ТОРМОЗНОЙ ЦИЛИНДР ЕДИНИЦЫ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ROLLING STOCK UNIT BRAKE CYLINDER

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается тормозного цилиндра с механизмом регулирования зазоров между тормозными колодками и поверхностями катания колесных пар единицы подвижного состава.
Пневматические цилиндры относятся к поршневым исполнительным устройствам и управляют регулирующим механизмом, например клапанами, или механизмом тормоза.
По характеру передачи усилий тормозные цилиндры обычно подразделяются на цилиндры прямого действия, когда шток выдвигается из корпуса цилиндра, оказывая толкающее действие на заданный механизм, и непрямого или обратного действия, когда шток втягивается в корпус, оказывая тянущее действие. Последние используются в качестве пневмоцилиндров одностороннего действия с возвратом поршня в исходное положение как внешними усилиями, так и посредством пружинного возврата. Промышленностью поставляются, например, пневматические уравновешиватели, представляющие собой пневматический поршневой привод одностороннего действия (URL: http://tau-rus.com/uravnoveshivateli, дата обращения: 28.04.2012). Использование внешних усилий для возврата в исходное состояние относится в литературе к поршневым приводам двухстороннего действия (В.П. Дмитриев, В.Г. Градецкий. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973, 311).
Привод тянущего типа для тормоза транспортного средства может перемещать шток при уменьшении давления в надпоршневой камере за счет усилия возвратной пружины, которая в этом случае создает рабочее усилие (а.с. №869550, В60Т 13/38 от 0810.74). Недостаток такого цилиндра в невозможности использования при условиях износа тормозных колодок и необходимости регулирования увеличенного в этом случае зазора между колодкой и поверхностью катания колеса.
В тормозном оборудовании подвижного состава, как правило, применяется цилиндр прямого или толкающего действия, который может иметь встроенный авторегулятор зазора между тормозными колодками и поверхностью катания колеса. К таким решениям относится тормозной цилиндр (пат. RU №2175925, В61Н 15/00, В60Т 17 08 от 2000.04.03), который включает в себя подпоршневые и надпоршневые камеры и авторегулятор зазора между тормозными колодками и поверхностью катания колеса на штоке тормозного цилиндра. Конструкция встроенного авторегулятора описана ранее (пат. RU №1527052, В60Т 17/08, B61H 15/00 от 03.08.1987).
Недостаток тормозного цилиндра заключается в том, что он не предназначен для использования в той части рычажной передачи, где возникают тянущие усилия на рычаги. Чтобы использовать толкающее действие такого цилиндра, требуется ряд промежуточных рычагов. А это приводит к уменьшению к.п.д. рычажной передачи. Известна конструкция тормозного цилиндра со встроенным авторегулятором зазора и пружинным стояночным тормозом (пат. US №6253886, F18D 65/24 от 17.12.1996). Как и предыдущее данное устройство относится к традиционным цилиндрам и может быть использовано в обычной тормозной системе. А совмещение со стояночным тормозом приводит к сложной конструкции и непростой схеме использования при эксплуатации.
В то же время предложен для использования тормозной цилиндр (см. пат. RU №2402443, В60Т 13/26, В61Н 13/20, В60Т 17/08, В61Н 11/02 от 30.07.2009), который включает в себя несколько поршней, уменьшающихся по диаметру и установленных на едином штоке с непрямым действием. Возвратная пружина поджимает поршень большего диаметра, а давление подается в подпоршневые полости. Предназначен такой цилиндр для работы с авторежимом описанной в патенте конструкции. При подаче давления одновременно во все полости цилиндра тормозные усилия для груженого вагона пропорционально возрастают, а для порожнего вагона используется подача давления в соответствующую полость, которая обеспечивает необходимые усилия именно для такого вагона. А это способствует более эффективному торможению состава.
Недостаток этого решения заключается в том, что оно не описывает использование авторегулятора зазора между тормозными колодками и поверхностью катания колеса. Чтобы такой зазор убрать, недостаточно указанного количества поршней в приведенном здесь цилиндре.
Близким к заявляемому решению также является пневматический привод в виде поршневого цилиндра, шток которого воздействует на объект в виде клапана. При этом для открытия указанного клапана давление подается в подпоршневую или надштоковую полость, а со стороны поршня в полости, сообщаемой с атмосферой, установлена возвратная пружина (п.м. №53748, F16K 31/36 от 19.10.2005). Использованный здесь поршневой привод относится к типичным цилиндрам с тянущим действием штока. Однако его прямое применение в качестве тормозного цилиндра затруднено из-за отсутствия в конструкции встроенного авторегулятора рычажной передачи, существующего в тормозном цилиндре с толкающим действием штока.
Наиболее близким к заявляемому решению является тормозной цилиндр железнодорожного подвижного состава, содержащий встроенный авторегулятор (пат.RU №592644, В60Т 17/08 от 08.071974), и поэтому он принят за прототип. Недостаток этого решения аналогичен предыдущему: предназначен для прямого действия.
Поэтому имеется необходимость в его приспособлении для использования в том месте рычажной передачи, где наблюдаются тянущие усилия и соответствующая модернизация для компенсации зазоров между поверхностью катания колес и колодками.
Задачей предложенного технического решения является создание конструкции тормозного цилиндра тянущего типа со встроенным авторегулятором тормозной рычажной передачи.
Техническим результатом является конструкция цилиндра тянущего типа со встроенным авторегулятором тормозной рычажной передачи для единицы подвижного состава, используемого в указанной передаче с меньшим числом рычагов и без потери эффективности торможения. Предусмотрено, кроме того, использование предложенного цилиндра в качестве стояночного тормоза, что обуславливает дополнительный эффект.
Поставленная задача достигается тем, что тормозной цилиндр с авторегулятором снабжен поршнем, шток которого или его направляющая в процессе работы цилиндра свободно без трения втягивается в отверстие передней стенки камеры давления и продолжается в атмосферной полости, где расположен указанный авторегулятор с возвратной пружиной, причем в задней крышке цилиндра расположено углубление, в котором помещается удлиненная часть штока, к окончанию которой крепится механизм приведения в действие стояночного тормоза.
Сопоставительный анализ с другими техническими решениями в данной области техники показал соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна". Сравнение признаков заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
Нa чертеже изображен тормозной цилиндр единицы подвижного состава тянущего типа. Цилиндр тормозной состоит из корпуса 1, поршня 2, возвратной пружины поршня 3, втулки 4 скольжения поршня  (определяет рабочий диаметр поршня), тягового стакана 5, полого штока 6, охватывающего втулку 4, винта упорного 7 с несамотормозящей резьбой, на котором установлены гайки - тяговая 8 и peгулирующая 9 (вспомогательная). Под тяговым стаканом 5 на гайке тяговой 8 установлены пружина 18, подшипник 19 и во внутренней прорези конусной втулки 5 стопорное кольцо 22. На гайке регулирующей 9 помещены пружина 17, подшипник 21 и во внутренней прорези тягового стакана 5 кольцо стопорное 20 (слева на чертеже). В ступенчатый стакан 11 по резьбе ввернута направляющая гайка 12. Винт упорный 7 связан с подпружиненной втулкой 14, на торцевой поверхности (справа) которой имеются фрикционные поверхности и упор (слева) 10, имеющий возможность перемещения в прорези ступенчатого стакана 11. Окончание винта 7 слева по чертежу выполнено в виде ушка 15 для соединения с рычажной передачей (не показана), а окончание 23 справа предназначено для подсоединения тяги (не показана) стояночного тормоза. Указанные фрикционные поверхности соответствующей части втулки 14 и поверхности на торце регулирующей гайки 9 находятся в соединении под действием усилия удерживающей пружины 16 и выполнены в виде стыкующихся друг с другом выступов, зубьев или иным образом, обеспечивающим функцию связи. На конце полого штока 6 имеется внутренний выступ 13.
При нормальных зазорах между колодками и бандажами колесных пар во время торможения и отпуска поршень 2 перемещается по втулке 4. Правый по чертежу наружный упор тягового стакана 5 захватывается внутренним упором 13 на полом штоке 6. Убирается сцепление в конусе тяговой гайки 8, и упорный винт 7, соединенный ушком 15 с рычажной передачей (не показана), воздействует на тормозные колодки. Упор 10 гайки 14 не касается внутренних упоров (слева на чертеже) втулки 4 при перемещении на величину хода, не превышающую размера "А", поэтому регулирующий зазоры узел не включается в работу. Ход на расстояние между кольцом 20 и кольцевым упором тягового стакана не приводит к разъединению фрикционной связи между втулкой 14 и регулирующей 9 (вспомогательной) гайкой, если действует пружина 16. Это расстояние определяет максимальный ход регулирующей 9 (вспомогательной) гайки и сокращение регулятора за один цикл при касании упором (не показан) корпуса в области окончания 23.
Если зазор превышает заданный, то при обратном ходе поршня 2 под усилием сжатой возвратной пружины 3 при отпуске запускается процесс выборки зазоров авторегулятора. Это происходит за счет перемещения по упорному винту 7 гаек, установленных на нем: тяговой 8 и регулирующей 9. При увеличенных опорах между колодками и бандажами колесных пар ход поршня 2 по втулке 4 с тяговым стаканом 5 и полым штоком 6 будет увеличиваться. Упор 10 выберет расстояние "А" и упрется в соответствующий левый внутренний ограничитель втулки 4 и произойдет разрыв в зацеплении фрикционных поверхностей. В результате гайка 9 под действием сжатой пружины через подшипник 21, воздействует на стопорное кольцо 22, которое будет наворачиваться на винт, упорный на величину, равную разнице хода поршня и размера "А".
Под действием сжатой пружины 18 через подшипник 19, стопорное кольцо 20 гайка тяговая 8 навернется на винт 7 до соприкосновения поверхности тягового стакана 5 и фрикционной поверхности гайки тяговой 8. Винт выдвинется из цилиндра. Это приведет к установлению нового положения.
Положение стояночного тормоза в работе реализуется за счет выдвижения вправо окончания 23 посредством внешнего механизма приведения в действие стояночного тормоза единицы подвижного состава (не показан). Кроме указанной возможности конструкция цилиндра может изготавливаться и без стояночного тормоза.
Отметим, что непосредственное воздействие штока цилиндра на рычажную передачу предусматривает постоянство передаточного отношения, равного единице.
Сделанные оценки показывают, что отношение, равное единице, соответствует обычно применяемым в настоящее время композиционным колодкам.
На варианты устройства с авторегулятором со стояночным тормозом и без него подготовлена конструкторская документация, изготовлены опытные образцы и выполнены стандартные испытания.