ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ
ELECTRICAL AND PNEUMATIC BRAKING SYSTEM FOR RAILWAY CARS

Настоящее изобретение относится к электропневматической тормозной системе для железнодорожных вагонов,
в частности, настоящее изобретение относится к электропневматической тормозной системе, содержащей
магистраль подачи сжатого воздуха,
источник сигналов о нагрузке или весе вагона,
блок взвешивания, предназначенный для нагнетания взвешенного давления, которое определяет максимальное тормозное давление, ограниченное в зависимости от сигналов нагрузки, и
блок управления торможением, подключенный к блоку взвешивания и содержащий переключающий клапан, установленный между упомянутой магистралью и (по меньшей мере) одним тормозным цилиндром для подачи на упомянутый цилиндр контролируемого тормозного давления, меньшего или равного уровню взвешенного давления.
Электропневматические тормозные системы этого типа хорошо известны и описаны, например, в заявках на патенты ЕР 0958980 А и WO 2013/144543 A.
Существует общая и неизменная тенденция к уменьшению размера и габаритов данных тормозных систем.
В частности, существует тенденция выполнять данные системы в виде быстросъемных блоков (БСБ), что ускоряет и упрощает их обслуживание.
Данные цели предполагают более широкое использование электронных и электропневматических систем вместо типовых пневматических компонентов, довольно тяжелых и громоздких.
В электропневматической тормозной системе вышеупомянутого типа формируются сигналы нагрузки, показывающие нагрузку или вес всего подвижного объекта или его части, например, в зависимости от способа срабатывания тормозной системы: по вагонам или по тележкам.
В дополнение к блоку взвешивания и блоку управления торможением электропневматическая тормозная система данного типа, как правило, содержит противогазные устройства, предназначенные для блокирования и снижения давления жидкости, с последующей повторной передачей его на тормозные цилиндры в зависимости от данных, полученных от датчиков скорости, соответствующих колесам, позволяющие решить проблему блокировки и пробуксовки колес.
В ряде случаев блок управления торможением и противогазные устройства выполняются в едином электронном блоке управления.
Целью настоящего изобретения является создание электропневматической тормозной системы для железнодорожных вагонов, которая отличается значительно меньшими размерами, весом и габаритами, высокой надежностью и низкой стоимостью.
Эти и другие цели согласно изобретению решаются электропневматической тормозной системой, основные характеристики которой определены в п. 1 формулы изобретения.
Блок взвешивания предлагаемой тормозной системы содержит
электропневматический привод, расположенный между магистралью подачи сжатого воздуха и входом привода упомянутого переключающего клапана, и подключенный к магистрали через ограничитель давления и мощности, и
электронный блок управления взвешиванием, который управляет приводом в зависимости от упомянутого сигнала о нагрузке и таким образом меняет заданным способом давление на входе привода переключающего клапана.
Исходя из описанных свойств, блок взвешивания работает с «пневмосигналами» малой мощности, которые можно «обработать» с помощью пневматических устройств (электромагнитных клапанов) с малым проходным сечением. Следовательно, данные пневматические устройства можно изготовить гораздо меньших размеров и веса, чем устройства предшествующего уровня техники.
Блок управления торможением предлагаемой тормозной системы содержит
электропневматический узел управления, расположенный между электропневматическим приводом переключающего клапана и входом привода упомянутого клапана, и
электронный блок управления торможением, предназначенный для приведения в действие электропневматического узла управления в зависимости от значения сигналов запроса рабочего или автоматического торможения.
Электропневматический узел управления торможением в предпочтительном варианте осуществления содержит первый электромагнитный клапан, или впускной клапан, который регулирует соединение между электропневматическим приводом и входом привода переключающего клапана, второй электромагнитный клапан, или выпускной клапан, который регулирует соединение со стороны нагнетания между входом привода переключающего клапана и атмосферой, и третий электромагнитный клапан для дистанционного растормаживания, подключенный к входу переключающего клапана и расположенный между упомянутыми первым и вторым электромагнитными клапанами.
Что касается последнего предлагаемого решения, несмотря на то, что в формуле изобретения показано, что оно зависит от наличия свойств, определенных в пп. 1-3 формулы изобретения, для специалистов в данной области техники очевидно, что решение может быть успешно применено даже в отсутствие свойств, определенных в пп. 1-3 формулы изобретения.
Другие свойства и преимущества изобретения будут ясны из нижеследующего описания, которое является исключительно примером и не имеет ограничительного характера, и приложенных чертежей, в которых:
Фиг. 1 является электропневматической схемой с элементами блок-схемы предлагаемой электропневматической тормозной системы железнодорожных вагонов согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 является частичной электропневматической схемой первого варианта осуществления изобретения, сходной со схемой на фиг. 1; и
Фиг. 3 является электропневматической схемой, сходной со схемами, показанными на предыдущих фигурах, дополнительного варианта осуществления предлагаемой электропневматической тормозной системы.
На чертежах позицией 1 обозначается предлагаемая электропневматическая тормозная система в сборе для железнодорожных вагонов известных типов.
В варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на чертежах, тормозная система (1) содержит несколько тормозных цилиндров ВС1, … BCN, привязанных к соответствующим колесам или осям железнодорожного вагона.
Каждый тормозной цилиндр ВС1, … BCN привязан к соответствующему прибору ВСА1, … BCAN управления торможением.
Все приборы ВСА1, … ВСAN управления торможением привязаны к весам, обозначаемым аббревиатурой WA.
Весы WA содержат электронный блок WCU управления взвешиванием, который управляет электропневматическим приводом, обозначенным в целом как EPDA.
Каждый из приборов ВСА1, … ВСAN управления торможением содержит соответствующий электронный блок BCU, который управляет соответствующим электропневматическим узлом ЕРСА управления.
Позицией 2 на фиг. 1 обозначается устройство для генерирования сигналов нагрузки или веса вагона (или его части, например, тележки), подключенное к электронному блоку WCU весов WA и электронному блоку BCU прибора ВСА1, … ВСAN управления торможением.
Электронные блоки WCU и BCU могут быть выполнены в виде автономных электронных блоков или встраиваться друг в друга, образуя единый электронный блок управления.
Аббревиатурой МБР обозначается главная магистраль подачи сжатого воздуха под давлением (или главная тормозная магистраль).
В каждом электропневматическом узле ЕРСА управления пневматическая магистраль МВР подключается ко входу переключающего клапана RV, который на выходе подключен к соответствующему тормозному цилиндру ВС1, … BCN.
Переключающие клапаны RV представляют собой клапаны мощности.
Электропневматическое устройство EPDA взвешивания пневматически расположено между пневматической магистралью МВР и пневматическим «сигнальным» входом
(i) для каждого электропневматического узла ЕРСА управления.
Как ясно из последующего описания, весы WA предназначены для подачи «сигнала» пневматического давления на входы (d) привода переключающих клапанов RV прибора ВСА1, … BCAN управления торможением, при этом сигнал состоит из «взвешенного» давления сжатого воздуха, являющегося максимальным тормозным давлением, ограниченным в зависимости от сигналов нагрузки, передаваемых датчиком (2), на тормозных цилиндрах ВС1, … BCN.
С другой стороны, каждый из приборов ВСА1, … BCAN управления торможением предназначен для применения по меньшей мере на один тормозной цилиндр ВС1, … BCN, соответствующий данному прибору, тормозного давления, не превышающего взвешенное давление и, как правило, переменное в зависимости от значения сигналов запроса рабочего торможения или автоматического торможения, которые подаются на входы электронного блока BCU, обозначенные (а) и (b) соответственно.
Блоки BCU каждого из приборов ВСА1, … BCAN управления торможением дополнительно предназначены для приведения в действие переключающего клапана RV соответствующего электропневматического узла ЕРСА таким образом, чтобы обеспечить использование противогазных устройств, если сигналы скорости вращения колес, передаваемые на его входы, совместно обозначенные буквой (с), позволяют обнаружить блокировку колес.
Со ссылкой на фиг. 1 электропневматический привод EPDA соединяется с пневматической магистралью МВР через клапан (3) ограничения давления сжатого воздуха, который на выходе соединяется с входом переключающего клапана (4), который оснащен возвратной пружиной, и входом впускного электромагнитного клапана (5), который при работе приводится в действие блоком WCU управления взвешиванием.
Электромагнитный клапан (5) на выходе соединяется с малым резервуаром (6), входом привода переключающего клапана (4) и входом выпускного электромагнитного клапана (7), который при работе также приводится в действие блоком WCU управления взвешиванием.
В показанном варианте осуществления изобретения электромагнитные клапаны (5) и (7) представляют собой трехходовые двухпозиционные клапаны, нормально закрытые.
Переключающий клапан (4) на выходе соединяется со входом (i) электропневматического узла ЕРСА приборов ВСА1, … BCAN управления торможением через сужение (8).
Электропневматический привод EPDA весов WA дополнительно содержит электрический датчик или преобразователь (9) давления, соединяемый с трубой, которая связывает выход переключающего клапана (4) с входом (i) электропневматического узла ЕРСА управления торможением. Электрический выход этого датчика или преобразователя (9) подключен к соответствующему входу блока WCU управления взвешиванием для передачи последнему при работе значений давления на выходе переключающего клапана (4).
Резервуар (6) служит для хранения сжатого воздуха и при работе поддерживает внутреннее давление, соответствующее весу вагона или его части.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1-3, каждый электропневматический узел ЕРСА управления торможением содержит впускной электромагнитный клапан (10), который при работе приводится в действие соответствующим блоком BCU управления торможением.
Электромагнитный клапан (10) в показанном варианте осуществления изобретения представляет собой трехходовой, двухпозиционный, нормально открытый клапан, который на выходе соединяется со входом следующего электромагнитного клапана (20), выход которого соединяется со входом (d) привода переключающего клапана RV.
Выход электромагнитного клапана (20) также соединяется с малым резервуаром (11) и входом электромагнитного выпускного или нагнетательного клапана (12), который при работе также регулируется электронным блоком BCU управления торможением.
Электромагнитный клапан (20) представляет собой трехходовой, двухпозиционный клапан нормально открытого типа, а электромагнитный клапан (12) - трехходовой, двухпозиционный нормально закрытого типа.
Как станет ясно из последующего описания, электромагнитный клапан (20) предназначен для растормаживания тормозного цилиндра ВС1, … BCN при подаче питания.
Датчик или преобразователь (13) давления пневматически соединяется с выходом переключающего клапана RV и соответствующим тормозным цилиндром ВС1, … BCN, и на выходе упомянутого переключающего клапана RV при работе подает электрический сигнал давления, подаваемого на соответствующий электронный блок BCU управления торможением.
Электропневматическая тормозная система, описанная выше и показанная на фиг. 1, работает следующим образом.
Электронный блок WCU управления взвешиванием получает от устройства (2) сигнал значения веса железнодорожного вагона или его части, например, тележки, в зависимости от способа срабатывания тормозной системы (1): по вагонам или по тележкам.
Электронный блок WCU управления взвешиванием управляет впускным электромагнитным клапаном (5) и соответствующим выпускным электромагнитным клапаном (7) таким образом, что при выключении данных электромагнитных клапанов первый клапан (5) отключает резервуар (6) от выхода регулятора (3) давления, а второй клапан (7) предотвращает выброс воздуха из резервуара (6) в атмосферу.
Резервуар (6) в предпочтительном варианте осуществления имеет емкость, по существу соответствующую объему приводной камеры переключающего клапана (4) и трубопровода, соединяющего данный клапан с электромагнитными клапанами (5) и (7).
При включении впускного электромагнитного клапана (5) происходит подключение резервуара (6) к выходу ограничителя (3) давления.
При включении выпускного или нагнетательного электромагнитного клапана (7) давление, накопленное в резервуаре (6) и приводной камере переключающего клапана (4), сбрасывается в атмосферу.
Датчик или преобразователь (9) давления подает электрический сигнал моментального давления на выходе из переключающего клапана (4), подаваемого на электронный блок WCU взвешивания.
На основании сигнала, полученного от датчика или преобразователя (9) давления, и путем приведения в действие электромагнитного впускного клапана (5) и электромагнитного выпускного или нагнетательного клапана (7) блок WCU управления обеспечивает взвешенное давление сжатого воздуха на выходе переключающего клапана (4), которое определяет максимальное значение давления торможения, передаваемого на тормозные цилиндры ВС1, … BCN. Данное максимальное значение давления торможения ограничивается в зависимости от величины нагрузки, передаваемой сигналами от устройства (2).
Впускной ограничитель давления (3) предотвращает повышение давление на входе электромагнитного клапана (5) и переключающего клапана (4) выше определенного максимального значения и, следовательно, фиксирует максимальный уровень, до которого может подниматься давление сжатого воздуха на выходе переключающего клапана (4).
Давление на выходе переключающего клапана (4), то есть на выходе электропневматического привода EPDA, подается на входы (i) электропневматических узлов ЕРСА управления торможением, которые соответствуют различным тормозным цилиндрам ВС1, … BCN.
В каждом электропневматическом узле ЕРСА управления торможением при выключенных электромагнитных клапанах (10), (20) и (12), то есть в состоянии, показанном на фиг. 1, давление сжатого воздуха, передаваемое переключающим клапаном (4), поступает на резервуар (11) и приводную камеру переключающего клапана RV через электромагнитные клапаны (10) и (20). Резервуар (11) и приводная камера переключающего клапана RV не имеют выхода в атмосферу, поскольку выпускной электромагнитный клапан (12) закрыт.
Объем резервуара (11) соответствует общему объему приводной камеры переключающего клапана RV и труб, соединяющих данный резервуар с электромагнитными клапанами (20) и (12) и входом (d) привода переключающего клапана RV.
При работе каждый блок BCU управления торможением получает информацию о нагрузке или весе от устройства (2), элемент информации о давлении на выходе из соответствующего переключающего клапана RV от соответствующего датчика или преобразователя (13), а также получает информацию по запросам рабочего или аварийного торможения на входы (а) и (b) и информацию о скорости вращения колес на входы (с).
При нормальных условиях движения железнодорожного вагона все блоки BCU управления торможением регулируют уровень давления на выходе из переключающего клапана RV, чтобы он был пропорционален взвешенному приводному давлению, передаваемому на вход (d) переключающим клапаном (4) электропневматического привода EPDA, и величине запроса о рабочем торможении, передаваемого на вход (а) данного блока BCU.
Если получен запрос об аварийном или экстренном торможении, соответственно на вход (b) блоков BCU управления торможением, то последние вызывают выключение впускных электромагнитных клапанов (10), что позволяет заполнить резервуар (11) текучей средой через переключающий клапан (4) при уровне давления, как на выходе данного клапана (4) или электропневматического привода EPDA весов (WA). Выпускной электромагнитный клапан (12) предотвращает сброс содержимого резервуара (11) в атмосферу.
Следовательно, при наличии запроса об аварийном торможении переключающий клапан RV начинает подавать текучую среду на соответствующий тормозной цилиндр под давлением, равным взвешенному давлению, определяемому электропневматическим приводом EPDA, как описано выше.
Когда блок BCU управления торможением на основании сигналов о скорости вращения колес вагона, подаваемых на входы (с), обнаруживает пробуксовку колес, давление торможения на соответствующем тормозном цилиндре снижается включением впускного электромагнитного клапана (10) и выключением выпускного электромагнитного клапана (12), пока пробуксовка не прекратится.
Электромагнитный клапан (20) можно включить с помощью удаленного сигнала RR управления торможением (удаленного сигнала растормаживания). Подача напряжения на электромагнитный клапан (20) в одном направлении не позволяет произвести заполнение резервуара (11) текучей средой под давлением через впускной электромагнитный клапан (10), полученной через переключающий клапан (4); вместо этого содержимое резервуара (11) и приводной камеры переключающего клапана RV сбрасывается в атмосферу.
Следовательно, когда электромагнитный клапан 20 включен, переключающий клапан (20) снижает тормозное давление на соответствующем тормозном цилиндре, предотвращая таким образом тормозящее действие цилиндра.
Расположение электромагнитного клапана (20), позволяющего управлять растормаживанием, между впускным электромагнитным клапаном (10) и выпускным клапаном (12) таково, что оно не влияет на скорость воздушного потока между приводной камерой переключающего клапана RV и выпускным электромагнитным клапаном (12).
Такое расположение электромагнитного клапана (20) предотвращает замедление опорожнения камеры хранения переключающего клапана RV в процессе использования противогазных устройств.
На фиг. 2 частично показан первый вариант осуществления изобретения. На чертеже все детали и элементы, описанные выше, имеют те же буквенно-символьные обозначения, что и на предыдущих чертежах.
Основное отличие варианта осуществления изобретения на фиг. 2 от тормозной системы на фиг. 1 в том, что переключающий клапан (4) электропневматического привода EPDA весов WA не имеет возвратной пружины, а также в том, что между входом привода переключающего клапана и выходом редуктора (3) давления расположен ограничитель (14) давления.
В присутствии редуктора (14) давление в резервуаре (6) находится на минимальном заданном уровне и, следовательно, стабилизирует минимальное значение давления сжатого воздуха, передаваемого на выходе электропневматического привода EPDA.
Фиг. 3 - это частичное изображение дополнительного варианта осуществления изобретения.
На данном чертеже также все детали и элементы, совпадающие с описанными выше или аналогичные им, имеют те же буквенно-символьные обозначения, что и на предыдущих чертежах.
В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг. 2, в варианте на фиг. 3 электропневматический привод EPDA весов WA не имеет переключающего клапана. Выход электропневматического привода EPDA переносится на резервуар (6), который действует как накопитель сжатого воздуха, в котором при работе поддерживается давление, соответствующее весу вагона, аналогично решению, описанному в европейском патенте ЕР 0958980 В1, который, однако, предусматривает использование дополнительного переключающего клапана, подающего давление непосредственно на тормозные цилиндры.
При работе блок WCU взвешивания обеспечивает непрерывный контроль давления сжатого воздуха в резервуаре (6), если присутствует колебание давления в приводных камерах переключающих клапанов RV электропневматических узлов ЕРСА управления торможением - как при рабочем торможении, так и при экстренном противогазном торможении.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, объем резервуара (6) в предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере в десять раз больше суммы объемов приводных камер переключающих клапанов RV, чтобы обеспечить «мягкий» режим управления.
Давление в резервуаре (6) может контролироваться на основе заданного алгоритма, например, по следующей формуле:
или:
где
Po и Vo - давление сжатого воздуха и объем резервуара (6),
t - время,
SB
P - подаваемое экстренное или аварийное давление,
i
i
i
P и V при i=1,2,…N - давление и объем резервуаров (11) электропневматических узлов ЕРСА прибора BCA управления торможением.
При аварийном торможении блок WCA «потребляет» часть воздуха, хранящегося в резервуаре (6), но затем замещает использованное количество воздуха по алгоритму прогнозирования, аналогичному описанному выше, исходя из (известных) объемов контуров и их пневматических компонентов, а также исходя из мгновенных значений давления сжатого воздуха, зафиксированных датчиками или преобразователями (9) и (13).
На фиг. 3 резервуар (11) не обязательно обозначает физический объект, но может просто обозначать объем приводной камеры переключающего клапана RV и соединений между переключающим клапаном и клапанами (10), (20), (12).
Вариант осуществления, показанный на фиг. 3, вполне экономичен, поскольку не требует наличия переключающего клапана для электропневматического привода EPDA весов WA.
Разумеется, при соблюдении общих принципов изобретения другие варианты его осуществления и особенности конструкции могут довольно сильно отличаться от описанных и показанных, представленных здесь исключительно в качестве примера без ограничительного характера и не выходя за объем изобретения, определяемый в прилагаемой формуле изобретения.