ПОДДЕРЖИВАЮЩИЙ КЛАПАН ТОРМОЗНОГО ЦИЛИНДРА
BRAKE CYLINDER SUPPORT VALVE

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №61/619,575, зарегистрированной 3 апреля 2012 г., содержание которой тем самым полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Предшествующий уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к тормозному устройству для железнодорожных вагонов, и более конкретно, к клапану для поддержания давления в тормозном цилиндре для всех служебных торможений.
Описание предшествующего уровня техники
Железнодорожные грузовые вагоны имеют тормозную магистраль, которая проходит через каждый вагон и соединена между ними так, что продолжается непрерывно по всей длине поезда. Тормозная магистраль заполняется сжатым воздухом, как правило, в головной части с помощью компрессора на локомотиве. Сжатый воздух не только обеспечивает силу пневматического торможения в соответствующих вагонах, но и служит в качестве линии связи, через которую тормоза вагонов управляются от локомотива посредством увеличения и уменьшения давления в тормозной магистрали. Для управления работой тормозных цилиндров и тормозов для грузовых вагонов в тормозном оборудовании для железнодорожных грузовых вагонов используются регулирующие клапаны, такие как регулирующий клапан ABDX, продаваемый и изготавливаемый на фирме Wabtec Corporation.
Когда поездная тормозная магистраль полностью заряжена до заданного уровня давления устройства тормозного клапана локомотива, обычно существует естественный градиент давления в тормозной магистрали в результате утечки, вызванной износом и другими проблемами, что приводит к изменениям давления, связанного с тормозными цилиндрами. Если предположить, что тормозной клапан локомотива установлен для зарядки тормозной магистрали до 90 psi (фунтов на квадратный дюйм), давление в каждом вагоне от передней к хвостовой части поезда будет подвергаться немного более низкому давлению в результате утечки и сопротивления потоку текучей среды, поскольку поддерживающий давление тормозной клапан пытается поддерживать утечку. Давление тормозной магистрали будет постепенно повышаться от передней части к задней, стремясь к естественному градиенту давления в соответствии с приложением давления тормозной магистрали в локомотиве. Современная технология регулирующего клапана, в общем, только поддерживает утечку цилиндра ниже 8 psi с помощью быстродействующего рабочего ограничительного клапана, когда давление в цилиндре падает ниже установки ограничительного клапана в 8-12 psi.
Сущность изобретения
В одном варианте осуществления система для поддержания давления в тормозном цилиндре включает в себя поддерживающий клапан, тормозную магистраль, резервуар экстренного торможения и тормозной цилиндр, выполненный с возможностью сообщения по текучей среде с тормозной магистралью и резервуаром экстренного торможения. Тормозная магистраль выполнена с возможностью поддерживания заданного давления внутри тормозного цилиндра во время служебного торможения на основании перепада между давлением в резервуаре экстренного торможения и давлением в тормозной магистрали.
Поддерживающий клапан может включать в себя первый элемент клапана, имеющий первое и второе положения, и второй элемент клапана, имеющий первое и второе положения. Тормозной цилиндр может находиться в сообщении по текучей среде с выпускным каналом, когда первый и второй элементы клапана находятся, каждый, в своих соответствующих первых положениях. Тормозной цилиндр может находиться в сообщении по текучей среде с тормозной магистралью, когда первый и второй элементы клапана находятся, каждый, в своих соответствующих вторых положениях. Тормозной цилиндр может быть изолирован от тормозной магистрали и выпускного канала, когда первый элемент клапана находится в первом положении, а второй элемент клапана находится во втором положении. Первый элемент клапана может быть обратным клапаном, а второй элемент клапана может быть первым и вторым поршнями мембраны. Первый поршень мембраны может включать в себя шток толкателя, который определяет верхнюю выемку, центральный уравнительный проход на конце штока толкателя и нижнюю выемку, при этом второй поршень мембраны выполнен с возможностью перемещения штока толкателя. Тормозной цилиндр может находиться в сообщении по текучей среде с выпускным каналом через верхнюю выемку, центральный проход, проходное отверстие, соединяющее центральный проход с нижней выемкой, и нижнюю выемку. Тормозной цилиндр может находиться в сообщении по текучей среде с тормозной магистралью через верхнюю выемку.
Тормозной цилиндр может быть изолирован от тормозной магистрали и выпускного канала посредством введения в контакт первого элемента клапана с седлом и введения в контакт штока толкателя с первым элементом клапана, при этом введение в контакт штока толкателя с первым элементом клапана, по существу, закрывает открытый конец центрального прохода. Система дополнительно может включать в себя клапан чрезмерного понижения, выполненный с возможностью предотвращения обратного потока воздуха из тормозного цилиндра в тормозную магистраль, когда давление в тормозной магистрали ниже, чем давление в тормозном цилиндре. Система также может включать в себя предохранительный клапан минимального торможения/отпуска, выполненный с возможностью предотвращения потока воздуха из тормозной магистрали в тормозной цилиндр до тех пор, пока давление внутри тормозного цилиндра не достигнет заданной величины, при этом предохранительный клапан минимального торможения/отпуска выполнен с возможностью предотвращения потока воздуха из тормозной магистрали в тормозной цилиндр от поддерживающего клапана во время отпуска служебного торможения. Заданная величина может составлять приблизительно 10 psi. Система дополнительно может включать в себя клапан сброса фиксатора в сообщении по текучей среде с выпускным каналом, при этом клапан сброса фиксатора включает в себя проходное отверстие фиксатора и выполнен с возможностью предотвращения потока воздуха из выпускного канала в атмосферу.
В дополнительном варианте осуществления способ поддержания давления в тормозном цилиндре включает в себя этапы, на которых: предоставляют поддерживающий клапан, имеющий положение отпуска, положение торможения и положение перекрытия, и поддерживают заданное давление внутри тормозного цилиндра во время служебного торможения на основании перепада между давлением в резервуаре экстренного торможения и давлением в тормозной магистрали. Поддерживающий клапан выполнен с возможностью сообщения по текучей среде с тормозной магистралью, резервуаром экстренного торможения и тормозным цилиндром.
Заданное давление может поддерживаться через тормозную магистраль. Заданное давление может поддерживаться в пределах ± 2 psi от требуемого результата. Тормозной цилиндр может находиться в сообщении по текучей среде с выпускным каналом, когда поддерживающий клапан находится в положении отпуска. Тормозной цилиндр может находиться в сообщении по текучей среде с тормозной магистралью, когда поддерживающий клапан находится в положении торможения. Тормозной цилиндр может быть изолирован от тормозной магистрали и выпускного канала, когда поддерживающий клапан находится в положении перекрытия.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет схематическое изображение системы для поддержания давления в тормозном цилиндре в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее поддерживающий клапан тормозного цилиндра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее положение отпуска поддерживающего клапана тормозного цилиндра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее положение торможения поддерживающего клапана тормозного цилиндра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее положение перекрытия поддерживающего клапана тормозного цилиндра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее положение перекрытия нижнего участка поддерживающего клапана тормозного цилиндра в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее обратный клапан чрезмерного понижения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее предохранительный клапан минимального торможения/отпуска в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 представляет частичное схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее клапан сброса фиксатора в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10 представляет схематическое изображение системы, представленной на фиг. 1, показывающее положение системы относительно рабочего участка тормозного управляющего клапана и клапана ручного отпускания в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
Для целей описания в дальнейшем в этом документе термины пространственной ориентации, если они используются, должны относиться к упоминаемому варианту, как он ориентирован на прилагаемых чертежах, или в противном случае описаны в последующем подробном описании. Однако следует понимать, что варианты осуществления, описанные в дальнейшем в этом документе, могут допускать множество альтернативных изменений и вариантов осуществления. Также следует понимать, что конкретные устройства, изображаемые на прилагаемых чертежах и описанные в данном документе, являются просто иллюстративными и не рассматриваться в качестве ограничения.
Как показано на фиг. 1 и 2, один из вариантов осуществления системы для поддержания давления в тормозном цилиндре включает в себя поддерживающий клапан 20 тормозного цилиндра, тормозную магистраль 22, резервуар 24 экстренного торможения и тормозной цилиндр 26, который находится в сообщении по текучей среде с поддерживающим клапаном 20 тормозного цилиндра через канал 28 тормозного цилиндра. Система 10 также включает в себя обратный клапан 30 чрезмерного понижения, предохранительный клапан 32 минимального торможения/отпуска и клапан 34 сброса фиксатора. Система 10 выполнена таким образом, что тормозная магистраль 22 поддерживает заданное давление внутри тормозного цилиндра 26 во время торможения на основании перепада между давлением в резервуаре 24 экстренного торможения и давлением в тормозной магистрали 22. Другими словами, давление в резервуаре экстренного торможения используется в качестве опорного давления для определения требуемого давления в тормозном цилиндре 26 для заданного снижения в тормозной магистрали. Предварительно определенное отношение давления в цилиндре к снижению давления тормозной магистрали, такое как 3:1, определяется точкой равновесия, устанавливаемой эффективной мембраной, местонахождением подачи, областями выхлопного седла и индивидуальными нагрузками от пружины тормозного цилиндра. Система 10 использует обратную связь тормозного цилиндра для смещения перепада резервуара экстренного торможения/тормозной магистрали и установления поддерживающего клапана 20 в положение перекрытия. Кроме того, для поддерживания утечек используется тормозная магистраль 22, а не отдельный резервуар. Система 10 обеспечивает параллельное управление тормозным цилиндром 26 во время служебного торможения, причем начальное расширение тормозного цилиндра управляется быстродействующим рабочим ограничительным клапаном (не показан) и основным рабочим поршнем/калибровочным клапаном (не показан), при этом поддерживающий клапан 20 управляет выходными уровнями тормозного цилиндра 26 во время торможения. Система 10 может быть выполнена с возможностью управления давлением в тормозном цилиндре в пределах ± 2 psi от расчетного уровня на выходе. Пример требований к управлению уровнем на выходе на основании перепада давления между резервуаром 24 экстренного торможения (ER) и тормозной магистралью 22 (BP) приведен в таблице 1 ниже.
Таблица 1
ER
BP
Требуемый
90
90
0
90
80
25
90
70
50
90
65
65
Обращаясь снова к фиг. 1 и 2, отметим, что поддерживающий клапан 20 тормозного цилиндра включает в себя корпус 38, который принимает первый элемент 40 клапана и второй элемент 42 клапана. Первый элемент 40 клапана является обратным клапаном, имеющим первое положение и второе положение, хотя могут быть использованы другие подходящие элементы клапана. Второй элемент 42 клапана содержит первый и второй поршни 44, 46 мембраны, причем первый поршень 44 мембраны имеет шток 48 толкателя, хотя для второго элемента 42 клапана могут быть использованы другие подходящие устройства. Шток 48 толкателя определяет верхнюю выемку 50, центральный проход 52 на конце 54 штока 48 и нижнюю выемку 56. Корпус 38 определяет первый и второй каналы 58, 60 тормозной магистрали, первый и второй каналы 62, 64 цилиндра, выпускной канал 66 и подающий канал 68. Шток 48 имеет первое положение и второе положение. Первый и второй элементы 40, 42 клапана выполнены с возможностью по выбору помещать цилиндр 26 в сообщение по текучей среде с выпускным каналом 66 или подающим каналом 68 и по выбору изолировать цилиндр 26 от выпускного канала 66 и подающего канала 68.
Как показано на фиг. 3, когда поддерживающий клапан 20 находится в положении отпуска, первый элемент 40 клапана находится в первом положении, при этом первый элемент 40 клапана установлен на уровне седла 70, чтобы изолировать подающий канал 68 от первого канала 62 цилиндра. Второй элемент 42 клапана, а именно шток 48 толкателя, находится в первом положении, когда верхний конец штока 48 расположен на расстоянии от первого элемента 40 клапана, при этом центральный проход 52 свободен. Таким образом, в положении отпуска поддерживающего клапана 20 первый канал 62 цилиндра находится в сообщении по текучей среде с выпускным каналом 66 через верхнюю выемку 50, центральный проход 52, проходное отверстие 72, подсоединяющее центральный проход 52 к нижней выемке 56, и нижнюю выемку 56. Шток 48 толкателя выполнен с возможностью перемещения внутри корпуса 38 поддерживающего клапана 20 посредством второго поршня 46 мембраны. В частности, второй поршень 46 мембраны выполнен с возможностью перемещения на основании перепада давления между вторым каналом 60 тормозной магистрали и резервуаром 24 экстренного торможения, который заставляет участок второго поршня 46 мембраны входить в контакт с первым поршнем 44 мембраны и перемещать его.
Как показано на фиг. 1 и 4, когда поддерживающий клапан 20 находится в положении торможения, первый элемент 40 клапана находится во втором положении, при этом первый элемент 40 клапана расположен на расстоянии от седла 70 для соединения подающего канала 68 с первым каналом 62 цилиндра и с тормозным цилиндром 26. Второй элемент 42 клапана, а именно шток 48 толкателя, находится во втором положении, при этом верхний конец штока 48 входит в контакт с первым элементом 40 клапана, закрывая центральный проход 52. Таким образом, в положении торможения поддерживающего клапана 20 первый канал 62 цилиндра находится в сообщении по текучей среде с подающим каналом 68 через пространство между первым элементом 40 клапана и седлом 70, и верхней выемкой 50.
Как показано на фиг. 1, 5, и 6, когда поддерживающий клапан 20 находится в положении перекрытия, первый элемент 40 клапана находится в первом положении, при этом первый элемент 40 клапана установлен на уровне седла 70, чтобы изолировать подающий канал 68 от первого канала 62 цилиндра. Второй элемент 42 клапана, а именно шток 48 толкателя, находится во втором положении, при этом верхний конец штока 48 входит в контакт с первым элементом 40 клапана, закрывая центральный проход 52. Таким образом, в положении перекрытия поддерживающего клапана 20 подающий канал 68 изолирован от первого канала 62 цилиндра, а первый канал 62 цилиндра изолирован от выпускного канала 66. Как показано на фиг. 6, давление в тормозном цилиндре со стороны второго канала 64 цилиндра распространяется на первый поршень 44 мембраны, противодействуя перепаду давления резервуара экстренного торможения/тормозной магистрали, таким образом, перемещая поддерживающий клапан 20 в положение перекрытия.
Как показано на фиг. 1-6, поддерживающий клапан 20 включает в себя первую дроссельную заслонку 76, находящуюся в сообщении по текучей среде с подающим каналом 68, и вторую дроссельную заслонку 78, находящуюся в сообщении по текучей среде с выпускным каналом 66. Первая и вторая дроссельные заслонки 76, 78 управляют увеличением и уменьшением давления в тормозном цилиндре. Первая дроссельная заслонка 76 управляет пропускной способностью по воздуху, подаваемому из подающего канала 68 в первый канал 62 цилиндра и тормозной цилиндр 26. Пропускной способностью первого канала 62 цилиндра и тормозного цилиндра 26 нужно управлять, чтобы избегать возникновения чрезмерного уменьшения давления в тормозной магистрали во время торможения за счет дополнительного потребления на поддержание давления в тормозной магистрали. Без ограничения пропускной способности тормозной магистрали 22 к тормозному цилиндру 26 в тормозной магистрали в хвостовой части поезда может возникнуть большее снижение давления, чем требуется, при сохранении утечек тормозного цилиндра, и может уменьшиться давление в тормозной магистрали и увеличиться давление в цилиндре в вагонах без утечки. Вторая дроссельная заслонка 78 управляет выпуском избыточного давления в случае, если происходит утечка в тормозной цилиндр 26.
Как показано на фиг. 7, обратный клапан 30 чрезмерного понижения находится в сообщении по текучей среде с тормозной магистралью 22 и первым каналом 58 тормозной магистрали. Обратный клапан 30 чрезмерного понижения предотвращает обратный поток воздуха из тормозного цилиндра в тормозную магистраль 22, когда давление в тормозной магистрали ниже, чем давление в тормозном цилиндре. Обратный клапан 30 чрезмерного понижения представляет собой обратный клапан в общем с нагрузкой от пружины малой жесткости, хотя могут быть использованы другие подходящие клапаны. Обратный клапан 30 чрезмерного понижения обеспечивает возможность протекания сжатого воздуха от тормозной магистрали 22 к поддерживающему клапану 20 до тех пор, пока давление в тормозном цилиндре 26 не станет больше, чем давление в тормозной магистрали 22, т.е. чрезмерное понижение. Обратный клапан 30 чрезмерного понижения может быть использован для предотвращения обратного потока, например, во время понижения в тормозной магистрали на 30 psi от 90 psi, а полное рабочее выровненное давление в тормозном цилиндре 26 составляет 65 psi.
Как показано на фиг. 8, предохранительный клапан 32 минимального торможения/отпуска находится в сообщении по текучей среде с первым каналом 62 цилиндра поддерживающего клапана 20 и тормозным цилиндром 26 через канал 28 тормозного цилиндра. Предохранительный клапан 32 минимального торможения/отпуска предотвращает поток из тормозной магистрали 22 в тормозной цилиндр 26 до тех пор, пока тормозной цилиндр 26 не имеет давление больше 10 psi. В частности, нагрузка пружины предотвращает соединение от поддерживающего клапана 20 к тормозному цилиндру 26, пока давление в тормозном цилиндре не окажется больше 10 psi, что обычно происходит, когда быстродействующий рабочий ограничительный клапан закрыт. Предохранительный клапан 32 минимального торможения/отпуска также предотвращает поток от тормозной магистрали 22 в тормозной цилиндр 26 от поддерживающего клапана 20 во время отпуска служебного торможения. Более конкретно, предохранительный клапан 32 минимального торможения/отпуска имеет проходное отверстие 80 фиксатора для приема резервированного выпускного патрубка фиксатора. Резервированный выпускной патрубок фиксатора и нагрузка от пружины предотвращают соединение от поддерживающего клапана 20 во время отпуска после служебного торможения до полной зарядки тормозной магистрали 22. Предохранительный клапан 32 минимального торможения/отпуска является мембранным обратным клапаном с нагрузкой от пружины, предназначенным для предотвращения потока воздуха, пока рабочий золотниковый клапан не создаст давление, превышающее 10 psi. Без предохранительного клапана 32 минимального торможения/отпуска незначительное понижение в тормозной магистрали может вызвать нежелательный отпуск тормозного цилиндра 26 из-за потока в тормозной магистрали 22 от поддерживающего клапана 20 к клапану форсированного торможения (не показан) и быстродействующему рабочему ограничительному клапану главного регулирующего клапана (не показан). Кроме того, без предохранительного клапана 32 минимального торможения/отпуска во время отпуска поддерживающий клапан 20 может попытаться заполнить тормозной цилиндр 26 и замедлить повышение в тормозной магистрали.
Как показано на фиг. 9, клапан 34 сброса фиксатора находится в сообщении по текучей среде с выпускным каналом 66 поддерживающего клапана 20. Клапан 34 сброса фиксатора предотвращает соединение от поддерживающего клапана 20 для выпуска в атмосферу, если клапан фиксатора установлен в положение высокого давления, такого как поддерживаемое давление 20 psi. Без клапана 34 сброса фиксатора поддерживающий клапан 20 будет стравливать избыточное давление в цилиндре. Клапан 34 сброса фиксатора выполнен в виде мембранного обратного клапана, хотя могут быть использованы другие подходящие клапаны, и включает в себя проходное отверстие 82 фиксатора, так что нагрузка от проходного отверстия 82 фиксатора будет предотвращать выходящий поток от поддерживающего клапана 20.
Как показано на фиг. 10, в одном варианте осуществления, система для поддержания давления в тормозном цилиндре воплощена в виде модуля, прикрепленного к рабочему участку тормозного управляющего клапана 90, хотя система 10 также может быть включена в один или несколько участков тормозного управляющего клапана и/или выполнена с ним за одно целое. Система 10 расположена между рабочим участком 90 и клапаном 92 ручного отпуска.
Хотя в вышеизложенном подробном описании было описано несколько вариантов осуществления, специалисты в данной области техники могут делать модификации и изменения в этих вариантах осуществления без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. В соответствии с этим вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения.