ТОРМОЗНОЙ ЦИЛИНДР ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, касается конструкции тормозных цилиндров и может быть использована для оснащения тормозной магистрали отдельной единицы железнодорожного подвижного состава.
Известен тормозной цилиндр, содержащий корпус с впускным отверстием и размещенным в корпусе подпружиненным возвратной пружиной поршнем, связанным со штоком, на наружной поверхности поршня установлена уплотнительная манжета с наружным и внутренним лепестками, а также смазочный элемент, выполненный в виде подпружиненного войлочного кольца. 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 в верхней части может потерять свою уплотняющую функцию. При этом уменьшение зазора между поршнем и корпусом в нижней части цилиндра вызывает чрезмерные деформационные нагрузки на манжету. 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.
Известен тормозной цилиндр железнодорожного транспортного средства, содержащий корпус с впускным отверстием и размещенным в корпусе подпружиненным возвратной пружиной поршнем, связанным со штоком. На наружной поверхности поршня установлены смазывающий элемент  в виде войлочного кольца и уплотнительная манжета с лепестками. При этом на наружной поверхности поршня дополнительно установлены кольцо уголкового профиля и кольцо круглого сечения, предназначенные для удержания манжеты. При этом поршень и связанный с ним шток выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе.   (патент № SU998181, МПК6 B60T17/08, 1983 г.).
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. 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 № RU2496030, МПК6 F15B15/14, 2013 г.)
Недостатком этого тормозного цилиндра является потеря консистенции смазки (загустение) при длительной эксплуатации цилиндра в результате попадания инородных частиц, масла, примесей и т.п., что усиливает силы трения, увеличивая нагрузку на направляющие и уплотнение, в результате износа которых тормозной цилиндр со временем теряет работоспособность.
При создании полезной модели решалась задача повышения 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, содержащий корпус с впускным отверстием, внутри которого расположены подпружиненный возвратной пружиной поршень и связанный с поршнем шток, которые выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе; на наружной поверхности поршня установлены манжета с  наружным лепестком, контактирующим с внутренней поверхностью корпуса, и, по крайней мере, одна направляющая, выполненная с обеспечением скольжения поршня вдоль корпуса и его центровки относительно корпуса, при этом согласно полезной модели, наружная поверхность поршня, вместе с манжетой и направляющей образуют при установке в корпус тормозного цилиндра внутреннюю полость по наружному диаметру поршня, которая наполнена смазочным составом.
При этом, согласно полезной модели, в качестве смазочного состава использована консистентная смазка ЖТ-79Л.
При этом, согласно полезной модели, материал направляющей обладает антифрикционными свойствами.
При этом, согласно полезной модели, направляющая поршня в поперечном сечении имеет прямоугольную форму.
При этом, согласно полезной модели, поршень жестко связан со штоком посредством штифта, который удерживается пружинным кольцом-фиксатором.
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, уплотнительная манжета выполнена из резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука.
Новым по сравнению с прототипом является конструкция поршневого узла, включающая в себя поршень с установленными на нем уплотнительной манжетой и направляющими, которые образуют вместе со стенками корпуса полость по наружному диаметру поршня для размещения смазочного материала.
Для прямолинейного хода штока и поршня тормозного цилиндра используют направляющие кольца, выполненные из антифрикционного материала и способствующие длительной эксплуатации поршня, поскольку сила трения воздействует на направляющее кольцо, а не на поверхность поршня. Направляющие центрируют положение поршня относительно корпуса, обеспечивая, таким образом, прямолинейный ход штока и поршня тормозного цилиндра вдоль корпуса тормозного цилиндра и равномерное распределение по всему диаметру поршня смазочного материала. Равномерное распределение смазочного состава минимизирует разрушения кромки внешнего лепестка манжеты поршня в жестких условиях эксплуатации (например, расширенный диапазон температур, их резкие перепады), обеспечивая снижение силы трения о боковую стенку корпуса.
При этом обеспечивается равномерное расположение уплотняющей манжеты, позволяющее снизить нагрузки на манжету, обусловленные её деформацией, снижающее вероятность ее повреждения, и обеспечить равномерный контакт уплотнительного лепестка с корпусом цилиндра, влияющий на герметичность.
Размещение смазочного материала в замкнутой полости по наружному диаметру поршня сохраняет его свойства благодаря устранению вероятности попадания в полость продуктов износа и различных загрязнений, которые счищаются с поверхности корпуса цилиндра направляющей при движении поршня под действием давления в тормозной полости. При этом исключено попадание загрязнений в зону контакта лепестка манжеты и внутренней поверхности корпуса, что также снижает риски повреждения уплотняющей манжеты.
Кроме того, наличие смазки в зоне контакта лепестка манжеты с корпусом тормозного цилиндра исключает примерзание лепестка при низких температурах, вызывающее последующее стягивание манжеты при движении поршня.
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.
Сущность полезной модели поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и иллюстрируется прилагаемыми чертежами, где на:
фиг. 1 изображен общий вид тормозного цилиндра железнодорожного транспортного средства;
фиг. 2 - вид А фиг. 1 (конструкция поршневого узла).
Тормозной цилиндр содержит корпус 1, герметично закрытый задней крышкой 2, при этом герметичность обеспечивается уплотнительным кольцом 3, размещенным в канавке, выполненной на наружной поверхности кольцевого выступа 4 на задней крышке 2 (фиг. 1, 2). Внутри корпуса 1 размещен связанный со штоком 5 поршень 6, подпружиненный возвратной пружиной 7.
Поршень 6 со штоком 5 выполнены с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса 1 тормозного цилиндра под воздействием сжатого воздуха, поступающего из воздухораспределителя (не показан) через впускное отверстие 8 в задней крышке 2 и создающего рабочее давление в тормозной полости 9, и последующего возврата в исходное положение под воздействием пружины 7 в отпускном положении тормозного цилиндра.
Поршень 6 связан со штоком 5, например, посредством штифта 10, который удерживается пружинным кольцом-фиксатором 11 (фиг. 1). Приведенный на фиг. 1 пример осуществления полезной модели не является ограничивающим. Так шток 5 может быть выполнен полым. В теле штока 5 может быть установлен толкатель, выполненный в виде стержня имеющий окончание сферической формы, выпуклая поверхность которого выполнена с возможностью перемещения по ответной поверхности на поршне 6. Иными словами толкатель размещен в теле полого штока 5 с возможностью углового перемещения относительно поршня 6 и полого штока 5.
На наружной поверхности 12 поршня 6 установлена, по меньшей мере, одна направляющая 13, выполненная с возможностью скольжения вдоль корпуса и его центровки относительно корпуса тормозного цилиндра. Количество направляющих выбирается с учетом радиальной нагрузки на поршень 6 цилиндра, которая определяется, в том числе, длиной штока 5 цилиндра и размером наружной боковой поверхности 12 поршня 6 (фиг. 1,2).
Для обеспечения наилучшего скольжения направляющие 13 выбираются с низким коэффициентом трения. Например, направляющие 13 могут быть выполнены из политетрафторэтилена (РТFE), в частности из РТFE, наполненного бронзой либо наполненного бронзой фторопласта, либо из упрочненной ткани с антифрикционным наполнением. При этом форма направляющих 13 в поперечном сечении может быть прямоугольной.
Поршень 6 снабжен уплотнением, выполненным в виде манжеты 14, состоящей из наружного и внутреннего уплотнительных лепестков. Манжета установлена в кольцевой проточке 15 на наружной поверхности поршня 6 (фиг. 2). При этом, наружный уплотнительный лепесток 16 размещенной в кольцевой проточке 15 манжеты 14 контактирует с внутренней поверхностью корпуса 1 тормозного цилиндра с обеспечением герметичности тормозной полости 9 (фиг. 1,2).
Наружная поверхность 12 поршня 6, вместе с манжетой 14 и направляющей 13 при установке в корпус 1 тормозного цилиндра образуют замкнутую внутреннюю полость 17 по наружному диаметру, которая наполнена смазочным составом для уменьшения трения между движущимися деталями тормозного цилиндра. Смазочный состав, находящийся в полости, защищен от попадания инородных включений благодаря направляющим, которые счищают всю грязь с поверхности корпуса цилиндра при движении поршня при торможении. В качестве смазочного состава может быть использована консистентная смазка, например, ЖТ-79Л.
Материал уплотняющей манжеты 14 подобран таким образом, чтобы выдерживать, не меняя своих технических характеристик, жесткие условия эксплуатации (например, расширенный диапазон температур, их резкие перепады). Например, уплотняющая манжета 14 может быть выполнена из эластомеров, например, из резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука, сохраняющих свои эластичные свойства в сложных климатических условиях, связанных с частыми и значительными перепадами температур.
Тормозной цилиндр работает следующим образом.
В исходном положении поршень 6 принимает крайнее левое положение, иными словами расположен у задней крышки 2 корпуса 1 тормозного цилиндра. При торможении сжатый воздух через впускное отверстие 8 в задней крышке 2 поступает в тормозную полость 9 корпуса 1 цилиндра (фиг. 1). Поршень 6 со штоком 5, сжимая возвратную пружину 7, перемещается вправо до тех пор, пока тормозные колодки не прижмутся к колесам вагона. При растормаживании давление в тормозной полости 9 цилиндра падает. Поршень 6 со штоком 5 под усилием возвратной пружины 7 беспрепятственно возвращаются в исходное положение.
Положение поршня 6 относительно корпуса 1 тормозного цилиндра отцентрировано с помощью размещенной на наружной боковой поверхности 12 поршня 6, по крайней мере, одной направляющей 13. При этом внутренняя полость  17 по наружному диаметру имеет одинаковую площадь сечения по всему диаметру поршня 6 (фиг. 2), смазочный состав размещен во внутренней полости 17, равномерно обеспечивая  уменьшение трения по всей поверхности поршня 6 тормозного цилиндра. При движении поршня 6 наружный уплотнительный лепесток 16 манжеты 14 благодаря смазке, находящейся в полости 17, беспрепятственно скользит по внутренней стенке корпуса 1. Тем самым, исключаются различные повреждения наружного лепестка 16 манжеты 14.
Благодаря использованию направляющих 13 обеспечен равномерный зазор между поршнем 6 и корпусом 1 тормозного цилиндра, вследствие чего, исключена излишняя деформация манжеты 14 и равномерный контакт лепестка 16 манжеты 14 с корпусом 1 тормозного цилиндра.
Благодаря равномерному размещению по всей поверхности поршня 6 смазки и антифрикционным свойствам направляющих 13, механическое усилие на штоке 5 поршня 6 повышается, улучшая, таким образом, технические характеристики тормозного цилиндра.
Таким образом, указанный технический результат достигнут. Создана надежная износостойкая конструкция тормозного цилиндра железнодорожного транспортного средства с увеличенным эксплуатационным ресурсом.