запирающие шайбы на торце поршня);
Осуществление полезной модели
Тормозной цилиндр содержит корпус 1, внутри которого расположен поршень 2, образующий в корпусе 1 две полости: тормозную 3 и пружинную 4. Корпус 1 состоит из гильзы 5, передней 7 и задней 8 крышек, причем гильза 5 расположена между крышками 7 и 8, стянутыми посредством шпилек 6 с гайками и шайбами, для чего в крышках 7 и 8 выполнены соответствующие отверстия. При этом обеспечивается герметичность задней крышки 8 с помощью уплотнительного кольца 9 (фиг. 1).
Уплотнительное кольцо 9 размещено в кольцевой проточке, выполненной на фланце задней крышки 8 и изготовлено, например, из силиконовой либо фторсиликоновой резины, например марки ФСИ-70М.
Крышки 7 и 8 корпуса 1 тормозного цилиндра как отливаются из чугуна, так и могут быть изготовленными сварными из стали. Гильза 5 корпуса 1 изготовлена, например, из стальной трубы с высоким качеством обработки ее внутренней поверхности, обеспечивающей наилучшее скольжение. Например, внутренняя поверхность гильзы 5 корпуса 1 может быть хонингованной.
Шток 10 выполнен полым. Поршень 2 связан со штоком 10 посредством штифта 11, который удерживается пружинным кольцом-фиксатором 12. Для размещения штифта 11 в поршне 2 и штоке 10 выполнены соответствующие отверстия, направленные перпендикулярно продольной оси полого штока 10.
В теле штока 10 может быть установлен толкатель 13 (фиг. 2), выполненный в виде стержня с жестко соединенной (например, приваренной) сферической пяткой, выпуклая сферическая поверхность которой выполнена с возможностью углового смещения по ответной поверхности сферической вставки 14. В теле полого стержня толкателя 13 выполнено сквозное отверстие, с возможностью размещения в нем штифта 11, при этом диаметр сквозного отверстия больше диаметра штифта 11 для обеспечения свободного поворота толкателя 13 в теле штока 10. Таким образом, в теле полого штока 10 размещен толкатель 13, выполненный с возможностью углового перемещения относительно поршня 2 и штока 10.
На штоке 10 со стороны передней крышки 7 выполнена проточка 15, в которую входят винты 16, крепящие стопорное кольцо 17 к штоку 10. (Фиг. 1)
В корпусе 1 перед поршнем 2, например, на задней крышке 8, выполнено впускное отверстие 18 для прохода сжатого воздуха из воздухораспределителя (не показан) в тормозную 3 полость. Поршень 2 подпружинен возвратной пружиной 19, расположенной в пружинной полости 4, для чего передняя крышка 7 корпуса 1 имеет удлиненную горловину 20 для размещения в ней пружины 19. Поршень 2 и связанный с ним шток 10 выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе 1 цилиндра под воздействием сжатого воздуха, поступающего из воздухораспределителя через впускное отверстие 18, и преодолевающего сопротивление возвратной пружины и возврата в исходное положение под воздействием пружины в случае, если впускное отверстие 18 соединено с атмосферой.
В торце горловины 20 передней крышки 7 выполнены сквозные отверстия 21. закрытые сетчатым фильтром 22, защищающим пружинную полость 4 от попадания допустимых в атмосфере частичек пыли и грязи и удерживаемым на своем месте колпаком 23. В колпаке 23 также выполнены сквозные отверстия 24, расположенные соосно с отверстиями 21 горловины 20 с обеспечением выхода воздуха из пружинной полости 4 через отверстия 21, 24 во время выдвижения поршня 2 со штоком 10 при срабатывании тормозного цилиндра в атмосферу. Кроме того, отверстия 21, 24 позволяют атмосферному воздуху входить в пружинную полость 4 при возврате поршня 2 и штока 10 в исходное (расторможенное) положение.
Сквозные отверстия 21, 24 прикрыты резиновой пылезащитной шайбой 25, дополнительно защищающей пружинную полость 4 от пыли и грязи в отпущенном положении тормоза. Для очистки от пыли штока 10 после длительного принудительного удерживания штока 10 стояночным тормозом, предусмотрен грязесъемник 26, размещенный в кольцевой канавке на внутренней поверхности колпака 23. Грязесъемник 26 может быть выполнен в виде кольца с выступом на его внутренней поверхности, обращенным в сторону внешней среды. В качестве варианта исполнения грязесъемник 26 может располагаться на внутренней поверхности горловины 20, также возможен вариант размещения грязесъемника 26 и на горловине, и на колпаке.
Поршень 2 имеет направляющие поршня 27, выполненные с возможностью скольжения с внутренней поверхностью 28 корпуса 1 цилиндра. Корпус 1 имеет направляющие 30 штока, выполненные с возможностью скольжения со штоком 10 поршня 2. Количество направляющих выбирается с учетом радиальной нагрузки на поршень цилиндра, которая определяется, в том числе, длиной штока цилиндра и размером боковой поверхности поршня. Направляющие 27 поршня расположены на наружной поверхности 29 поршня 2, контактирующей с внутренней поверхностью 28 гильзы 5 корпуса 1. Направляющие штока 30 размещены на внутренней стороне 31 горловины 20 передней крышки 7 корпуса 1, контактирующей со штоком 10. Для размещения направляющих 27 и 30 на корпусе 1 и поршне 2 выполнены соответствующие посадочные канавки 32.
Для обеспечения наилучшего скольжения направляющие 27 и 30 выбираются с
низким коэффициентом трения. Например, направляющие 27 и 30 могут быть выполнены из политетрафторэтилена (PTFE), в частности из PTFE, наполненного бронзой либо наполненного бронзой фторопласта, либо из упрочненной ткани с антифрикционным наполнением. При этом форма направляющих 27 и 30 в поперечном сечении может быть прямоугольной. Как вариант, форма направляющих в поперечном сечении может быть прямоугольной с бочкообразной поверхностью у контактирующей с дном посадочной канавки 32 стороны, для равномерного распределения нагрузки на направляющие 27 и 30 и исключения пикового напряжения на область кромки направляющих 27 и 30 в случае перекоса поршня 2 или штока 10 или самих направляющих 27 или 30, в результате чего существенно снижаются трение и износ направляющих 27 и 30.
Для обеспечения герметичности тормозной полости 3 поршень 2 снабжен уплотнением, выполненным в виде манжеты 33, которая состоит из установочной 34 и уплотнительной 35 частей. (фиг. 3) Установочная часть 34 выполнена с посадочной цилиндрической поверхностью 36 и с плоским опорным основанием 37, и размещена в кольцевой проточке 38, образованной на торце 39 поршня 2. При этом, установочная часть 34 выполнена с обеспечением плотного прилегания цилиндрической поверхности 36 к боковой стенке 40 кольцевой проточки 38 и с опорой ее плоского основания 37 на дно 41 проточки 38. Уплотнительная часть 35 выполнена с возможностью контакта при размещении манжеты 33 в кольцевой проточке 38 поршня 2 с внутренней поверхностью 28 гильзы 5 корпуса тормозного цилиндра с обеспечением герметичности тормозной полости 3.
При этом установочная часть 34 выполнена армированной, а на наружной стороне 42 уплотнительной части 35 манжеты 33 расположены небольшие углубления 43 наполненные смазочным составом для уменьшения трения между движущимися деталями тормозного цилиндра. В процессе эксплуатации тормозного цилиндра углубления 43 дополнительно выполняют функцию грязесборников, собирая попавшие внутрь корпуса частички пыли и грязи, которые могут провоцировать износ уплотнительной части 35 манжеты 33, приводя к нарушению герметичности. Углубления 43 целесообразно располагать с возможностью контактного взаимодействия по совокупности со всей внутренней поверхностью 28 гильзы 5 для того, чтобы иметь возможность смазывания и одновременной очистки всей ее поверхности, например, в шахматном порядке. В качестве смазочного состава использована консистентная смазка, например, ЖТ-79Л.
Материал уплотняющей манжеты 33 подобран таким образом, чтобы выдерживать, не меняя своих технических характеристик, жесткие условия эксплуатации (например, расширенный диапазон температур, их резкие перепады). Например, уплотняющая манжета 33 может быть выполнена из эластомеров, в частности, из резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука или эластомерного компаунда, сохраняющих свои эластичные свойства в сложных климатических условиях, связанных с частыми и значительными перепадами температур.
Дополнительно, для предохранения манжеты 33 от смещения на торце 39 поршня 2 вдоль окружности, ограниченной кольцевой проточкой 38, размещены запирающие шайбы 45, предохраняющие манжету 33 от выпадения. Для чего в торце 39 поршня 2 выполнены отверстия 46 для размещения в них крепежных винтов 47 фиксирующих положение запирающих шайб 45. (Фиг. 3, 4)
Тормозной цилиндр устанавливается на вагоне при помощи кронштейна 48 соединяемого с рамой вагона штатными болтами и гайками через предусмотренные в кронштейне отверстия (не показаны), размер и расположение которых обеспечивает взаимозаменяемость с другими тормозными цилиндрами.
Тормозной цилиндр работает следующим образом.
В исходном положении поршень 2 принимает крайнее левое положение (Фиг. 1), иными словами расположен у задней 8 крышки корпуса 1 тормозного цилиндра. При торможении сжатый воздух через впускное отверстие 18 в задней крышке 8 поступает в тормозную полость 3 корпуса 1 цилиндра. Поршень 2 со штоком 10, сжимая возвратную пружину 19, перемещается вправо до тех пор, пока тормозные колодки не прижмутся к колесам вагона. Благодаря антифрикционным свойствам направляющих 27 и 30 поршня 2 и штока 10, механическое усилие на штоке 10 поршня 2 повышается, улучшая, таким образом, технические характеристики тормозного цилиндра.
При растормаживании давление в тормозной полости 3 цилиндра падает. Поршень 2 со штоком 10 под усилием возвратной пружины 19 беспрепятственно возвращаются в исходное положение.
При движении поршня 2 установленная в торце 39 поршня 2 манжета 33 надежно зафиксирована в кольцевой проточке 38 благодаря арматуре на ее установочной части 34. Уплотнительная часть 35 благодаря смазке, задерживающейся в углублениях 43, беспрепятственно скользит по качественно обработанной внутренней поверхности 28 гильзы 5 корпуса 1. Все посторонние включения собираются при движении поршня в углублениях 43. Тем самым, исключаются различные повреждения уплотнительной части 35 манжеты 33.
При этом, в случае потери смазкой своих свойств сохраняется работоспособное состояние тормозного цилиндра, причем низкий коэффициент трения направляющих сохраняется по всему расширенному диапазону температур, тем самым повышается КПД.
Кроме того, благодаря использованию направляющих снижен зазор между поршнем и гильзой, вследствие чего, исключена вероятность заворачивания лепестка манжеты в увеличенный зазор между поршнем и корпусом. Армированное основание манжеты, не допускает извлечения манжеты со своего посадочного места, особенно при примерзании ее лепестка к стенкам корпуса, например, при затормаживании железнодорожного транспортного средства стояночным тормозом, вследствие чего потеря работоспособности тормозного цилиндра не происходит.
Таким образом, указанный технический результат достигнут. Создана надежная износостойкая конструкция тормозного цилиндра железнодорожного транспортного средства с увеличенным эксплуатационным ресурсом.