Тормозной индикатор для подвижного состава

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта и, в частности, касается конструкции тормозного индикатора, предназначенного для контроля текущего состояния фрикционного рабочего тормоза и стояночного тормоза на подвижном составе во время стоянки.
Известен тормозной индикатор магистрального электровоза двойного питания ЭП20, содержащий корпус, выполненный с кронштейнами для прикрепления болтами к несущей конструкции подвижного состава, в полости которого размещены два пневматических цилиндра, корпуса которых частично выведены из корпуса наружу для подсоединения одного из них к тормозной магистрали тормозных цилиндров, а другого к магистрали стояночного тормоза и сообщения поршневых полостей указанных пневматических цилиндров с этими полостями, при этом каждый пневматический цилиндр содержит корпус, в полости которого размещен поршень, связанный со штоком, подпружиненным для перемещения поршня в направлении к каналу сообщения поршневой полости с соответствующей магистралью, на выступающей из корпуса пневматического цилиндра части штока закреплена расположенная вдоль корпуса пневматического цилиндра планка (шторка), на поверхности которой выполнено два участка, окрашенные в разные цвета, а в стенке корпуса напротив планок выполнены сквозные отверстия (окошки) для визуального контроля цвета планки при выдвинутом и втянутом положениях штока в каждом пневматическом цилиндре (см. "Электровоз ЭП20 - руководство по эксплуатации", ООО "ТРТранс", Новочеркасск, 2012, книга 10 "Описание и работа. Пневматическая часть 3ТС.085.003РЭ10", глава 5.12 "Тормозной индикатор черт. 90130-180 и черт. 90130-132", стр. 71, Приложения А и Б, стр. 76, 77). Это решение принято в качестве прототипа.
Такой тормозной индикатор предназначен для информирования машиниста или составителя поезда о давлении в тормозных цилиндрах боковых тележек, о давлении в магистрали стояночного тормоза и тормозных цилиндрах центральной тележки.
В известном индикаторе сжатый воздух подается в камеру с поршнем, на который давит пружина, отрегулированная на давление нажатия в 0,05 МПа. К поршню прикреплена планка, окрашенная в два цвета: зеленый и красный. Пока давление сжатого воздуха в магистрали не достигает величины настройки пружины, в окошке индикатора виден только сектор, окрашенный в зеленый цвет. Как только давление настройки пружины достигнуто, пружина и поршень отжимаются, и в окошко индикатора попадает окрашенный в красный сектор планки. Для индикатора магистрали автоматического стояночного тормоза (правый) поездное состояние, автоматический стояночный тормоз отпущен, индицируется зеленым сектором, красный сектор в окошке индикатора означает, что стояночный тормоз приведен в действие и тормозные цилиндры заторможены. Для индикаторов (левый индикатор) магистрали тормозных цилиндров каждой тележки зеленый индикатор означает расторможенность тормозных цилиндров.
Примененная в известном блоке конструктивная схема не обладает в достаточной мере высокой чувствительностью к изменению давления в поршневой полости и имеет небольшую мертвую зону нечувствительности. Это объясняется тем, что такие пневмоцилиндры очень чувствительны к загрязнению и износу и наличию сопротивлений по ходу, что повышает порог нечувствительности и, следовательно, снижается достоверность момента начала срабатывания индикатора на изменения давления в воздушных магистралях тормозных систем. В известном тормозном индикаторе пружина надета на шток с небольшим радиальным зазором для компенсации радиальной деформации витков. Но в реальности при сжатии на штоке пружина имеет не только деформацию витков, но и продольную деформацию всей пружины, при которой пружина изгибается, опираясь частью своих витков на шток. В момент опирания на штоке возникает сопротивление перемещению штока. А сопротивление перемещению штока - это погрешность в начале перемещения планки с двухцветной раскраской. Иначе говоря, если пружина отрегулирована на давление нажатия в 0,05 МПа, то при достижении этого давления поршень начинает перемещаться (вместе с ним перемещается планка) и в некоторый момент поршень тормозится из-за появления дополнительного сопротивления (витки пружины вступили в силовой контакт с поверхностью штока). Это приводит к тому, что конечное положение (смена цвета) планки достигает при давлении, большем чем 0,05 МПа. К дополнительному сопротивлению от пружины добавляется сопротивление, обусловленное наличием грязи в воздуховодах магистралей и продуктов износа (трение поршня и штока о корпус).
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности тормозного индикатора тормозной системой подвижной железнодорожной единицы за счет повышения чувствительности путем снижения сопротивлений в перемещениях штоков пневматических цилиндров.
Указанный технический результат достигается тем, что в тормозном индикаторе для подвижного состава, содержащем корпус, выполненный с элементами его прикрепления к несущей конструкции подвижного состава, в полости которого размещены два пневматических цилиндра, корпуса которых частично выведены из корпуса наружу для подсоединения одного из них к тормозной магистрали тормозных цилиндров, а другого к магистрали стояночного тормоза и сообщения поршневых полостей указанных пневматических цилиндров с этими полостями, при этом в полости корпуса каждого пневматического цилиндра размещен поршень, связанный со штоком, подпружиненным для перемещения поршня в направлении к каналу сообщения поршневой полости с соответствующей магистралью, на выступающей из корпуса пневматического цилиндра части штока закреплена расположенная вдоль корпуса пневматического цилиндра планка, на поверхности которой выполнено два окрашенных в разные цвета участка, а в стенке корпуса напротив планок выполнены сквозные отверстия для визуального контроля цвета планки при выдвинутом и втянутом положениях штока в каждом пневматическом цилиндре, в каждом пневматическом цилиндре оконечные витки пружины надеты на связанные с поршнем и штоками двухступенчатые втулки, диаметры меньших ступеней которых больше диаметра штока, а со стороны поршня на выступающую часть поршня, повторяющую форму двухступенчатой втулки на конце штока, поршень в пневматическом цилиндре, сообщенном с магистралью стояночного тормоза, выполнен из полиацеталя, а поршень в другом пневматическом цилиндре выполнен из латуни.
Для этого примера исполнения индикатора в корпусе выполнены отверстия для крепления его шпильками к несущей конструкции подвижного состава и в сквозные отверстия корпуса вклеены стекла.
Каждая планка выполнена Г-образной формы, одно плечо которой расположено вдоль корпуса пневматического цилиндра и параллельно стенке корпуса, напротив сквозных отверстий, а другое плечо выполнено с овальной формой отверстием для посадки на концевую часть штока. При этом каждая планка выполнена на краевых частях с отбортовками, выполняющими функции направляющих для коррекции положения планки в корпусе индикатора по отношению к сквозному отверстию в этом корпусе.
Кроме того, для правильной ориентации цилиндров относительно сквозных отверстий в корпусе индикатора корпус каждого пневматического цилиндра прикреплен к корпусу индикатора двумя диагонально расположенными относительно продольной оси пневматического цилиндра винтами.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг. 1 - внешний вид тормозного индикатора с лицевой стороны;
фиг. 2 - внешний вид блока тормозного оборудования со снятой лицевой панелью;
фиг. 3 - вид снизу на корпус тормозного индикатора;
фиг. 4 - вид сверху на пневматические цилиндры;
фиг. 5 - конструкция одного из пневматических цилиндров.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция тормозного индикатора, предназначенного для контроля текущего состояния фрикционного рабочего тормоза и стояночного тормоза на подвижном составе во время стоянки. Конструкция нового тормозного индикатора позволяет повысить эксплуатационную надежность тормозного индикатора тормозной системой подвижной железнодорожной единицы за счет повышения чувствительности путем снижения сопротивлений в перемещениях штоков пневматических цилиндров. Кроме того, по отношению к прототипу тормозной индикатор обладает высокой технологичностью сборки, обеспечивающей точное позиционирование цилиндров и планок на них по отношению к смотровым окнам на корпусе.
Тормозной индикатор для подвижного состава, содержащий корпус, выполненный с элементами его прикрепления к несущей конструкции подвижного состава. Корпус выполнен в виде коробки 1 со съемной лицевой стенкой 2. По углам корпуса выполнены сквозные отверстия 3 для крепления его шпильками к несущей конструкции подвижного состава. Такое крепление обеспечивает надежное прилегание корпуса к поверхности несущей конструкции (исключаются собственные колебания корпуса). Корпус, кроме лицевой стенки, выполнен в виде одной монолитной фрезерованной детали. Лицевая стенка крепится к корпусу болтами 4 и имеет два технологических окна в виде сквозных отверстий 5, в которые с внутренней стороны этой стенки вклеены стекла. Стекла посажены на универсальный силикон с термостойкостью от -60 до +200°С. Напротив каждого окна или рядом с окошком фрезеровкой нанесены обозначения «СТ» и «ТЦ», указывающие оператору на принадлежность получаемой информации подавлению в тормозной магистрали или в магистрали стояночного тормоза (фиг. 1 и 2).
В полости корпуса размещены два пневматических цилиндра 6, корпуса которых частично выведены из корпуса наружу для подсоединения одного из них к тормозной магистрали тормозных цилиндров, а другого к магистрали стояночного тормоза и сообщения поршневых полостей указанных пневматических цилиндров с этими магистралями.
В полости корпуса 7 каждого пневматического цилиндра 6 размещен поршень 8, связанный со штоком 9, подпружиненным для перемещения поршня в направлении к каналу сообщения поршневой полости с соответствующей магистралью.
На выступающей из корпуса пневматического цилиндра части штока закреплена расположенная вдоль корпуса пневматического цилиндра планка 10, на поверхности которой выполнено два окрашенных в разные цвета участка. Так как в стенке корпуса индикатора напротив планок выполнены сквозные отверстия, то обеспечивается визуальный контроль цвета планки при выдвинутом и втянутом положениях штока в каждом пневматическом цилиндре.
В каждом пневматическом цилиндре оконечные витки пружины 11 надеты на связанные с поршнем и штоком двухступенчатые втулки 12, диаметры меньших ступеней которых больше диаметра штока (фиг. 5). Таким образом, оконечные витки пружины плотно охватывают ступени втулок большего диаметра, далее спускаются вдоль ступени меньшего диаметра и располагаются на расстоянии от тела штока, достаточном для того, чтобы при продольной деформации витков пружины при ее сжатии эти витки не касались поверхности штока. Это обеспечивается тем, что, по сути, витки располагаются от штока на расстоянии толщины стенки втулки. Втулки на концах со стороны прикрепления планок выполнены с упорной отбортовкой 13, на которую пружина опирается. Эти втулки закреплены на штоке. Со стороны поршня функцию втулки выполняет конфигурация 14 формы самого поршня в месте соединения со штоком, повторяющая ступенчатую форму втулки на конце штока. То есть поршень выполнен с удлинением по форме, повторяющей форму втулки, а поршень укрепляется в теле этого удлинения. Конечно, и на стороне поршня можно посадить ступенчатую втулку, но это увеличивает количество деталей в индикаторе.
Таким образом, пружина на концевых участках не имеет возможности поперечной деформации, а это приводит к тому, что в центральной части пружины при ее сжатии деформация происходит только в витках. Это позволяет исключить трение витков пружины о поверхность штока.
Корпус каждого пневматического цилиндра прикреплен к корпусу индикатора двумя диагонально расположенными относительно продольной оси пневматического цилиндра винтами/болтами 15 (фиг. 3).
Другой особенностью заявленной полезной модели является то, что поршень в пневматическом цилиндре, сообщенном с магистралью стояночного тормоза, выполнен из полиацеталя, а поршень в другом пневматическом цилиндре выполнен из латуни. В обоих поршнях выполнены кольцевые проточки, в которых размещены резиновые уплотнения, обеспечивающие герметизированное разделение поршневой и штоковой полостей в корпусе пневматического цилиндра. Поэтому при движении поршня между ним и стенкой корпуса возникает два вида трения: "металл по металлу" и "резина по металлу". Резиновое уплотнение смазано смазкой, что позволяет минимизировать трение и уменьшить сопротивление и износ резины. Этот вопрос по смазке сегодня решен за счет применения силиконовых композиций, долговечно работающих без потери исходных качеств в широком диапазоне температур (силиконовые смазки или смазки на основе ПАО и силиконовые компаунды: из продуктов Molykote: силиконовые смазки - Molykote 55 O-Ring, 822М, PG-54; ПАО-смазки-Molykote EM-30L, PG-65; компаунды - Molykote 111, DC 4, DC 7, G-807). В любом случае данная функция герметизации относится к категории контролируемой и ее можно принять в виде константы.
А вот трение "металл по металлу" характеризуется появлением износа и продуктов загрязнения, которые, попадая между корпусом и поршнем в зоне уплотнительного кольца, сильно влияют на процесс страгивания поршня при появлении в поршневой полости давления. Выход из состояния покоя под давлением прямо зависит от трения между поршнем и стенкой корпуса и массой самого поршня со штоком. Этот вопрос для пневматического цилиндра, сообщенного с тормозной магистралью, решен за счет выполнения поршня из латуни. Применение латуни позволило обеспечить коэффициент трения стали по латуни в пределах от 0,16 до 0,19, но при этом уменьшилось давление страгивания поршня из состояния покоя.
Для другого пневматического цилиндра, работающего при давлениях ниже давления в тормозной магистрали, в качестве материала поршня использован полиацеталь (ацеталь, полиоксиметилен, полиформальдегид, ПОМ, РОМ). Полиацеталь - это высококристалличный термопластичный материал, сочетающий высокий модуль упругости при растяжении и изгибе с достаточно большой ударной вязкостью, хорошими антифрикционными характеристиками, высокой стойкостью по отношению к органическим растворителям. Температура эксплуатации от -60°С до 100-135°С (http://полимпартнер.рф/). Полиацеталь сочетает высокую жесткость и твердость со стойкостью к ударным нагрузкам (в том числе при низких температурах). Имеет отличные пружинные свойства. Отличается высокой усталостной прочностью при динамических и знакопеременных нагрузках. Также полиацеталь имеет низкую ползучесть при высокой температуре. Износостоек. Обладает низким коэффициентом трения. Имеет высокую размерную стабильность, в том числе при высокой влажности. Химически стоек к автомобильному топливу, маслам, органическим растворителям, слабым кислотам и щелочам.
Так как давление в магистрали стояночного тормоза ниже, чем давление в другой магистрали (ТЦ), то соответственно поршень должен иметь высокую чувствительность на реакцию повышения давления. Именно применение такого материала, как полиацеталь позволило не только снизить трение между поршнем и стальными корпусом, но и обеспечить смазку и такую функцию, как упругая деформация на возникающее сопротивление.
В тормозном индикаторе информация о состоянии механизмов в тормозной и стояночного тормозе магистралях воспринимается визуально по виду цвета, который высвечивается через окошко на лицевой стенке корпуса прибора. Например, при вдвинутом положении штока, то есть когда в поршневой полости цилиндра давление отсутствует, планка находится в опущенном вниз положении и через окошко виден сектор планки, окрашенный в зеленый цвет. Так как два разных цвета, то есть цветовых сектора, на планке расположены последовательно по высоте планки, то при выдвижении штока под действием давления в поршневой полости планка поднимается и другой по цвету сектор занимает положение напротив смотрового окошка. Цветовая сигнализация может быть различной, главное, чтобы цвета визуально выделялись и контрастно сигнализировали о состоянии механизмов торможения.
Конструктивно каждая планка выполнена Г-образной формы, одно плечо которой расположено вдоль корпуса пневматического цилиндра и параллельно стенке корпуса, то есть напротив сквозных отверстий, а другое плечо выполнено с овальной формы отверстием для посадки на ответную концевую часть штока. Выполнение сквозного отверстия овальной формы на планке позволяет регулировать по посадочному месту положение планки относительно ее траектории перемещения параллельно лицевой стенке корпуса прибора.
В то же время следует учитывать, что прибор работает в условиях вибрации и толчков. Это может привести к расфиксации места крепления планки на штоке и к ее угловому смещению. С целью ограничения угловых смещений каждая планка выполнена на краевых частях с отбортовками 16 (фиг. 4), выполняющими функции направляющих для коррекции положения планки в корпусе индикатора по отношению к сквозному отверстию в этом корпусе.
Функционирует тормозной индикатор в полном соответствии с функционированием прототипа. Однако заявленный тормозной индикатор обладает более высокой чувствительностью к началу срабатывания при повышении давления в магистралях и повышенной эксплуатационной надежностью за счет замены некоторых деталей на новые материалы.