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
6
Известен 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, опираемым на клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали. (Патент РФ №2248284, МПК В60Т 15/18, 15.04.2004).
Недостаток известного воздухораспределителя в том, что конструкция диафрагмы, выполненная в виде плоского диска, увеличивает вероятность возникновения напряжений в ее материале, которые снижают чувствительность диафрагмы на перепад давлений в магистральной и золотниковой камерах, снижают ее эксплуатационный ресурс.
6
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 с кольцевым утолщением и выступом в ее центральной части. Причем упругая диафрагма выполнена 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 эксплуатации возможны повреждения диафрагмы из-за высокого уровня напряжения диафрагмы, а также неэффективная работа диафрагмы как чувствительного элемента в результате силовой нагрузки и деформации диафрагмы при монтаже подвижной перегородки в корпус магистральной части и в момент ее сжатия при накручивании одного прижимного диска с другим.
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 снижению концентрации напряжений и деформации диафрагмы подвижной перегородки при монтаже 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, разделяющую 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, 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, прижимные диски выполнены с возможностью фиксации между собой упругой диафрагмы при накручивании на внешнюю резьбу хвостовика одного из прижимных дисков резьбовой накидной гайки.
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, поверхность одного из прижимных дисков, сопряженная с рабочей поверхностью диафрагмы имеет открытую кольцевую канавку с разновеликими по высоте боковыми стенками, выполненную для размещения в ней выступающей части внутренней кромки диафрагмы
При этом, согласно полезной модели, 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, и не более высоты кольцевой кромки диафрагмы в поперечном сечении без учета ее кольцевых выступов.
При этом, согласно полезной модели, диафрагма выполнена из эластомерного компаунда.
При этом, согласно полезной модели, плунжер выполнен составным в виде стержня, жестко связанного с головкой.
Для снижения концентраций напряжений рабочей области диафрагмы в заявленной полезной модели изменена конфигурация диафрагмы. Моделирование упругой диафрагмы методом конечных элементов показало, что на концентрацию напряжений рабочей области диафрагмы влияют места зажима диафрагмы. Также крайне отрицательно влияют на работу диафрагмы различные ступенчатые переходы в ее сечении, где возникают напряжения. Из-за напряжений и деформации диафрагмы при работе воздухораспределителя снижается чувствительность диафрагмы к минимальному перепаду давления в магистральной и золотниковой камерах.
6
Плоские кромки диафрагмы, описанной в прототипе (Патент РФ №152636, МПК В60Т 15/18, 05.11.2014), в сечении повторяют профиль кольцевых канавок, в которых расположены, поэтому в процессе сборки магистральной части, при сдавливании кромок диафрагмы, часть материала кромок выдавливается из кольцевых канавок, создавая критичные напряжения рабочей области диафрагмы возле кромок, которые усиливаются при работе диафрагмы.
В отличие от прототипа в заявляемом решении кольцевые кромки диафрагмы имеют выступающую часть со скругленным абрисом в поперечном сечении на одной стороне диафрагмы и, по меньшей мере, один выступ треугольной формы - на другой ее стороне. Благодаря скругленному контуру в поперечном сечении кромок при зажиме диафрагмы концентрация напряжений возникает не возле кромки рабочей области диафрагмы, а в центре кромки. Кроме того, при зажиме кольцевых кромок снижена вероятность переполнения пространства кольцевых канавок, а выступы треугольной формы, концентрично расположенные относительно друг друга, способствуют сохранению герметичного соединения диафрагмы с прижимными дисками и корпусом магистральной части. Кроме того, для снижения напряжений рабочей области диафрагмы переход поверхности выступающей части кромки диафрагмы к поверхности ее рабочей области выполнен скругленным с плавным изменением толщины диафрагмы в поперечном сечении.
Предлагаемые конструктивные изменения повышают эффективность срабатывания воздухораспределителя, поскольку из-за снижения концентраций напряжения в теле диафрагмы, диафрагма становится восприимчивой даже к незначительным перепадам давления между золотниковой и магистральной камерами, например в начале торможения.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на:
фиг. 1 изображен общий вид 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 (кромка диафрагмы по внутреннему контуру в поперечном сечении, зажатая между двумя прижимными дисками).
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.
Диск 5 имеет кольцевой выступ 10 (фиг. 2) по центральному отверстию со стороны золотниковой камеры, образующий вместе с центральным отверстием внутреннюю сквозную цилиндрическую полость, на внутренней поверхности ограничивающей стенки которой выполнена резьба 11. Кольцевой выступ 10 выполнен 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 (фиг. 1).
Диск 6 имеет центральное сквозное отверстие 34, выполненное с возможностью соосного размещения на кольцевом выступе 10 диска 5, для чего диаметр центрального отверстия 34 диска 6 немногим больше внешнего диаметра кольцевого выступа 10 (фиг. 2).
Диски 5 и 6 выполнены с возможностью фиксации между собой упругой диафрагмы 4 при накручивании на внешнюю резьбу 15 хвостовика 9, жестко связанного с диском 5, резьбовой накидной гайки 16.
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) имеют выступающую часть 39 со скругленным абрисом в поперечном сечении на одной стороне диафрагмы 4 и, по меньшей мере, один кольцевой выступ на другой ее стороне. Предпочтительнее исполнение полезной модели, где кромки 35 снабжены двумя кольцевыми выступами 40, концентрично расположенными относительно друг друга, как показано в нашем примере. 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 выступающей части 39 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 кольцевой канавки 42 должна быть не менее суммарной величины, включающей в себя высоту внешней стенки канавки 42 и кольцевого утолщения 38 центральной части диафрагмы 4 в поперечном сечении, и не более высоты кольцевой кромки 35 в поперечном сечении без учета кольцевых выступов 40.
Наружный контур 37 диафрагмы 4 поджимается к корпусу 1 магистральной части крышкой 2 (фиг. 1). При этом на месте сопряжения корпуса 1 и крышки 2 выполнена кольцевая канавка 43 с разновеликими стенками для размещения в ней выступающей части 39 кромки 35 по внешнему контуру 37 упругой диафрагмы 4. Стенки канавки 43 выполнены 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 43 и исключением излишней деформации тела диафрагмы 4.
При сборке подвижной перегородки 3 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 диск 5 устанавливается диафрагма 4, путем помещения выступающей части 39 кромки 35 по внутреннему контуру 36 диафрагмы 4 в кольцевую канавку 42 диска 5. Диафрагму 4 прижимают диском 6, устанавливая его центральное сквозное отверстие 34 на кольцевой выступ 10 диска 5 до упора в выступ цилиндрической формы, образующей которого является внутренняя стенка кольцевой канавки 42. Положение дисков 5, 6 и диафрагмы 4 фиксируют накидной гайкой 16, закручивая ее по резьбе 15 хвостовика 9 до упора в диск 6.
При прижатии дисков 5 и 6 выступающая часть 39 кромки 35 по внутреннему контуру 36 сдавливается, заполняя собой пространство кольцевой канавки 42 (фиг. 4). Концентрация напряжений при этом возникает в центре выступающей части 39 кромки 35. В момент фиксации диафрагма 4 плотно прижата дисками 5 и 6, обеспечивая герметичность соединения. С другой стороны диафрагмы 4 герметичность соединения обеспечивается созданием точечного напряжения диафрагмы 4 путем прижатия дисками 5, 6 двух выступов 40 треугольной формы. При закручивании накидной гайки 16 вращающий момент частично передается на диск 6, при этом снижается воздействие прикладываемого внешнего усилия на диафрагму 4.
Аналогичным образом прижимается кромка 35 диафрагмы 4 по внешнему контуру 37, при помещении выступающей части 39 кромки 35 диафрагмы 4 в кольцевую канавку 43 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 процессе 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.
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.