ШАРОВОЙ КРАН ВОЗДУШНОЙ МАГИСТРАЛИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к элементам пневматических систем тормозного оборудования подвижного состава рельсового транспорта (железнодорожного, метрополитена), в частности к шаровым кранам воздушной магистрали, и может быть использована для перекрытия воздушных магистралей, а также подключения (отключения) пневматических приборов тормозных систем отдельной единицы подвижного состава.
7
Известен шаровой кран воздушной магистрали подвижного состава, содержащий корпус с имеющимися в теле корпуса между входным и выходным отверстиями, атмосферным отверстием и с установленной напротив последнего посредством двух уплотнительных колец шаровой заслонкой, соединенной с ручным приводом. (Свидетельство на полезную модель РФ №22646, МПК В60Т 17/04, 2002 (аналог)). Недостатком известного шарового крана является ухудшение упругих свойств уплотнительных элементов шаровой заслонки в течение срока службы крана и, как следствие, вероятность потери работоспособности шарового крана.
6
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является шаровой кран воздушной магистрали подвижного состава, содержащий корпус с имеющимися в теле корпуса между входным и выходным отверстиями, атмосферным отверстием и с установленной напротив последнего посредством двух уплотнительных колец шаровой заслонкой, соединенной с ручным приводом. При этом уплотнительные кольца шаровой заслонки выполнены из термопластичного полиуретанового эластомера "Т-Экопур". (Патент на полезную модель РФ №62565, МПК В60Т 17/04, 2006 (прототип)). Недостатком известного шарового крана является ограниченная способность обеспечения со временем герметичного соединения шаровой заслонки и уплотнительных элементов по причине того, что «Т-Экопур» под воздействием механических нагрузок и неблагоприятной среды приобретает остаточную деформацию, при которой уплотнение более не может упруго контактировать с зоной уплотнения.
При создании полезной модели решалась задача повышения безопасности движения подвижного состава за счет повышения надежности работы и увеличения эксплуатационного срока шарового крана.
Технический результат - повышение межремонтного срока эксплуатации шарового крана воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава.
Указанный технический результат достигается тем, что шаровой кран содержит корпус с входным и выходным отверстиями, которые перекрываются установленной между двумя уплотнительными кольцами шаровой заслонкой со сквозным переходным каналом, и ручной привод, выполненный в виде сопряженного с шаровой заслонкой шпинделя и закрепленной на нем рукояткой, согласно полезной модели, уплотнительные кольца шаровой заслонки выполнены из термопластичного полиуретанового эластомера марки Р5009.
При этом, согласно полезной модели, входное и выходное отверстия выполнены резьбовыми.
При этом, согласно полезной модели, входное и выходное отверстия выполнены безрезьбовыми.
При этом, согласно полезной модели, корпус шарового крана имеет расположенное между двумя уплотнительными кольцами сквозное атмосферное отверстие, а шаровая заслонка имеет дополнительное сквозное отверстие, выполненное с обеспечением возможности образования в закрытом положении шаровой заслонки канала от выходного отверстия корпуса до атмосферного отверстия.
При этом, согласно полезной модели, корпус шарового крана подвижного состава имеет, по крайней мере, по одному кольцевому выступу с треугольным сечением, выполненному на сопряженной с соответствующим уплотнительным кольцом торцевой поверхности.
При этом, согласно полезной модели, уплотнительные кольца шаровой заслонки выполнены в виде седловых прокладок.
При этом, согласно полезной модели, корпус со стороны входного отверстия снабжен последовательно установленными полым тонкостенным цилиндрическим уплотнительным элементом из пластичного материала и штуцером.
При этом, согласно полезной модели, шаровая заслонка в месте ее сопряжения с ручным приводом имеет паз прямоугольного сечения с вогнутым основанием.
При этом, согласно полезной модели, паз выполнен так, что его длина ориентирована вдоль оси входного отверстия в закрытом положении шаровой заслонки.
При этом, согласно полезной модели, рукоятка выполнена в виде рычага, прямого или изогнутого в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота рычага.
Основным требованием, предъявляемым к шаровым кранам воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава, является герметичное соединение шаровой заслонки и уплотнительных элементов, которое напрямую зависит от применяемого в качестве уплотнения шаровой заслонки материала.
Несмотря на многообразие эластомерных материалов в настоящее время не все материалы подходят для применения в железнодорожной технике, поэтому для обеспечения необходимых рабочих характеристик крана необходимо проводить тщательный отбор материалов, подтверждая их работоспособность в жестких условиях многочисленными испытаниями. Но даже подходящий на начальном этапе материал по мере изнашиваемости теряет требуемые характеристики, поэтому также важно, чтобы выбранный материал сохранял свои параметры на всем протяжении срока эксплуатации крана.
Каучуковое основание и твердость эластомерной резиносмеси являются важнейшими параметрами для ее устойчивости к нагреву, химическим и механическим нагрузкам. В настоящее время основным направлением по усовершенствованию крана является повышение его эксплуатационного ресурса, поэтому выбор уплотнения, прежде всего, основывается на таких показателях как: термостойкость и химическая стойкость к агрессивным средам: смазка, озон, атмосферное воздействие и старение.
Упругость материала зависит от состава каучука и рабочей температуры, а также от типа и длительности деформации, свойств старения компаунда и химической стойкости. Уплотнительное действие уплотнения несомненно зависит от низкой остаточной деформации при сжатии, описывающей упругое поведение уплотнения в условиях эксплуатации в течение всего эксплуатационного срока.
Остаточная деформация при сжатии обычно обратима. При более высоких температурах упругость возвращается, и уплотняющая сила действует снова. Это дает точку отсчета для низкотемпературной гибкости эластомера.
Высокая остаточная деформация при сжатии и последующая потеря уплотнительного действия могут быть вызваны следующими причинами: низкое качество компаунда, неправильная конструкция посадочной канавки, превышение рабочей температуры ожидаемого значения (каучук затвердевает), контакт с несовместимой средой. Появление неисправностей данного типа можно избежать путем подбора эластомера, подходящего для условий эксплуатации.
Несмотря на известность отдельных элементов конструкции крана создана новая совокупность существенных признаков шарового крана воздушной магистрали железнодорожного транспорта, обеспечивающая решение проблемы, благодаря применению которой в конструкции шарового крана значительно повышается безопасность движения поездов, так как в результате введения в конструкцию Р 5009 снижены износ и повреждение уплотнительных элементов, влияющие на герметичность шарового крана, что позволило повысить надежность работы шарового крана воздушной магистрали и увеличить межремонтный срок службы шарового крана воздушной магистрали до 8 лет.
Полезная модель поясняется описанием примера ее выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- на фиг. 1, изображен шаровой кран в открытом состоянии (общий вид);
- на фиг. 2 изображен шаровой кран в закрытом состоянии.
Шаровой кран воздушной магистрали содержит корпус 1 с входным 2 и противолежащим входному выходным 3 отверстиями и с установленной посредством двух уплотнительных колец 5 и 6 шаровой заслонкой 7, имеющей сквозной канал 8, и ручной привод 9, выполненный в виде сопряженного с шаровой заслонкой 7 шпинделя 10 с закрепленной на нем рукояткой 11.
Корпус 1 выполнен в виде двух смежных сообщающихся между собой полостей: полости входного 2 отверстия и полости выходного 3 отверстия.
На внутренней поверхности корпуса 1 шарового крана со стороны входного 2 отверстия выполнена открытая кольцевая проточка, в которой может быть установлен полый тонкостенный цилиндрический уплотнительный элемент 12 из пластичного материала, например, фторопласта. Во входное 2 отверстие корпуса 1 ввернут штуцер 13. Таким образом, корпус 1 со стороны входного 2 отверстия может быть снабжен последовательно установленными полым тонкостенным цилиндрическим уплотнительным элементом 12 из пластичного материала и штуцером 13.
В свободной части полости входного отверстия корпуса 1 шарового крана шаровая заслонка 7 установлена между двумя уплотнительными кольцами 5 и 6, обеспечивающими полную герметичность их соединения. В настоящем примере одно из уплотнительных колец, например, 6, установлено в кольцевой проточке, выполненной в промежуточной стенке 14, т.е. на торцевой поверхности корпуса, а другое уплотнительное кольцо, например, 5 - в торце штуцера 13 со стороны шаровой заслонки 7.
При этом, шаровой кран имеет, по крайней мере, один кольцевой выступ 15 треугольной формы, выполненный на сопряженной с соответствующим уплотнительным кольцом торцевой поверхности корпуса и/или штуцера.
Уплотнительные кольца 5 и 6 шаровой заслонки 7 выполнены в виде седловых кольцевых прокладок из термопластичного эластомера марки Р5009, что позволило обеспечить высокую надежность конструкции шарового крана благодаря сохранению высокоэластичных свойств уплотнения в широком интервале температур, охватывающем всю область температур при эксплуатации шаровых кранов, а также их резких перепадов. Кроме того, уплотнительные кольца обеспечивают повышенную герметичность соединения за счет их сопротивления как истиранию в процессе работы, так и сопротивлению механическому повреждению в виде трещин.
В шаровой заслонке 7 выполнен сквозной канал 8, соединяющий в открытом ее положении полость штуцера 13 с полостью выходного отверстия 3.
Шаровая заслонка 7 может иметь дополнительное сквозное отверстие 16 (фиг. 2), выполненное в шаровой заслонке 7 сбоку без нарушении целостности сквозного канала 8, если корпус 1 имеет размещенное между уплотнительными кольцами 5 и 6 сквозное атмосферное отверстие 17, выполненное, например, в дне корпуса 1.
Сквозное отверстие 16 выполнено в шаровой заслонке так, что в закрытом положении шаровой заслонки 7 образуется канал, соединяющий полость выходного 3 отверстия корпуса 1, с атмосферным отверстием 17, обеспечивающий возможность образования в закрытом положении шаровой заслонки 7 канала от выходного 3 отверстия корпуса 1 до атмосферного отверстия.
В шаровой заслонке 7 на месте ее сочленения со шпинделем 10 выполнен паз 18 с прямоугольным поперечным сечением. Паз 18 выполнен так, что его длина сориентирована вдоль геометрической оси входного отверстия корпуса 1 в закрытом положении шаровой заслонки 7. При этом продольное основание паза 18 выполнено криволинейным, вогнутым, что позволило максимально сохранить сферическую форму заслонки 7 при достаточной для установки шпинделя 10 глубине паза 18. В нашем примере оно составляет часть окружности.
Шпиндель 10 выполнен цилиндрическим, многоступенчатым, например, двухступенчатым, при этом вторая ступень выполнена в виде кольца, на плечи которого установлено кольцо из пластичного материала, например, фторопласта, надетое на шпиндель 10. Со стороны шаровой заслонки 7 шпиндель 10 плечами второй ступени опирается на шайбу 19, выполненную из пластичного материала, например, фторопласта. Торец контактирующей с шаровой заслонкой 7 ступени шпинделя снабжен шипом 20 (фиг. 1, 2) с криволинейным выпуклым основанием, профиль основания которого соответствует профилю основания паза 18 шаровой заслонки. Длина шипа 20 меньше длины паза 18 шаровой заслонки 7, чем обеспечивается возможность поджатая под давлением сжатого воздуха шаровой заслонки 7 к уплотнительному кольцу 6 в закрытом положении.
Для установки шпинделя 10 (фиг. 1) в стенке корпуса 1 выполнено трехступенчатое отверстие с уменьшением диаметра ступени в направлении от рукоятки 11 к шаровой заслонке 7, при этом ступень со стороны рукоятки 11 имеет резьбу, например, метрическую, для закрепления шпинделя 10 в корпусе 1 посредством гайки с ответной резьбой по внешнему диаметру.
Рукоятка 11 закреплена на внешнем, выступающем из корпуса 1 конце шпинделя 10 посредством, например, заклепки. Рукоятка 11 может быть выполнена в виде рычага, прямого, как показано в нашем примере, или изогнутого в плоскости, перпендикулярной плоскости поворота рычага.
Рукоятка 11 имеет прилив, которым она упирается в один из упоров крайнего положения (на чертеже не показаны). Упоры крайних положений могут быть выполнены традиционно в виде соответствующих выступающих приливов на внешней поверхности корпуса. При этом взаимное расположение упоров соответствует углу поворота шаровой заслонки для обеспечения надежного перекрытия того или иного отверстия. В нашем примере шаровая заслонка 7 совершает поворот на 90 градусов вокруг своей оси, угол поворота рукоятки составляет также 90 градусов.
Работа шарового крана воздушной магистрали подвижного состава осуществляется следующим образом.
Шаровой кран воздушной магистрали посредством штуцера 13 соединен с тормозной магистралью 21.
В открытом положении шарового крана сквозной канал 8 шаровой заслонки 7 совмещается с выходным отверстием штуцера 13 и выходным отверстием 3 корпуса 1, обеспечивая тем самым возможность образования в открытом положении шаровой заслонки 7 сквозного канала от штуцера 13 до выходного отверстия 3 и далее к тормозному прибору, например, воздухораспределителю (на чертеже не показан). В это время, если шаровой кран имеет атмосферное отверстие, то оно герметично перекрыто. Сжатый воздух, свободно проходя штуцер 13, по сквозному каналу 8 шаровой заслонки 7 поступает через выходное отверстие 3 к тормозному прибору, например, воздухораспределителю.
В открытом положении рукоятка 11 расположена вдоль оси шарового крана.
Для переключения шарового крана из открытого положения в закрытое рукоятку 11 поворачивают против часовой стрелки до контакта боковой поверхности прилива рукоятки 11 с упором корпуса, при этом шаровая заслонка 7 повернется вокруг ее оси симметрии и герметично перекроет отверстие штуцера 13, т.е. тормозная магистраль 21 отсоединена от воздухораспределителя (фиг. 2).
В это время, если корпус 1 шарового крана имеет атмосферное отверстие 17, то дополнительное сквозное отверстие 16 шаровой заслонки 7, соединяя полость выходного отверстия 3 с атмосферным отверстием 17, образует канал для сброса воздуха из воздухораспределителя в атмосферу.
Таким образом, технический результат достигнут: создана надежная износостойкая конструкция шарового крана воздушной магистрали подвижного состава, выдерживающая жесткие условия эксплуатации и повышенный по сравнению с прототипом срок эксплуатации.