СТОЯНОЧНОЕ ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ВЫСОКИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
RAIL VEHICLE PARKING BRAKE WITH HIGH EFFICIENCY FACTOR

Данное изобретение относится к тормозному устройству рельсового транспортного средства, содержащему, по меньшей мере, один рабочий тормозной цилиндр, по меньшей мере, с одним приводимым в действие рабочей жидкостью поршнем рабочего тормозного цилиндра, приводящим в действие соосный с осью тормозного цилиндра шток поршня рабочего тормозного цилиндра, а также со стояночным тормозным устройством с установленным с возможностью поворота рычагом управления, вращательное движение которого передается на вал, установленный с возможностью поворота перпендикулярно к оси тормозного цилиндра, по меньшей мере, через подшипник вала в корпусе, причем рычаг управления предназначен для инициирования движения поворота вала, которое преобразовывается в направленное параллельно к оси тормозного цилиндра линейное движение, по меньшей мере, одного установленного с возможностью поворота посредством опорного роликового подшипника на параллельно расположенной к валу оси вращения опорного ролика посредством, по меньшей мере, одного кулачка, соединенного с фиксацией от поворота с валом, при этом упомянутый кулачок имеет рабочую поверхность, взаимодействующую во время хода зажимания или хода отпускания стояночного тормозного устройства с радиально внешней поверхностью опорного ролика, причем линейное движение опорного ролика передается на шток поршня рабочего тормозного цилиндра согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Тормозное устройство, известное из документа EP 0674116 B1, снабжено стояночным тормозным устройством, содержащим симметричное приведение в действие кулачков, причем расположенные на валу кулачки с эвольвентным контуром находятся в зацеплении по обе стороны трубы штоков поршня с роликами, установленными на трубе штока поршня с возможностью поворота вокруг общей оси вращения. Так как такое стояночное тормозное устройство из-за сравнительно высокого веса рельсовых транспортных средств должно развивать большие усилия стояночного торможения, желателен высокий коэффициент полезного действия стояночного тормозного устройства с возможно наименьшей силой трения.
Задача предложенного изобретения состоит в усовершенствовании тормозного устройства указанного прежде вида так, чтобы оно имело по возможности более высокий коэффициент полезного действия.
Эта задача решена посредством тормозного устройства, охарактеризованного признаками п.1 формулы изобретения.
Согласно изобретению рабочая поверхность кулачка выполнена, как участок окружности поверхности цилиндра, центральная ось которого во время хода зажимания или хода отпускания стояночного тормозного устройства совершает круговую траекторию движения вокруг оси вала, причем существует точка пересечения этой траектории движения с осью тормозного цилиндра, которой соответствует, по существу, максимальное усилие стояночного торможения.
Во время хода зажимания или хода отпускания стояночного тормозного устройства вследствие геометрических соотношений, в частности, между рабочей поверхностью кулачка и внешней поверхностью опорных роликов возникает прохождение усилия стояночного торможения, максимальное в определенной точке или на определенном участке. Если в этой точке или на этом участке максимального усилия стояночного торможения отсутствует плечо усилия между указанной траекторией движения и осью тормозного цилиндра или и соосно расположенным к нему штоком поршня рабочего тормозного цилиндра, то в передающем тормозные зажимные усилия штоке поршня рабочего тормозного цилиндра не инициируются поперечные усилия, что дает в результате незначительные силы трения, а, следовательно, высокий коэффициент полезного действия стояночного тормозного устройства. Поскольку усилия трения, основывающиеся на поперечных усилиях, также имеют максимальную величину именно на участке хода зажимания или хода затягивания стояночного тормозного устройства, на котором возникает максимальное усилие стояночного торможения.
Под „ходом зажимания" согласно изобретению понимают путь или угол, который должны пройти компоненты стояночного тормозного устройства, исходя из отпущенного тормозного исходного положения, при котором накладки тормозной колодки находятся на некотором расстоянии, как от пары трения, так и от тормозного диска, благодаря воздушному зазору, - до положения зажимания, в котором усилие стояночного торможения максимальное.
В соответствии с этим под „ходом отпускания" понимают согласно изобретению путь или угол, которые проходят компоненты стояночного тормозного устройства, исходя из положения зажимания, при котором усилие стояночного торможения максимально, до отпущенного тормозного исходного положения, при котором накладки тормозной колодки находятся на некотором расстоянии, как от пары трения, так и от тормозного диска, благодаря воздушному зазору.
Раскрытые в зависимых пунктах формулы изобретения особенности создают возможность для предпочтительных усовершенствованных вариантов и модернизаций изобретения, изложенного в независимых пунктах формулы изобретения.
Особенно предпочтительно, если вал и, по меньшей мере, один опорный ролик, расположены так, что в отношении всего хода зажимания, в начале хода зажимания, расстояние между линией действия силы, продолжающейся, с одной стороны, между касательной, между рабочей поверхностью кулачка и поверхностью опорных роликов, с одной стороны, и осью опорных роликов, с другой стороны, и осью вала имеет максимальную величину. Чем больше это расстояние между линией действия силы и осью вала, тем меньше передаточное число, которое имеет кулачковый механизм вследствие взаимодействия рабочей поверхности кулачка и поверхности опорного ролика.
Другими словами, передаточное число к началу хода зажимания меньше всего тогда, когда только требуется преодолеть зазор между накладками тормозной колодки и соответствующей парой трения. Передаточное число растет затем с возрастающим ходом зажимания, так как расстояние между линией действия силы и осью вала сокращается. Этот порядок имеет преимущество, заключающееся в том, что в этом случае с увеличением хода зажимания увеличивается силовое передаточное отношение образованного рабочей поверхностью кулачка и поверхностью опорного ролика кулачкового механизма, а вследствие этого лучше соответствует требованиям, согласно которым в начале хода зажимания посредством небольшого зажимного усилия следует только преодолевать зазор, а к концу хода зажимания требуется большое зажимное усилие для достижения максимального усилия стояночного торможения.
Согласно усовершенствованному варианту выполнения изобретения предусмотрены два кулачка, симметрично расположенные к оси цилиндра, соединенные устойчиво к повороту с валом, а также два взаимодействующие с кулачками и расположенные симметрично к оси цилиндра опорных ролика. Кроме того, предусмотрены, по меньшей мере, два подшипника вала, симметрично расположенных к оси цилиндра, причем, если смотреть в направлении перпендикулярно к оси тормозного цилиндра, подшипники вала и опорные роликовые подшипники расположены со смещением друг к другу.
Исходя из того, что подшипники вала и опорные роликовые подшипники занимают соответственно одно определенное радиальное конструктивное пространство, имеется преимущество, заключающееся в том, что в этом случае подшипники вала и опорные роликовые подшипники находятся в разных плоскостях, а вследствие этого, по сравнению с решением, где они расположены в общей плоскости, ось вала и ось опорных роликов может занимать меньшее расстояние относительно друг друга, что влечет за собой предпочтительно меньший конструктивный размер тормозного устройства. Это предпочтительно, прежде всего, принимая во внимание ограниченное конструктивное пространство тормозных устройств на участке поворотных тележек рельсового транспортного средства. Например, расстояние подшипника вала от оси тормозного цилиндра больше чем расстояние опорных роликовых подшипников от оси тормозного цилиндра.
Предпочтительно, если, по меньшей мере, один опорный ролик установлен с возможностью поворота посредством опорной цапфы на упорном кольце подвижно, установленном на штоке поршня рабочего тормозного цилиндра соосно с осью тормозного цилиндра, причем линейное движение упорного кольца передается на шток поршня рабочего тормозного цилиндра. В частности, линейное движение упорного кольца передается через осевой упор на шток поршня рабочего тормозного цилиндра, приводящего в действие тормозной механизм, например блок суппортов.
Под нагрузкой вал эластично деформируется, вследствие чего кулачки получают угол перекоса, который приводил бы к неравномерной нагрузке опорных роликов. Поэтому особенно предпочтительно, если упорное кольцо установлено на штоке поршня рабочего тормозного цилиндра, соосно к оси тормозного цилиндра, с возможностью перемещения, а упор выполнен, если смотреть в направлении оси тормозного цилиндра, как выпуклая сферическая упорная поверхность, взаимодействующая с расположенной перпендикулярно к оси тормозного цилиндра кольцевой поверхностью, причем выпуклая сферическая упорная поверхность и расположенная перпендикулярно к оси тормозного цилиндра кольцевая поверхность соответственно выполнены либо на упорном кольце, либо на штоке поршня рабочего тормозного цилиндра. Вследствие этого может выравниваться угол перекоса кулачков, в то время как в этом случае расположенное, например, на штоке поршня рабочего тормозного цилиндра, имеющее зазор на одной оси упорное кольцо может перекашиваться по отношению к штоку поршня рабочего тормозного цилиндра или к оси тормозного цилиндра. В этом случае соприкосновение кольцевой поверхности и выпуклой сферически выполненной упорной поверхностью происходит, например, по существу, вдоль, по меньшей мере, одной линии, образующей тогда качающуюся опору для упорного кольца.
Согласно усовершенствованному варианту выполнения корпус, несущий, по меньшей мере, один подшипник вала, выполнен, как крышка цилиндра, аксиально закрывающая полость установки пружины рабочего тормозного цилиндра, вмещающая в себя возвратную пружину, опирающуюся, с одной стороны, в крышку цилиндра, а, с другой стороны, - в поршень рабочего тормозного цилиндра. Вследствие этого крышка цилиндра является бифункциональной, позволяющей, с одной стороны, в снятом с цилиндра гидравлического тормозного привода положении монтировать такие компоненты, как поршень рабочего тормозного цилиндра, возвратную пружину и т.д. внутри цилиндра гидравлического тормозного привода, а, с другой стороны, создавать вращающуюся опору, по меньшей мере, для вала стояночного тормозного устройства.
При этом образуют крышку подшипника с возможностью установки снаружи в сквозное отверстие крышки цилиндра, по меньшей мере, одного подшипника вала. Кроме того, на крышке цилиндра может быть выполнена также опора для троса Боудена, приводящего в действие рычаг управления.
Подробности становятся более понятными в рамках последующего описания примера выполнения изобретения.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - вид сбоку комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра тормозного устройства рельсового транспортного средства согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения;
фиг.2 - крышка цилиндра комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра по фиг.1 с компонентами стояночного тормозного устройства, в разобранном виде;
фиг.3 - вертикальный разрез комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра по фиг.1 со стояночным тормозом в отпущенном положении;
фиг.4 - вертикальный разрез комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра по фиг.1 со стояночным тормозом в положении зажимания;
фиг.5 - горизонтальный разрез комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра по фиг.1;
фиг.6 - вертикальный разрез комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра по фиг.1 согласно другому варианту выполнения.
Показанный на фиг.1 комбинированный рабочий и стояночный тормозной цилиндр 1 является элементом тормозного устройства рельсового транспортного средства и приводит в действие, например, не изображенный на чертеже суппорт с двумя не показанными, проходящими, по существу, параллельно друг к другу коромыслами суппортов. Оба коромысла суппортов несут на своем одном конце соединенные шарнирно посредством болтов тормозные колодки, входящие предпочтительно в зацепление с фрикционным замыканием в тормозной диск.
Между другими концами коромысел суппортов находится комбинированный рабочий и стояночный тормозной цилиндр 1, корпус 2 которого на фиг.1 соединен с правой стороны на одном коромысле суппорта и его поршне 4 рабочего тормозного цилиндра через шток 6 поршня рабочего тормозного цилиндра и скобу 8 шпинделя с другим коромыслом суппорта.
В частности, рабочий тормозной цилиндр 10 комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра 1 служит в качестве активного рабочего тормоза и содержит приводимый в действие рабочей жидкостью поршень 4 рабочего тормозного цилиндра 4, который приводит в действие через соосный с осью тормозного цилиндра шток 6 поршня рабочего тормозного цилиндра и скобу шпинделя 8 коромысло суппорта, причем нагрузка давлением или разгрузка давления поршня 4 рабочего тормозного цилиндра происходит посредством вентилирования или удаления воздуха из рабочей тормозной камеры 14 внутри рабочего тормозного цилиндра 10 (фиг.3-5). Возвратная пружина 16 предварительно затягивает в качестве пружины сжатия поршень 4 рабочего тормозного цилиндра 4 в показанное на фиг.3, на чертеже в правостороннее отпущенное положение.
Крышка 18 цилиндра закрывает комбинированный рабочий и стояночный тормозной цилиндр 1 по оси на конце, на котором шток поршня рабочего тормозного цилиндра выходит из него и где он соединен со стороны конца со скобой 8 шпинделя. Манжетный сальник 34 в форме гофрированного кожуха между крышкой 18 цилиндра и скобой 8 шпинделя уплотняет сквозное отверстие 32 в наружную сторону.
Шток 6 поршня рабочего тормозного цилиндра проведен в сквозном отверстии 28 перегородки 30, отделяющей полость 26 установки пружины от внутренней полости крышки 18 цилиндра. В полость 26 установки пружины вмещена возвратная пружина 16, опирающаяся, с одной стороны, в перегородку 30, а, с другой стороны, в поршень 4 рабочего тормозного цилиндра.
Стояночное тормозное устройство интегрировано в комбинированный рабочий и стояночный тормозной цилиндр 1 или выполнено в нем. Предпочтительно, если компоненты стояночного тормозного устройства установлены или размещены во внутренней полости крышки 18 цилиндра или в крышке 18 цилиндра комбинированного рабочего и стояночного тормозного цилиндра 1. В частности, стояночное тормозное устройство имеет на торцевом конце крышки 18 цилиндра установленный с возможностью поворота рычаг 20 управления, вращательное движение которого передается на расположенный перпендикулярно к оси 12 тормозного цилиндра, через расположенный в крышке 18 цилиндра подшипник 22 вала, установленный с возможностью поворота.
Предпочтительно, если два подшипника 22 вала расположены симметрично и перпендикулярно к оси 12 тормозного цилиндра и, например, выполнены в крышках 38 подшипников с возможностью установки снаружи в сквозные отверстия 36 крышки 18 цилиндра, как это следует из фиг.2 и 5. Кроме того, на крышке 18 цилиндра фиксирована контропора в виде удерживающей вилки 40 для не показанного на чертеже троса Боудена, приводящего в действие рычаг 20 управления, как это показано на фиг.1 и 5.
Инициированное через трос Боудена вращательное движение рычага 20 управления, а вместе с ним также соединенного с ним устойчиво к повороту вала 24 превращается затем посредством кулачковой передачи в параллельно направленное к оси 12 тормозного цилиндра линейное движение опорных роликов 42. Опорные ролики 42 установлены с возможностью поворота через опорный роликовый подшипник 44 на расположенной параллельно к валу 24 оси 46 вращения. Кроме того, предусмотрены соединенные устойчиво к повороту с валом 24 кулачки 50 с рабочими поверхностями 52 кулачка, взаимодействующие во время хода зажимания или хода отпускания стояночного тормозного устройства с радиально внешними поверхностями 54 опорных роликов опорных роликов 42, причем линейное движение опорных роликов 42 передается на шток 6 поршня рабочего тормозного цилиндра. Далее описывается кулачковая передача, преобразующая инициированное через рычаг 20 управления вращательное движение вала 24 в линейное движение штока 4 поршня рабочего тормозного цилиндра.
В частности, предусмотрены два кулачка 50, симметрично расположенные к оси 12 тормозного цилиндра, соединенные устойчиво к повороту с валом, а также два опорных ролика 42, взаимодействующие с кулачками и также симметрично расположенные к оси 12 тормозного цилиндра. Опорные ролики 42 установлены с возможностью поворота на соосной с осью 46 вращения опорных цапфах 56, перпендикулярно выступающих от упорного кольца 58 и опять же направленных перпендикулярно к оси 12 тормозного цилиндра.
Упорное кольцо 58 установлено на штоке 6 поршня рабочего тормозного цилиндра соосно к оси тормозного цилиндра 12 с возможностью перемещения, причем линейное движение упорного кольца 58 может передаваться через осевой упор 60 на шток 6 поршня рабочего тормозного цилиндра, приводящий затем в действие скобу 8 шпинделя, (на фиг.3-5) для зажимания - налево, а для отпускания - направо. Согласно варианту выполнения по фиг.3-5, упор 60 упорного кольца 58 выполнен, например, как ровная, расположенная перпендикулярно к оси 12 тормозного цилиндра кольцевая поверхность, взаимодействующая для осевой передачи усилия с совместимой, также перпендикулярно расположенной к оси 12 тормозного цилиндра ровной кольцевой поверхностью штока 6 поршня рабочего тормозного цилиндра.
Вал 24 эластично деформируется под нагрузкой, вследствие чего кулачки 50 получают угол перекоса, приводящий к неравномерной нагрузке на опорные ролики 42. Угол перекоса кулачков 50 можно устранить посредством выполнения упора 60 упорного кольца 58 в виде выполненной, если смотреть в направлении оси 12 тормозного цилиндра, выпуклой сферически упорной поверхности 61, взаимодействующей, например, с ровной и перпендикулярно расположенной к оси 12 тормозного цилиндра кольцевой поверхностью 63 штока 6 поршня рабочего тормозного цилиндра, в то время как тогда расположенное на штоке 6 поршня рабочего тормозного цилиндра на одной оси имеющее зазор упорное кольцо 58 может перекашиваться по отношению к штоку 6 поршня рабочего тормозного цилиндра или к оси 12 тормозного цилиндра, как это показано на фиг.6. Соприкосновение между кольцевой поверхностью 63 и выпуклой сферически выполненной упорной поверхностью 61 происходит в этом случае, по существу, вдоль, по меньшей мере, одной линии 65, образующей тогда качающуюся опору для упорного кольца 58.
Затем от скобы 8 шпинделя движение зажимания передается на соответствующее коромысло суппорта, чтобы вызвать движение зажимания суппорта, при котором тормозные колодки вступают во фрикционно замкнутое зацепление с тормозным диском, вследствие чего стояночный тормоз зажат.
Если смотреть в направлении перпендикулярно к оси 12 тормозного цилиндра, подшипники 22 вала и опорные роликовые подшипники 44 расположены со смещением друг к другу, как это, в частности, видно на фиг.5. Подшипники 22 вала и опорные роликовые подшипники 44 предпочтительно выполнены как подшипники качения, в частности, как роликовые подшипники. В частности, подшипники 22 вала и опорные роликовые подшипники 44 расположены в разных плоскостях 62, 64, причем нормаль к поверхности на эти плоскости 62, 64 расположена перпендикулярно к оси 12 тормозного цилиндра и такая поверхность 62, 64 образует, по существу, плоскость симметрии относительно роликов, к которым она расположена перпендикулярно. В частности, расстояние плоскости 62 подшипников 22 вала от оси 12 тормозного цилиндра больше, чем расстояние плоскости 64 опорных роликовых подшипников 44 от оси 12 тормозного цилиндра.
Взаимодействующие с радиально внешними поверхностями опорных роликов 54 опорных роликов 42 рабочие поверхности кулачков 52 выполнены, соответственно, как участок окружности поверхности цилиндра, в частности, как показано на фиг.3 и 4. Под участком окружности поверхности 52 цилиндра понимают продолжающийся под определенным углом элемент изгиба воображаемого полного цилиндра.
Центральная ось 66 этого воображаемого цилиндра, как это можно увидеть на фиг.3, выполняет во время хода зажимания или хода отпускания стояночного тормозного устройства круговую траекторию 68 движения вокруг оси 70 вала вала 24. При этом рабочие поверхности 52 кулачка кулачков 50 и опорные ролики 42 выполнены или расположены так, что существует точка 72 пересечения этой траектории 68 движения с осью 12 тормозного цилиндра, причем указанная точка соответствует, по существу, максимальному усилию стояночного торможения. Это положение элементов лучше всего проиллюстрировано на фиг.4.
Особенно предпочтительно, если вал 24 и опорные ролики 42 расположены так, что по отношению ко всему ходу зажимания стояночного тормозного устройства от показанного на фиг.3 отпущенного положения вплоть до показанного на фиг.4 положения зажимания, к началу хода зажимания (фиг.3) расстояние b между линией 78 действия усилия, продолжающейся между касательной 74 между рабочей поверхностью 52 кулачка и поверхностью опорных роликов 54, с одной стороны, и осью вала 70, с другой стороны, приобретает максимальную величину. Чем больше это расстояние b между линией 78 действия усилия и осью 70 вала, тем меньше передаточное число i, которое получает кулачковая передача в результате взаимодействия рабочей поверхности 52 кулачка и поверхности 54 опорных роликов.
В зажатом положении согласно фиг.4 линия 78 действия усилия расположена соосно к оси 12 тормозного цилиндра, причем линия 78 действия усилия обозначает направление действующего усилия между рабочей поверхностью 52 кулачка и поверхностью 54 опорных роликов, как это также было описано выше.
Обозначенное на фиг.3 и 4 расстояние а соответствует эффективному плечу усилия между местом шарнирного соединения троса Боудена с рычагом 20 управления и осью 70 вала, когда в рычаг 20 управления передают приводное усилие посредством троса Боудена.
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>a</mi><mi>b</mi></mfrac></mrow>
Передаточное число i кулачковой передачи получают тогда из соответствующих расстояний или плеч усилий аи b (фиг.3 и 4):
При этом на фиг.3 показано стояночное тормозное устройство в отпущенном положении, в который радиальная внешняя поверхность опорных роликов 54 или поверхность периметра опорных роликов 42 находится в зацеплении с отвернутым от вала 24 краем рабочей поверхности 52 кулачка. В этом случае плечо b усилия максимальное. В противоположность этому на фиг.4 показано стояночное тормозное устройство в положении зажимания, в которое плечо b усилия минимальное.
Другими словами, передаточное число i наименьшее к началу хода зажимания или в отпущенном положении, когда только нужно преодолеть зазор между накладками тормозной колодки и соответствующей парой трения, а плечо b усилия максимальное. Затем передаточное число i увеличивается с нарастающим ходом зажимания, в том числе вследствие того, что уменьшается плечо усилия или интервал b между линией 78 действия усилия и осью 70 вала. Поэтому с нарастанием усилия зажимания увеличивается силовое передаточное отношение образованной кулачками 50 и опорными роликами 42 кулачковой передачи. Следовательно, к началу хода зажимания получают относительно незначительное зажимное усилие, когда нужно всего лишь преодолевать зазор, а к концу хода зажимания - высокое зажимное усилие, когда должно действовать максимальное усилие стояночного торможения.