ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тормозного устройства железнодорожного транспортного средства.
Известно тормозное устройство, содержащее тормозной цилиндр со встроенным регулятором выхода штока, установленный на вертикальном рычаге привода ручного тормоза, подвески с тормозными колодками, горизонтальный двуплечий рычаг, промежуточное звено и тягу (SU, 1167090, B61H 1/00). Усилие от штока тормозного цилиндра передается на наибольшее звено горизонтального двуплечего рычага, заставляя его поворачиваться вокруг горизонтальной оси, при этом наименьшее его плечо, связанное с подвеской при помощи промежуточного звена, передает усилие на подвеску, прижимая колодку к колесу. Ручной тормоз содержит вертикальный рычаг, на верхнем конце которого закреплен тормозной цилиндр, а нижний конец при помощи тяги соединен с вертикальным двуплечим рычагом ручного тормоза, к наибольшему звену которого присоединен трос. При включении ручного тормоза трос натягивается и передает усилие через вертикальный двуплечий рычаг на вертикальный рычаг ручного тормоза, заставляя его поворачиваться и перемещать тормозной цилиндр, в результате чего происходит поворот горизонтального двуплечего рычага и перемещение подвесок с колодками. Применение тросов в системе ручного тормоза усложняет техническое обслуживание и снижает ее надежность. При приведении ручного тормоза в действие тормозное усилие от одного штурвала реализуется на одной оси вагона, что при повышении осевой нагрузки может привести к скатыванию вагона с нормируемого уклона.
Существует также рычажная тормозная передача тележек вагонов электропоезда, содержащая два тормозных цилиндра и два пневмомеханических регулятора величины выхода штока, расположенных по разные стороны тележки относительно продольной оси, а также рычаги, подвески, тяги и траверсы с закрепленными на них тормозными колодками («Автоматические тормоза подвижного состава железнодорожного транспорта», М: УМК МПС России, 2002, В.Р. Асадченко (УДК 629.4.077-592-52, ББК 39.26, стр. 24). Каждый из тормозных цилиндров посредством рычагов и тяг, связывающих траверсы между собой и с тормозным цилиндром, воздействует на тормозные колодки, прижимая их к колесам, расположенным с ним по одну сторону от продольной оси тележки. Пневмомеханические регуляторы величины выхода штока, связанные с тормозными цилиндрами посредством трубопровода, сокращают рычажную передачу при отпуске всякий раз, когда выход штока тормозного цилиндра становится более 70…75 мм, при этом происходит стягивание передачи на 2,5 мм при общем рабочем ходе регулятора 250 мм. В такой конструкции от тормозного цилиндра усилие передается на два колеса разных осей тележки, что приводит к некоторому падению силы нажатия тормозных колодок на дальней от тормозных цилиндров оси, а также исключает возможность наиболее эффективного применения противоюзных систем. Еще одним недостатком такой системы является заклинивание штока регулятора из-за его перекоса при увеличении угла наклона соединенного с ним рычага по мере износа колодок и колес тележки.
Наиболее близким техническим решением является тормоз тележки рельсового экипажа, содержащий основной тормозной цилиндр, дополнительный цилиндр, шарнирно установленный параллельно основному, и связанный с последним посредством серьги с продольным пазом и вертикального рычага, рычажную передачу, запасной резервуар, воздухораспределитель и трубопровод (патент №2255872 C1, опубликовано 2004 г.).
Вертикальный рычаг шарнирно соединен со штоком основного тормозного цилиндра и, через серьгу с продольным пазом, со штоком дополнительного цилиндра. В штоковой полости дополнительного цилиндра установлена пружина сжатия, а сама полость соединена с атмосферой. Поршневая полость дополнительного цилиндра сообщена с запасным резервуаром посредством трубопровода, а запасной резервуар - через воздухораспределитель с тормозной магистралью вагона.
При снижении давления в тормозной магистрали (служебное торможение) воздух из запасного резервуара по трубопроводу через воздухораспределитель поступает в основной тормозной цилиндр, при этом его шток выдвигается и приводит в движение вертикальный рычаг, который одним концом связан с рычажной передачей тележки, а другим, через серьгу с продольным пазом, со штоком дополнительного цилиндра. Вертикальный рычаг, перемещаясь, воздействует на рычажную передачу тележки, в результате чего тормозные колодки прижимаются к поверхности катания колес и происходит торможение. Серьга с продольным пазом, установленная на вертикальном рычаге с противоположного конца, при его вращении получает поступательное перемещение, что приводит к проскальзыванию в ее продольном пазу оси, соединяющей серьгу со штоком дополнительного цилиндра. Давление воздуха в поршневой полости дополнительного цилиндра удерживает в исходном положении поршень и пружину, расположенную в штоковой полости, в сжатом состоянии.
При разрыве тормозной магистрали или отсоединении ее от локомотива (например на длительных стоянках) воздух из запасного резервуара поступает в тормозной цилиндр, что приводит к затормаживанию экипажа. Из-за естественных утечек воздуха из пневмосистемы экипажа на длительных стоянках или при принудительной разрядке системы, давление в поршневой полости дополнительного цилиндра выравнивается с атмосферным, а шток под действием пружины начнет втягиваться в корпус дополнительного цилиндра, увлекая за собой серьгу, приводя в движение вертикальный рычаг и рычажную передачу тележки. В результате чего происходит прижатие тормозных колодок к поверхности катания колес и затормаживание экипажа. При зарядке пневмосистемы произойдет отпуск тормоза.
В описанном техническом решении усилие от основного и дополнительного цилиндров передается посредством рычажной передачи тележки на все колеса ее. Из-за потерь в шарнирах такой передачи наблюдается падение силы нажатия тормозных колодок на дальней от тормозного цилиндра оси, что приводит к увеличанию тормозного пути, а также исключает возможность более эффективного применения противоюзных систем. Кроме того в случае обрыва подводящего гибкого рукава, соединяющего дополнительный цилиндр с запасным резервуаром, произойдет срабатывание стояночного тормоза, которое невозможно отследить, а из-за нарушения герметичности будет выведен из строя автоматический тормоз. Описанные недостатки данного тормоза, а также отсутствие в схеме автоматического регулятора величины выхода штока тормозного цилиндра, снижает эффективность тормоза и безопасность эксплуатации железнодорожного транспортного средства.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности действия тормозных устройств железнодорожного транспортного средства, путем размещения тормозных цилиндров со встроенным регулятором выхода штока на раме тележки, каждый из которых воздействует посредством рычажной передачи на одну из осей тележки, а также установкой автоматического стояночного тормоза с механизмом быстрого отпуска.
Для достижения указанного технического результата тормозная магистраль, воздухораспределитель и запасной резервуар установлены на вагоне, а тормозные цилиндры со встроенным регулятором выхода штока, воздействующие на каждую ось тележки посредством рычажной передачи, размещены на раме тележки. При этом тормозное устройство оснащено автоматическим стояночным тормозом, также размещенным на раме тележки и состоящим из механизма быстрого отпуска, и двух стояночных камер, соединенных посредством гибких рукавов с тормозной магистралью и передающих усилие на колонки каждой оси тележки ппи отсутствии давления в тормозной магистрали.
Новым в предлагаемом техническом решении является то, что каждая из шарнирно закрепленных на раме тележки стояночных камер, поршневые полости которых при помощи гибких рукавов и трубопровода связаны с тормозной магистралью вагона, соединена через телескопическую тягу и угловой рычаг с вертикальным рычагом рычажной передачи, верхняя часть которого, при срабатывании автоматического тормоза, упирается в кронштейн, закрепленный на раме тележки, образуя таким образом «мертвую точку» для рычажной передачи. При этом рычажная передача включает в себя траверсы с установленными на них поворотными башмаками с тормозными колодками, представляющие собой двуплечие рычаги с равноудаленными от их середины и развернутыми на 180° друг относительно друга плечами, объединенные между собой регулируемой по длине затяжкой, снабженной указательной стрелкой, показывающей уровень износа тормозных колодок по шкале с рисками на одном из рычагов траверс.
В отличии от прототипа («Тормоз тележки рельсового экипажа». Патент №2255872, РФ) усилие от каждого из тормозных цилиндров, размещенных на тележке, через рычажную передачу передается на два колеса одной колесной пары, а количество тормозных цилиндров равно количеству колесных пар. Это позволяет сократить длину и количество звеньев и шарнирных соединений рычажной передачи и повысить эффективность действия тормоза.
Конфигурация траверс рычажных передач тележки, выполненных в виде двуплечих рычагов с равноудаленными от их середины и развернутыми на 180° друг относительно друга плечами, позволяет привести равнодействующую от тормозных сил к середине траверс и получить равномерное усилие нажатия колодок на колесо при действии как основного, так и стояночного тормоза.
Установка на плече одной из парно объединенных траверс каждой рычажной передачи тележки шкалы с рисками, а на соединяющей их затяжке - указательной стрелки, обеспечивает визуализацию уровня износа тормозных колодок и упрощает регулировку тормозной рычажной передачи при сборке или замене тормозных колодок в эксплуатации.
Соединение автоматического стояночного тормоза, размещенного на тележке, с мертвой точкой рычажной передачи тележки обеспечивает плавное замещение сил, действующих от основного тормоза, силами стояночного тормоза, а также исключает воздействие отпускной пружины тормозного цилиндра на рычажную передачу при работе стояночного тормоза, что позволяет уменьшить габаритные размеры стояночной камеры.
Соединение автоматического стояночного тормоза с угловым рычагом при помощи телескопической тяги, стопорение которой производится при помощи быстро разъединяемого шарового запора, позволяет произвести быстрый отпуск стояночного тормоза.
Соединение углового рычага одним плечом с телескопической тягой, а другим с вертикальным рычагом рычажной передачи, за счет изменения передаточного числа при его повороте, позволяет компенсировать падение усилия на штоке стояночной камеры в виду ниспадающей характеристики пружины сжатия, расположенной в ее штоковой полости и получить постоянное усилие нажатия тормозных колодок на колеса.
Размещение автоматического стояночного тормоза, углового рычага и телескопической тяги на одном кронштейне, устанавливаемом на раму тележки, позволяет производить настройку стояночного тормоза на стенде до установки на тележку, а также производить быструю замену в случае выхода из строя, что повышает его технологичность.
Соединение поршневой полости стояночной камеры с магистральным трубопроводом при потере герметичности стояночной камеры и/или подводящих гибких рукавов приведет к падению давления в магистрали, что обеспечит включение основного тормоза и позволит исключить эксплуатацию железнодорожного транспортного средства с неисправной тормозной системой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена схема тормозного устройства железнодорожного транспортного средства;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
на фиг. 3 - стояночная камера автоматического стояночного тормоза;
на фиг. 4 - вид. Б на фиг. 3.
Тормозное устройство железнодорожного транспортного средства (фиг. 1) содержит тормозной цилиндр 1 со встроенным регулятором выхода штока, шарнирно установленный на кронштейне 2 тележки и связанный через горизонтальный рычаг 3 и звено 4 с траверсой 5, представляющей собой двуплечий рычаг, верхнее плечо 6 и нижнее плечо 7 которого, находятся на равном удалении от середины траверсы. Верхнее плечо 6 траверсы 5 соединено со звеном 4 при помощи шарового соединения. Траверсы 5 и 8 связаны затяжкой 9, соединяющей нижнее плечо 7 траверсы 5 и нижнее плечо 10 траверсы 8. Верхнее плечо 11 и нижнее плечо 10 траверсы 8 также равноудалены от ее середины. Траверсы 5 и 8 подвешены к кронштейнам рамы тележки при помощи подвесок 12. На кронштейне 13 тележки шарнирно установлена стояночная камера 14 и угловой рычаг 15, наибольшее плечо которого шарнирно связано с тягой 16 стояночной камеры 14, а наименьшее - с верхним плечом 11 траверсы 8. Стояночная камера 14 трубопроводом 17 подключена к тормозной магистрали 18, а тормозной цилиндр 1 при помощи трубопровода 19 через воздухораспределитель 20, подключенный к тормозной магистрали 18, и трубопровод 21 сообщен с запасным резервуаром 22. На нижнем плече 7 траверсы 5 закреплена шкала 23 с рисками (фиг. 2), а на затяжке 9 установлена указательная стрелка 24. Стояночная камера 14 состоит из корпуса 25 (фиг. 3), внутри которого размещены поршень 26 со штоком 27 и тормозная пружина 28. В шток 27 ввернут ползун 29, выполненный в виде втулки, имеющей на одном конце наружную резьбу и упорный бурт с шестигранником под ключ, а на другом - канавку для установки стопорного кольца 30 (фиг. 4) и отверстия для установки шариков 31. На наружном диаметре ползуна 29 по скользящей посадке установлено замковое кольцо 32, на внутреннем диаметре которого выполнена проточка 33. Между замковым кольцом 32 и упорным буртом ползуна 29 установлена пружина сжатия 34. В центральный канал ползуна 29 с зазором установлена втулка 35, на одном конце которой выполнена канавка для установки стопорного кольца 36, а на другом - внутренняя резьба, наружный бурт с шестигранником под ключ и кольцевая проточка 37. Во внутреннюю резьбу втулки 35 ввернута тяга 16, застопоренная контргайкой 38. В полости штока 27 (фиг. 3) установлена пружина 39, которая упирается с одной стороны через дистанционную втулку 40 в поршень 26, а с другой стороны - через шайбу 41 (рис. 4) в стопорное кольцо 36, установленное в проточку втулки 35 (фиг. 4) и фиксирующее в осевом направлении кольцо 42. К замковому кольцу 32 при помощи болтов 43 крепится защитный кожух 44, имеющий на одном конце втулку 45, центрирующую кожух 44 на наружном диаметре замкового кольца 32, а на другом - шайбу 46, своим центральным отверстием посаженную на тягу 16 с зазором. На кронштейне 13 тележки с возможностью вращения вокруг вертикальной оси установлен рычаг 47 (фиг. 1), один конец которого выполнен в виде вилки 48, охватывающей тягу 16, а другой шарнирно связан с тягой 49, установленной с возможностью поступательного движения в кронштейнах 50 и 51 тележки.
Регулировка рычажной передачи после сборки на тележке или замены тормозных колодок производится установкой стрелки 24 (фиг. 2) на риску «НК» (новая колодка) шкалы 23, изменением длины затяжки 9 и звена 4, что сопутствует изменению углового расположения плеч 7, 10, 6 и 11 траверс 5 и 8 (фиг. 1). При этом зазор между колесом и колодками находится в пределах нормативных значений. При предельно допустимом износе колодок указательная стрелка 24 (фиг. 2) совместится с соответствующей риской шкалы 23.
Тормозное устройство железнодорожного транспортного средства работает в следующих режимах: зарядка, торможение, разрадка, быстрый отпуск.
Исходное состояние. Давление сжатого воздуха в тормозной магистрали 18 (фиг. 1), запасном резервуаре 22 и тормозном цилиндре 1 отсутствует, воздействия на рычажную передачу тележки со стороны тормозного цилиндра 1 нет, пневматический тормоз отпущен, стояночная камера 14, сообщенная трубопроводом 17 с тормозной магистралью 18, разряжена, при этом ползун 29 (фиг. 4) находится в крайнем правом положении, когда шарик 31 утоплен в кольцевую проточку 37 втулки 35 и удерживается в таком положении замковым кольцом 32, подпружиненным пружиной 34. Усилие тормозной пружины 28 (фиг. 3) через поршень 26, шток 27, ползун 29 (фиг. 4), шарик 31, втулку 35, тягу 16 и угловой рычаг 15 (фиг. 1) передается на верхнее плечо 11 траверсы 8, далее через нижнее плечо 10, затяжку 9 на нижнее плече 7 траверсы 5. Колодки прижаты к колесам усилием тормозной пружины 28. При этом угловой рычаг 15 компенсирует падение силы тормозной пружины 28 при увеличении ее высоты за счет того, что расстояние от линии действия силы тяги 16 до центра вращения рычага 15 увеличивается, в результате чего сила, действующая на верхнее плечо 11 траверсы 8 сохраняется постоянной.
Зарядка. Воздухораспределитель 20 при подаче сжатого воздуха в тормозную магистраль 18 сообщает ее с запасным резервуаром 22, а тормозной цилиндр 1 - с атмосферой. Сжатый воздух по трубопроводу 21 поступает в запасной резервуар 22 и по трубопроводу 17 - в поршневую полость стояночной камеры 14. При достижении в последней определенного давления воздуха, усилия от которого больше усилия пружины 28 (фиг. 3) она сжимается, при этом поршень 26 со штоком 27 перемешаясь вправо выдвигает тягу 16, в следствии чего двуплечий рычаг 15 поворачивается, перемещая траверсу 8 до ее упора верхним плечом 11 в кронштейн 13 тележки. Пневматический тормоз и автоматический стояночный тормоз отпущены.
Торможение. Во время торможения при движении транспортного средства воздухораспределитель 20 разобщает запасной резервуар 22 с тормозной магистралью 18 и сообщает его с тормозным цилиндром 1 в результате чего под действием сжатого воздуха шток последнего, выдвигаясь, поворачивает горизонтальный рычаг 3, перемещает звено 4, передавая через верхнее плечо 6 вращательное движение на траверсу 5. Траверса 5, вращаясь вокруг собственной оси, через затяжку 9, соединяющую нижние плечи 7 и 10, передает движение на траверсу 8 и прижимает ее тормозные колодки к колесам. При дальнейшем вращении горизонтального рычага 3 колодки траверсы 5, так же, прижимаются к колесам. Тормозная пружина 28 (фиг. 3) удерживается в сжатом состоянии давлением сжатого воздуха в поршневой полости стояночной камеры 14 (фиг. 1), сообщенной с тормозной магистралью 18. Автоматический стояночный тормоз отпущен, пневматический тормоз заторможен.
Разрядка. По завершению поездки, при отцепке локомотива, тормозная магистраль 18 разряжается. Воздухораспределитель 20 сообщает запасной резервуар 22 с тормозным цилиндром 1, шток которого под действием сжатого воздуха выдвигается и, вращая горизонтальный рычаг 3, прижимает колодки траверс 5 и 8 к колесам. Шарнир верхнего плеча 11 траверсы 8 прижат к кронштейну 13, а тормозная пружина 28 стояночной камеры 14 удерживается в сжатом состоянии усилием тормозного цилиндра 1. Транспортное средство заторможено пневматическим тормозом. При длительных стоянках в следствие утечек запасной резервуар 22 разряжается, давление воздуха в тормозном цилиндре 1 падает. При падении давления воздуха в системе до значения, при котором тормозная пружина 28 преодолевает усилие тормозного цилиндра 1, тяга 16, перемещаясь влево под действием пружины 28 (фиг. 3), вращает угловой рычаг 15 и траверсу 8. Затяжка 9, соединяющая нижние плечи 10 и 7 траверс 8 и 5, совершает поступательное движение, которому сопутствует вращение траверсы 5 вокруг собственной оси, а поворот горизонтального рычага 3 сопутствует втягиванию штока тормозного цилиндра 1. Действие пневматического тормоза плавно замещается действием стояночного автоматического тормоза.
Быстрый отпуск стояночного тормоза производят перемещением тяги 49 в кронштейнах 50 и 51 тележки, что приведет к вращению рычага 47, установленного на кронштейне 13 тележки. При повороте рычага 47 вилка 48, упираясь в шайбу 46 (фиг. 4), перемещает ее влево. В следствие чего замковое кольцо 32, связанное с шайбой 46 через втулку 45 и защитный кожух 44, сжимает пружину 34. При совмещении проточки 33 замкового кольца 32 с кольцевой проточкой 36 втулки 35 шарик 31 выходит из кольцевой проточки 36 в следствие чего втулка 35 под действием пружины 38 (фиг. 3) со скольжением перемещается в центральном канале ползуна 29 и выталкивает тягу 16. Этому сопутствует вращение углового рычага 15 (фиг. 1), в следствие чего шарнир верхнего плеча 11 траверсы 8 прижимается к кронштейну 13 тележки, а колодки, расположенные на траверсах 5 и 8 отходят от колес. Автоматический стояночный тормоз отпущен. Зарядка автоматического стояночного тормоза производится автоматически при подаче сжатого воздуха в тормозную магистраль 18. При этом в поршневой полости стояночной камеры 14, сообщенной с тормозной магистралью 18, давление сжатого воздуха возрастает. Поршень 26 (фиг. 3) и шток 27 перемещаются вправо, при этом ползун 29 скользит по неподвижной втулке 35 до момента совмещения шарика 31 (фиг. 4) с кольцевой проточкой 36, после чего под действием пружины 34 замковое кольцо 32, перемещаясь вправо, задвигает шарик 31 в проточку 36 и стопорит его. Усилие от штока 27 передается на тягу 16, угловой рычаг 15 (фиг. 1) и верхнее  плече 11 траверсы 8, что способствует прижатию шарнира верхнего плеча 11 к кронштейну 13 тележки. Пневматический тормоз и автоматический стояночный тормоз готовы к работе.