ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к элементам пневматических систем тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, а более конкретно к воздухораспределителю тормозной системы железнодорожных транспортных средств, и может быть использована для оснащения тормозной магистрали отдельной единицы подвижного состава.
6
Известен воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре пневматически связанных между собой магистральной части и главной части, главная часть при этом включает в себя подпружиненный главный поршень со штоком, уравнительный поршень, питательный клапан, взаимодействующий со штоком и уравнительным поршнем с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр, в закрытом состоянии - выхода воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу, отпускной клапан, а также обратный клапан, уплотнительный элемент которого выполнен из материалов на основе кремнийорганических соединений, например, из фторсиликоновой резины, обладающей высокой эластичностью и маслобензостойкостью, не теряющей своих эластичных свойств в жестких условиях эксплуатации в температурном диапазоне от минус 60°С до плюс 120°С (патент РФ № 157477, МПК В60Т 15/18, В60Т 13/26, 28.07.2015).
Недостатком известного воздухораспределителя является то, что уплотнительные элементы клапанов, диафрагмы и манжеты, выполнены из резины, которая не выдерживает предъявляемые к деталям вагона из полимерных материалов требования. При этом не представляется возможным применение фторсиликоновой резины в узлах подвижных соединений из-за сильной подверженности данного материала к механическим повреждениям.
6
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре пневматически связанных между собой магистральной части и главной части. Главная часть включает в себя подпружиненный главный поршень со штоком, уравнительный поршень, питательный клапан, взаимодействующий со штоком и уравнительным поршнем с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр, в закрытом состоянии - выхода воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу, отпускной клапан, а также обратный клапан. А магистральная часть включает в себя подпружиненную подвижную перегородку, выполненную в виде большой диафрагмы с двумя жестко связанными между собой прижимными дисками, плунжер, взаимодействующий с подпружиненной подвижной перегородкой и толкателем, опирающимся на клапан дополнительной разрядки узла трех клапанов, который также включает в себя атмосферный клапан и челночную манжету, расположенную в седле узла трех клапанов, устройство мягкости, имеющее подпружиненную подвижную перегородку, выполненную в виде упругой диафрагмы круглого сечения с буртом, в наружную поверхность которой упирается клапан мягкости. При этом упругие диафрагмы магистральной части, устройства мягкости, обратного клапана и уплотнительные элементы выполнены из эластомерного материала, включающую полимерную композицию на основе смеси каучуков, устойчивую к изменению температуры в диапазоне от минус 60°С до плюс 60°С (патент РФ № 2578400, МПК В60Т 15/18, В60Т 13/26, 05.11.2014).
Недостатком известного воздухораспределителя является низкая стойкость материала, применяемого в изготовлении уплотнений, диафрагм и манжет воздухораспределителя, к деформациям после старения в воздухе, а также потеря работоспособности воздухораспределителя в процессе проведения в условиях тепляков и размораживающих устройств разгрузочных работ при температуре плюс 80°С из-за снижения эластичности и уплотнительных свойств уплотнений и манжет воздухораспределителя. Кроме того, при размещении манжет на шток главного поршня возможно повреждение манжет из-за низкого показателя относительного удлинения применяемого в изготовлении манжет эластомерного материала.
При создании полезной модели решалась задача сохранения работоспособности воздухораспределителя тормозной системы железнодорожного подвижного состава при эксплуатации в сложных климатических условиях, в агрессивных средах, в диапазоне температур от минус 60°С до плюс 80°С и устойчивости к воздействию динамических нагрузок.
Технический результат, который будет получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в повышении эксплуатационной надежности воздухораспределителя и увеличении срока его эксплуатации с целью соблюдения жестких нормативных требований, предъявляемых в настоящее время к грузовым вагонам, по обеспечению сохранности тормозного оборудования при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ.
Указанный технический результат достигается тем, что воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре пневматически связанных между собой главной части, которая включает в себя подпружиненный главный поршень со штоком, уравнительный поршень, питательный клапан, взаимодействующий со штоком и уравнительным поршнем с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр, в закрытом состоянии -выхода воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу, отпускной клапан, а также обратный клапан, и магистральной части, которая включает в себя подпружиненную подвижную перегородку, выполненную в виде большой диафрагмы с двумя жестко связанными между собой прижимными дисками, плунжер, взаимодействующий с подпружиненной подвижной перегородкой и толкателем, опирающимся на клапан дополнительной разрядки узла трех клапанов, который также включает в себя атмосферный клапан и манжету, расположенную в седле узла трех клапанов, устройство мягкости, имеющее подпружиненную подвижную перегородку, выполненную в виде упругой диафрагмы круглого сечения с буртом, в наружную поверхность которой упирается клапан мягкости, при этом, согласно полезной модели, уплотнения подвижных соединений воздухораспределителя выполнены из эластомерного компаунда на основе бутадиен-нитрильного каучука, устойчивого к изменению температуры в диапазоне от минус 60°С до плюс 80°С.
При этом согласно полезной модели уплотнительный элемент обратного клапана выполнен из материалов на основе кремнийорганических соединений.
При этом согласно полезной модели уплотнительный элемент обратного клапана выполнен из фторсиликоновой резины.
При этом согласно полезной модели на внутренней рабочей поверхности упругой диафрагмы устройства мягкости размещена ограничительная шайба, которая выполнена из конструкционной пластмассы.
При этом согласно полезной модели на внутренней рабочей поверхности упругой диафрагмы устройства мягкости размещена ограничительная шайба, которая выполнена из полиамида.
Отличительным признаком заявленного воздухораспределителя от прототипа является применение для изготовления уплотнений подвижных соединений воздухораспределителя: отпускного клапана, питательного клапана, клапана мягкости, клапана дополнительной разрядки, атмосферного клапана, плунжера, большой диафрагмы и диафрагмы клапана мягкости, манжетных уплотнений главного поршня, штока, уравнительного поршня, плунжера и манжеты узла трех клапанов воздухораспределителя эластомерного компаунда на основе бутадиен-нитрильного каучука, устойчивого к изменению температуры в диапазоне от минус 60°С до плюс 80°С. Предлагаемая к защите конструкция воздухораспределителя разрабатывалась с учетом современных требований ГОСТ 22235-2010, предъявляемых к вагонам с целью обеспечения сохранности, в том числе тормозного оборудования при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ. Несмотря на допустимый нагрев до 55°С отдельных элементов вагона, в частности воздухораспределителя, в реальных условиях эксплуатации вагон подвержен нагреву до 80°С, поскольку помимо того, что такая температура допускается при нагреве некоторых элементов вагона, в процессе разгрузки обслуживающему персоналу важно быстрее разгрузить вагон для обеспечения высокой пропускной способности тепляка или размораживающего устройства.
Несмотря на известность отдельных элементов, создана новая совокупность существенных признаков воздухораспределителя тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава, обеспечивающая решение проблемы потери работоспособности эластичных элементов воздухораспределителя в связи с воздействием на воздухораспределитель высокой температуры до 80°С процессе проведения погрузочно-разгрузочных работ. Кроме того, под воздействием деформаций, динамических нагрузок и процессов старения применяемые в предлагаемой конструкции воздухораспределителя материалы из эластомерного компаунда на основе бутадиен-нитрильного каучука не теряют длительное время своих эластичных и уплотняющих свойств, обладают высокой маслостойкостью, что повышает срок эксплуатации воздухораспределителя.
Таким образом, можно констатировать достижение указанного технического результата: повышение эксплуатационной надежности воздухораспределителя и увеличении срока его эксплуатации, обеспечивающих соблюдение жестких нормативных требований, предъявляемых в настоящее время к грузовым вагонам, по обеспечению сохранности тормозного оборудования при производстве погрузочно-разгрузочных и маневровых работ.
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на
фиг. 1 изображен общий вид воздухораспределителя тормозной системы железнодорожного подвижного состава;
фиг. 2 манжетное уплотнение плунжера магистральной части;
фиг. 3 узел трех клапанов магистральной части воздухораспределителя;
фиг. 4 устройство мягкости воздухораспределителя.
Воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре 1 пневматически связанных между собой главной части 2 и магистральной части 3 (фиг. 1).
Двухкамерный резервуар 1 имеет рабочую 4 и золотниковую 5 камеру и пневматически связан каналами с тормозной магистралью 6, тормозным цилиндром 7 и запасным резервуаром 8.
Главная часть 2 состоит из корпуса 9 и крышки 10. В крышке 10 главной части 2 расположен подпружиненный отпускной клапан 11. В корпусе 9 главной части 2 расположены: главный поршень 12 с пружиной 13 и штоком 14, питательный клапан 15, уравнительный поршень 16, а также обратный клапан 17, связывающий в открытом состоянии запасной резервуар 8 с тормозной магистралью 6.
Уплотнительный элемент 18 обратного клапана 17 выполнен из фторсиликоновой резины, получаемой на основе высокомолекулярных кремнийорганических соединений, обладающей термостойкостью, высокой эластичностью и маслобензостойкостью. По результатам испытаний установлено, что уплотнительный элемент 18 обратного клапана 17 не теряет своих эластичных свойств в жестких условиях эксплуатации в температурном диапазоне от минус 60°С до плюс 120°С.
Главный поршень 12 размещен с образованием рабочей камеры 19 и золотниковой камеры 20 и возможностью перемещения вдоль корпуса 9 главной части 2 под действием разницы давлений в рабочей 19 и золотниковой 20 камерах. Главный поршень 12 жестко связан с уплотненным шестью манжетами 21 штоком 14, размещенным в направляющей втулке 22.
Уравнительный поршень 16 выполнен с атмосферным отверстием 23 и размещен в корпусе 9 главной части 2 с образованием тормозной камеры 24 и атмосферной полости 25, размещенной в двухкамерном резервуаре 1. Тормозная камера 24 постоянно сообщена с тормозным цилиндром 7. В атмосферной полости 25 расположены режимные пружины 26 с опорой на уравнительный поршень 16.
В полости штока 14 со стороны уравнительного поршня 16 установлен подпружиненный нормально закрытый питательный клапан 15 с седлом в виде втулки 27 с центральным сквозным отверстием, установленной посредством резьбы в торце штока 14. Питательный клапан 15, взаимодействует со штоком 14 главного поршня 12 и уравнительным поршнем 16 с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара 8 в тормозной цилиндр 7, в закрытом состоянии - выхода воздуха из тормозного цилиндра 7 в атмосферу через атмосферное отверстие 23 уравнительного поршня 16.
Магистральная часть 3 состоит из корпуса 28 и крышки 29.
В корпусе 28 магистральной части 3 размещена подпружиненная подвижная перегородка 30, разделяющая магистральную камеру 31 и золотниковую камеру 32, плунжер 33, взаимодействующий с подпружиненной подвижной перегородкой 30 и толкателем 34, опирающимся на клапан дополнительной разрядки 35 узла трех клапанов 36.
Подвижная перегородка 30 выполнена в виде большой упругой диафрагмы 37 с двумя жестко связанными между собой прижимными направляющим 38 и направляемым 39 дисками. Направляющий диск 38 выполнен с хвостовиком 40, который может быть выполнен как в виде отдельной детали, так и заодно целое с диском. Диафрагма 37 выполнена в виде диска с центральным сквозным отверстием с кольцевыми кромками по внутреннему и внешнему ее контурам и кольцевым утолщением в ее центральной части.
Диски 38 и 39 выполнены с возможностью фиксации между собой упругой диафрагмы 37. При этом кромка по внешнему контуру диафрагмы 37 защемляется при прижатии к корпусу 28 магистральной части крышки 29.
Плунжер 33 выполнен с упором на хвостовик 40 направляющего диска 38 и с отверстиями для зарядки рабочей 41 и золотниковой 32 камер, выполненными на его стержне. В крышке 29 корпуса 28 магистральной части 3 жестко закреплена, например ввернута, втулка 42, являющаяся седлом клапана 43 устройства переключения режимов «горный» и «равнинный». Торец плунжера 33 входит через манжетное уплотнение 44, разделяющее рабочую камеру 41 и золотниковую камеру 32 и установленное в седле 42 с возможностью осевого перемещения относительно седла 42 (фиг. 2).
Рабочая камера 19 (фиг. 1) главной части 2 сообщена с рабочей камерой 4 двухкамерного резервуара 1, которая пневматически связана с рабочей камерой 41 магистральной части 3 воздухораспределителя. Золотниковая камера 20 главной части 2 сообщена с золотниковой камерой 5 двухкамерного резервуара 1, которая пневматически связана с золотниковой камерой 32 магистральной части 3 воздухораспределителя. Магистральная часть 3 при этом связывает золотниковую камеру 32 с тормозной магистралью 6.
В корпус 28 магистральной части 3 установлена посредством резьбового соединения втулка 45, являющаяся седлом узла трех клапанов 36, который помимо клапана дополнительной разрядки 35, включает в себя атмосферный клапан 46 и челночную манжету 47, расположенную в седле 45 узла трех клапанов 36 и разделяющую золотниковую 32 и магистральную 31 камеры (фиг. 3).
В корпусе 28 магистральной части 3 воздухораспределителя размещено устройство мягкости 48 воздухораспределителя (фиг. 4), имеющее подпружиненную подвижную перегородку 49, выполненную в виде упругой диафрагмы круглого сечения с буртом. На внутренней рабочей поверхности упругой диафрагмы 49 размещена ограничительная шайба 50, которая может быть выполнена как из металла, так и из конструкционной пластмассы, например, полиамида. В наружную поверхность упругой диафрагмы 49 упирается клапан мягкости 51, выполненный в виде поршня со штоком с возможностью соединения в открытом состоянии магистральной камеры 31 и золотниковой камеры 32. Ограничительная шайба 50, позволяет клапану мягкости 51 переместиться на расстояние, достаточное для сообщения магистральной 31 и золотниковой 32 камер.
При этом уплотнения подвижных соединений воздухораспределителя: отпускного клапана 11 (фиг. 1), питательного клапана 15 главной части 2 и клапана мягкости 51, клапана дополнительной разрядки 35, атмосферного клапана 46, плунжера 33 магистральной части, большая диафрагма 37 и диафрагма 49 клапана мягкости, манжетные уплотнения главного поршня 12, штока 14, уравнительного поршня 16, челночная манжета 47 узла трех клапанов 36 и манжета 44 плунжера 33 выполнены из эластомерного компаунда на основе бутадиен-нитрильного каучука, например, марок 70 NBR 286210, 70 NBR 286211, устойчивого к изменению температуры в диапазоне от минус 60°С до плюс 80°С, обладающего высокой эластичностью и маслостойкостью.
Используемый эластомерный компаунд соответствует всем современным требованиям, предъявляемым к деталям вагона из полимерных материалов и рекомендованным к применению в тормозном оборудовании, таким как устойчивость к нагреву сборочных единиц и деталей вагонов в процессе проведения погрузочно-разгрузочных работ при температуре плюс 80°С, большим динамическим нагрузкам с сохранением эластичности и прочности.
Основные показатели отражены в таблице 1.
Увеличенное минимальное значение показателя относительного удлинения при разрыве позволяет, например, при установке манжет на шток главного поршня исключить их разрыв, значительно снижая тем самым расход данных уплотнений на единицу продукции.
Уменьшенное значение относительной остаточной деформации после старения в воздухе при температуре (100+1)°С при сжатии на 20% в течение 24 ч увеличивает стойкость изделий из эластомерного компаунда к деформациям, которые они испытывают, выполняя функции уплотнения.
Суженный диапазон твердости по Шору А эластомерного компаунда, который также используется для изготовления диафрагм, позволяет добиться стабильности характеристик диафрагменных узлов.
Воздухораспределитель действует следующим образом. При зарядке происходит подача сжатого воздуха из источника сжатого воздуха (не показан) в тормозную магистраль 6. Тормозная магистраль 6 заряжается до требуемого зарядного давления. В магистральной части 3 сжатый воздух поступает в магистральную камеру 31 и отжимает подвижную перегородку 30 в крайнее правое положение. Плунжер 33 перемещается вправо и обеспечивает зарядку сжатым воздухом золотниковую 32 и рабочую 41 камеры. Происходит заполнение сжатым воздухом рабочих камер 41,4, 19 и золотниковых камер 32, 5, 20 воздухораспределителя. В главной части 2 главный поршень 12 со штоком 14 под воздействием пружины 13 находится в крайнем левом положении (по чертежу), питательный клапан 15 закрыт, тормозной цилиндр 7 через атмосферную полость 25 сообщен с атмосферой. Запасной резервуар 8 ввиду значительно превышения давления в тормозной магистрали 6 относительно давления в запасном резервуаре 8 через открытый обратный клапан 17 пополняется воздухом из тормозной магистрали 6.
При торможении производится снижение давления в тормозной магистрали 6 и магистральной камере 31. Подвижная перегородка 30 магистральной части 3 под усилием сжатого воздуха в золотниковой камере 32 переместится влево, толкатель 34 откроет клапан дополнительной разрядки 35, затем атмосферный клапан 46, плунжер 33 отойдет от хвостовика 40. Происходит снижение давления в тормозной магистрали 6, магистральной камере 31, золотниковой камере 32 на ограниченную величину.
В главной части 2 при понижении давления в золотниковой камере 20 главный поршень 12 переместиться вправо. Так как уравнительный поршень 16 при этом остается неподвижным. Питательный клапан 15 отходит от своего седла 27, через который воздух из запасного резервуара 8 через открытый питательный клапан 15 начинает интенсивно перетекать в тормозной цилиндр 7.
При отпуске тормоза давление в тормозной магистрали 6 и магистральной камере 31 магистральной части 3 повышается, подвижная перегородка 30 вместе с плунжером 33 перемещается вправо, и через отверстия в плунжере 33 происходит сообщение тормозной магистрали 6 с рабочей камерой 41 и золотниковой камерой 32. Отпуск происходит по мере выравнивания давлений в рабочей 41, золотниковой 32 и магистральной 31 камерах. Клапан 51 устройства 48 мягкости будет находиться в закрытом положении, так как в полости над диафрагмой 49 сохраняется давление рабочей камеры 41. Главный поршень 12 главной части 2 перемещается влево, и питательный клапан 15 отходит от уравнительного поршня 16. При этом воздух из тормозного цилиндра 7 через атмосферную полость 25 начинает выходить в атмосферу.
В результате средство, воплощающее полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата: повышения эксплуатационной надежности воздухораспределителя и увеличения срока его эксплуатации благодаря использованию для изготовления диафрагм, манжет и уплотнений клапанов воздухораспределителя эластомерного компаунда на основе бутадиен-нитрильного каучука, устойчивого к изменению температуры в диапазоне от минус 60°С до плюс 80°С, устойчивого к воздействию динамических нагрузок.