ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Область техники
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.
Уровень техники
7
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из главной и магистральной частей, устанавливаемых на двухкамерном резервуаре. Магистральная часть при этом содержит подпружиненную подвижную перегородку, выполненную в виде закрепленной в корпусе упругой диафрагмы с двумя жестко связанными между собой прижимными дисками и отделяющую магистральную камеру от золотниковой камеры, плунжер с отверстиями зарядки рабочей и золотниковой камер, взаимодействующий с подпружиненной подвижной перегородкой и толкателем, опирающимся на клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали. При этом упругая диафрагма подвижной перегородки выполнена в виде диска с центральным отверстием, плоскими кольцевыми кромками по внутреннему и внешнему ее контуру и кольцевым утолщением с выступом в ее центральной части. На наружной поверхности хвостовика направляющего прижимного диска выполнена кольцевая проточка для симметричного относительно оси хвостовика размещения диафрагмы, путем помещения в проточку хвостовика плоской внутренней кромки диафрагмы и заполнения ею кольцевой проточки, обеспечивая тем самым герметичность. При этом кольцевой выступ в утолщении центральной части диафрагмы предназначен для взаимодействия с кольцевой проточкой, размещенной на одном из прижимных дисков. Диафрагма изготавливается из эластомерного материала, включающего полимерную композицию на основе смеси каучуков и технического углерода, сохраняющего эластичность в температурном диапазоне +60° до -60°. (Патент РФ №152636, МПК В60Т 15/18, 05.11.2014).
Недостатком известного воздухораспределителя является то, что в процессе монтажа подвижной перегородки его магистральной части при фиксации диафрагмы прижимными дисками возникают концентрации напряжений в теле диафрагмы вследствие непредсказуемого сжатия диафрагмы, а также возникновения торсионных нагрузок при скручивании одного диска с другим. Кроме того при монтаже подвижной перегородки существует вероятность повреждения плоской внутренней кромки диафрагмы. В результате в процессе эксплуатации возможны повреждения диафрагмы из-за высокого уровня напряжений диафрагмы, снижающие ее эксплуатационный ресурс; а также неэффективная работа диафрагмы как чувствительного элемента к перепаду давлений в магистральной и золотниковой камерах.
Раскрытие полезной модели
При создании полезной модели решалась задача обеспечения стабильной работы воздухораспределителя тормозной системы железнодорожного подвижного состава.
В процессе эксплуатации воздухораспределителя опытным путем было обнаружено, что характер восприятия диафрагмой магистральной части силовых нагрузок, вызванных перепадами давления между золотниковой и магистральной камерами, при наличии напряжений с течением времени меняется, что приводит к снижению эффективности работы воздухораспределителя. Поэтому работа по усовершенствованию конструкции воздухораспределителя была направлена, прежде всего, на устранение концентраций напряжений диафрагмы магистральной части воздухораспределителя.
Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в повышении эффективности срабатывания воздухораспределителя тормозной системы железнодорожного подвижного состава в различных режимах работы, благодаря естественному размещению диафрагмы при сборке подвижной перегородки магистральной части воздухораспределителя.
Указанный технический результат достигается тем, что воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре главной части и магистральной части, которая включает в себя подпружиненную подвижную перегородку, выполненную в виде закрепленной в корпусе магистральной части упругой диафрагмы, зафиксированной между двумя жестко связанными между собой прижимными дисками, разделяющей магистральную и золотниковую камеры, плунжер с отверстиями зарядки рабочей и золотниковой камер, взаимодействующий с подпружиненной подвижной перегородкой и толкателем, опирающимся на клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали, при этом упругая диафрагма подвижной перегородки выполнена в виде диска с центральным отверстием, кольцевыми кромками по внутреннему и внешнему контурам и кольцевым утолщением в ее центральной части, согласно полезной модели, поверхность направляющего прижимного диска, сопряженная с рабочей поверхностью диафрагмы имеет открытую кольцевую канавку с разновеликими по высоте боковыми стенками, выполненную для размещения в ней кромки по внутреннему контуру диафрагмы, при этом высота внутренней стенки кольцевой канавки должна быть не менее суммарной величины, включающей в себя высоту внешней стенки канавки и кольцевого утолщения центральной части диафрагмы в поперечном сечении, но не более высоты кольцевой кромки диафрагмы в поперечном сечении, вместе с тем прижимные диски выполнены с возможностью фиксации между собой упругой диафрагмы при накручивании на внешнюю резьбу хвостовика направляющего прижимного диска резьбовой накидной гайки до упора в направляемый прижимной диск, причем направляющий прижимной диск имеет центрирующий кольцевой выступ со стороны золотниковой камеры для соосного размещения на нем направляемого прижимного диска с упором в выступ цилиндрической формы, образующей которого является внутренняя стенка кольцевой канавки.
При этом, согласно полезной модели, кольцевые кромки имеют выступающую часть со скругленным абрисом в поперечном сечении на одной стороне диафрагмы и выступы треугольной формы на другой ее стороне, а переход поверхности выступающей части кромки к поверхности рабочей области диафрагмы выполнен скругленным с плавным изменением толщины диафрагмы в поперечном сечении.
При этом, согласно полезной модели, диафрагма выполнена из эластомерного компаунда.
При этом, согласно полезной модели, хвостовик прижимного диска выполнен в виде отдельной детали и герметично закреплен на диске посредством резьбового соединения.
При этом, согласно полезной модели, прижимные диски выполнены из полимерного материала.
При этом, согласно полезной модели, прижимные диски выполнены из полиамида.
При этом, согласно полезной модели, плунжер выполнен составным в виде стержня, жестко связанного с головкой.
При расчете напряжений диафрагмы подвижной перегородки магистральной части воздухораспределителя методом конечных элементов учитывались совокупные воздействия сжатия диафрагмы при сборке подвижной перегородки и монтаже ее в магистральной части, а также деформаций диафрагмы, которым она подвержена во время работы воздухораспределителя. Моделирование упругой диафрагмы методом конечных элементов выявило, что на концентрацию напряжений рабочей области диафрагмы влияют места зажима диафрагмы. С целью снижения концентраций напряжений рабочей области диафрагмы в заявленной полезной модели изменено посадочное место диафрагмы, снижено силовое воздействие на диафрагму, возникающее при скручивании одного прижимного диска с другим.
Для фиксации центральной части диафрагмы высота внутренней стенки кольцевой канавки прижимного диска подвижной перегородки магистральной части выбрана с обеспечением при сборке заданного поджима диафрагмы, с сохранением герметичности соединения прижимных дисков и диафрагмы, а также исключением излишней деформации тела диафрагмы. Обусловлено это тем, что размерная цепочка соединяемых деталей по сравнению с прототипом минимально возможна, поскольку определена с учетом только высоты внутренней стенки кольцевой канавки и высоты зажимаемой кольцевой кромки диафрагмы. Кроме того, в предлагаемой полезной модели действительный размер внутренней стенки канавки определяется более точно вследствие того, что номинальные размеры соединяемых деталей по сравнению с прототипом меньше. С уменьшением номинальных размеров деталей в одном и том же квалитете уменьшается величина допуска размеров соединяемых деталей, точность действительных размеров при этом возрастает.
Кроме того, использование в заявляемой конструкции воздухораспределителя накидной гайки для фиксации внутренней кромки диафрагмы между прижимными дисками позволяет исключить торсионные нагрузки на диафрагму. При накручивании накидной гайки нагрузка приходится на прижимной диск, упругая диафрагма не подвергается нагрузкам, связанным со скручиванием.
Предлагаемые конструктивные изменения воздухораспределителя в значительной мере снижают напряжения и деформацию упругой диафрагмы при сборке подвижной перегородки его магистральной части, благодаря естественному размещению диафрагмы между прижимными дисками. Диафрагма в предложенной конструкции воздухораспределителя более восприимчива к перепадам давления между золотниковой и магистральной камерами, даже незначительным, например, в начале торможения. Более того, при большом перепаде давлений рабочая область диафрагмы меньше подвержена необратимой деформации, вследствие чего характер восприятия нагрузок диафрагмой с течением времени остается неизменным -эффективность срабатывания воздухораспределителя остается на высоком уровне.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на:
фиг. 1 изображен общий вид диафрагменного узла магистральной части воздухораспределителя;
фиг. 2 подвижная перегородка магистральной части воздухораспределителя;
фиг. 3 вид А фиг. 2 (кромка диафрагмы по внешнему контуру в поперечном сечении);
фиг. 4 вид Б фиг. 2 (посадочное место диафрагмы на направляющем диске).
Осуществление полезной модели
Воздухораспределитель тормозной системы железнодорожного подвижного состава, состоящий из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре главной части и магистральной части. Магистральная часть размещена в корпусе 1 с крышкой 2 и включает подпружиненную подвижную перегородку 3, выполненную в виде упругой диафрагмы 4 с двумя жестко связанными между собой прижимными дисками 5 и 6, и разделяющую магистральную 7 и золотниковую камеры 8 (фиг. 1). Прижимные диски 5 и 6 могут быть выполнены из легкого металла, например алюминия, и изготовлены в виде литых деталей.
Направляющий диск 5 со стороны магистральной камеры 7 имеет хвостовик 9, который может быть выполнен за единое целое с диском 5, а может быть выполнен в виде отдельной детали и герметично закреплен на диске 5, как показано в нашем примере, посредством резьбового соединения. Герметичность соединения достигается, например, путем предварительного нанесения на резьбовой элемент хвостовика 9 герметика или иным известным способом, например, с помощью уплотнительного кольца. Конструкция прижимного диска 5 с хвостовиком в виде отдельной детали позволяет не только облегчить технологию изготовления дисков 5 и 6, но и использовать для их изготовления полимерный материал, например, полиамид - термостойкий полимер, обладающий высокими показателями жесткости и прочности.
Направляющий диск 5, размещенный со стороны магистральной камеры, имеет центрирующий кольцевой выступ 10 (фиг. 2) со стороны золотниковой камеры для размещения на нем направляемого прижимного диска 6. В нашем примере кольцевой выступ 10 диска 5 образует вместе с его центральным отверстием внутреннюю сквозную цилиндрическую полость, на внутренней поверхности которой выполнена резьба 11 для соединения с хвостовиком 9. Также в случае выполнения хвостовика 9 прижимного диска 5 в виде отдельной детали кольцевой выступ 10 выполняется с лысками, расположенными друг напротив друга с возможностью фиксации на нем монтажного инструмента при соединении диска 5 и хвостовика 9.
Хвостовик 9 выполнен в виде ступенчатой втулки с центральным сквозным отверстием 12 и двумя ступенями 13 и 14 разных диаметров. Ступень большего диаметра 13 хвостовика 9 имеет внешнюю резьбу 15 для крепления хвостовика 9 к диску 5 и фиксации дисков 5 и 6 на хвостовике 9 посредством накидной гайки 16, в торце которой могут быть выполнены сквозные отверстия 17. Ступень меньшего диаметра 14 хвостовика 9 имеет со стороны торца поперечные сквозные отверстия 18, выполненные с возможностью сообщения магистральной и золотниковой камер. Центральная часть 19 хвостовика 9 выполнена в виде бурта квадратного поперечного сечения с возможностью фиксации на нем монтажного инструмента при соединении диска 5 с хвостовиком 9 и затягивании накидной гайки 16.
Центральное сквозное отверстие 12 хвостовика 9 образует две смежные аксиально расположенные сообщающиеся цилиндрические полости: малую 20 и большую 21. В большой полости 21 соосно дискам 5, 6 и хвостовику 9 размещен подпружиненный пружиной сжатия 22 плунжер 23.
Плунжер 23 выполнен с отверстиями 24 зарядки рабочей камеры 25 и золотниковой камеры 8, взаимодействующий с подпружиненной подвижной перегородкой 3 (фиг. 1).
Плунжер 23 может быть выполнен составным в виде стержня 26 (фиг. 2), жестко связанного, например, посредством посадки с натягом, с головкой 27, для чего в стержне 26 выполнено центральное отверстие 28, а головка 27 выполнена с хвостовиком 29 с аксиальным сквозным отверстием 30, причем центральное отверстие 28 стержня 26 и хвостовик 29 головки 27 обеспечивают посадку с натягом. Дно большой полости 21 является седлом плунжера 23. Пружина 22 плунжера 23 размещена с упором с одной стороны на его головку 27, с другой - на внутреннюю торцевую поверхность 31 накидной гайки 16. В открытом состоянии плунжер 23 сообщает золотниковую камеру 8 посредством отверстий 17 и/или сквозного центрального отверстия накидной гайки 16 с атмосферой.
В малой полости 20 размещен толкатель 32, выполненный с возможностью взаимодействия с плунжером 23 и упором на клапан дополнительной разрядки 33 тормозной магистрали (фиг. 1).
Направляемый прижимной диск 6 имеет центральное сквозное отверстие 34, выполненное с возможностью соосного размещения в нем кольцевого выступа 10 направляющего прижимного диска 5, для чего диаметр центрального отверстия 34 диска 6 немногим больше внешнего диаметра кольцевого выступа 10 (фиг. 2).
Диафрагма 4 выполнена в виде диска с центральным сквозным отверстием с кольцевыми кромками 35 по внутреннему 36 и внешнему 37 ее контурам и кольцевым утолщением 38 в ее центральной части.
Кольцевые кромки 35 диафрагмы 4 (фиг. 3) могут иметь скругленный абрис в поперечном сечении выступающей части 39 кромки 35 на одной стороне диафрагмы 4 и, по меньшей мере, один кольцевой выступ - на другой ее стороне. В нашем примере кольцевые кромки 35 снабжены двумя выступами 40 треугольной формы, концентрично расположенными относительно друг друга. При этом переход поверхности выступающей части 39 кромки 35 к поверхности рабочей области 41 диафрагмы 4 выполнен скругленным с плавным изменением толщины диафрагмы 4 в поперечном сечении. Диафрагма 4 выполнена, например, из эластомерного компаунда.
Диск 5 (фиг. 4) со стороны золотниковой камеры имеет открытую кольцевую канавку 42 с разновеликими боковыми стенками, выполненную для размещения в ней кромки 35 по внутреннему контуру 36 диафрагмы 4. Стенки канавки 42 выполнены с возможностью фиксации кромки 35 по внутреннему контуру 36 при прижатии диафрагмы 4 диском 6 и обеспечением выхода кольцевого утолщения 38 ее центральной части за пределы кольцевой канавки 42, исключающим излишнюю деформацию тела диафрагмы 4 при сборке магистральной части.
Высота внутренней стенки 43 кольцевой канавки 42 должна быть не менее суммарной величины, включающей в себя высоту внешней стенки 44 канавки 42 и кольцевого утолщения 38 центральной части диафрагмы 4 в поперечном сечении, и не более высоты кольцевой кромки 35 в поперечном сечении. В случае, предусматриваемом выполнение кромок с кольцевыми выступами, высота кольцевой кромки выбирается без учета кольцевых выступов 40.
Диски 5 и 6 выполнены с возможностью фиксации между собой упругой диафрагмы 4 при накручивании на внешнюю резьбу хвостовика 9, жестко связанного с диском 5, резьбовой накидной гайки 16 до упора гайки 16 в направляемый прижимной диск 6. При этом прижимной диск 6 размещается на кольцевом выступе 10 с упором в выступ 45 цилиндрической формы, образующей которого является внутренняя стенка 43 кольцевой канавки 42.
Кромка 35 по наружному контуру 37 диафрагмы 4 поджимается к корпусу 1 магистральной части крышкой 2 (фиг. 1). Для чего на месте сопряжения корпуса 1 и крышки 2 выполнена кольцевая канавка 46 с разновеликими стенками, выполненными с возможностью фиксации кромки 35 по внешнему контуру 37 диафрагмы 4 при поджатии диафрагмы 4 крышкой 2 к корпусу 1 магистральной части, обеспечением выхода ее рабочей области 41 за пределы кольцевой канавки 46.
При сборке подвижной перегородки 3 в случае выполнения хвостовика 9 в виде отдельной детали в центральное резьбовое отверстие диска 5 вворачивают хвостовик 9 (фиг. 2), предварительно смазав резьбу 15 хвостовика 9 герметиком, например Локтайт (Loctite), для исключения самоотвинчивания и негерметичности соединения. Затем на направляющий прижимной диск 5 устанавливается диафрагма 4, путем помещения кромки 35 по внутреннему контуру 36 диафрагмы 4 в кольцевую канавку 42 диска 5. Диафрагму 4 прижимают направляемым прижимным диском 6, устанавливая его центральное сквозное отверстие 34 на центрирующий кольцевой выступ 10 диска 5 до упора в выступ 45 цилиндрической формы, образующей которого является внутренняя стенка 43 кольцевой канавки 42. Положение дисков 5, 6 и диафрагмы 4 фиксируют накидной гайкой 16, закручивая ее по резьбе 15 хвостовика 9 до упора накидной гайки 16 в направляемый диск 6. Благодаря предложенной конструкции уменьшена размерная цепь соединяемых элементов по сравнению с прототипом. При закручивании накидной гайки 16 вращающий момент частично передается на диск 6, при этом снижается воздействие прикладываемого внешнего усилия на диафрагму 4.
В момент фиксации диафрагма 4 плотно прижата дисками 5 и 6, обеспечивая герметичность соединения. При этом рабочая область диафрагмы естественным образом располагается между дисками.
По внешнему контуру 37 диафрагма 4 фиксируется при помещении кромки 35 в кольцевую канавку 46 корпуса 1 и прижатии диафрагмы 4 крышкой 2 (фиг. 1). Тем самым обеспечивается герметичное разделение подвижной перегородкой 3 золотниковой камеры 8 и магистральной камеры 7 с уменьшением концентрации напряжений и деформации диафрагмы 4.
При равном давлении в магистральной и золотниковой камерах воздухораспределителя движения подвижной перегородки нет, диафрагма не деформируется. Любое изменение давления в магистральной или золотниковой камере в различных режимах работы воздухораспределителя приводит к осевому перемещению подвижной перегородки 3 вдоль оси корпуса 1 вправо или влево, ввиду разницы давлений между магистральной камерой 7 и золотниковой камерой 8, при взаимодействии плунжера 23 с подпружиненной подвижной перегородкой 3 и толкателем 32, опирающимся на клапан дополнительной разрядки 33 тормозной магистрали.
При небольшом перепаде давлений из-за снижения концентрации напряжений рабочая область 41 диафрагмы 4 воспринимает нагрузку даже при незначительном силовом воздействии на нее, подвижная перегородка 3 включается в работу при минимальной разнице давлений. При существенном перепаде давлений между магистральной камерой 7 и золотниковой камерой 8 деформация диафрагмы 4 при осевом перемещении подвижной перегородки 3 не вызывает остаточных изменений в свойствах и структуре материала диафрагмы 4, характер восприятия диафрагмой 4 магистральной части силовых нагрузок с течением времени остается практически неизменным.
Благодаря исключению нагрузок на диафрагму в предложенной конструкции воздухораспределителя железнодорожного подвижного состава повышается эффективность его срабатывания в различных режимах работы.