ТОРМОЗ ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожным вагонам, в частности к комбинациям, автоматически действующих тормозов подвижного состава.
Известен «Автоматический стояночный тормоз железнодорожного транспортного средства» (СССР, ав. свид. №701853, B61H 11/02, опубликовано 05.12.1979 г.), в котором автоматический отпускной клапан (7) пневматически связан с рабочей камерой воздухораспределителя (1) и тормозной магистралью (5). Шток тормозного цилиндра (2) шарнирно через винт с несамотормозящейся резьбой (8) соединен с фиксатором (9) штока тормозного цилиндра, снабженным управляющим клапаном (10) и собачкой (11) стопорного устройства.
Недостатком этого стояночного тормоза является сложность конструкции и ненадежность в работе.
Известен дисковый тормоз подвижного состава (ФРГ, заявка №3728297, B61H 5/10, 13/20, опубликована 09.03.1989 г.), пружинный энергоаккумулятор которого прижимает тормозные накладки к тормозным дискам. При отсутствии сжатого воздуха в тормозной системе пружина энергоаккумулятора (18) поворачивает рычаги (20, 21) и тормозные накладки тормозных цанг (15, 16) прижимаются к тормозным дискам (13). Вследствие чего происходит торможение подвижного состава.
Недостатком этого тормоза является наличие гибкой тяги (19), которая соединяет энергоаккумулятор с рычагами (20 и 21), что существенно снижает надежность конструкции.
Известен автоматический стояночный тормоз пассажирского вагона (Российская федерация, патент на изобретение №2302958 C1, B61H 11/02, опубликованный 20.07.2007 г., Бюлл. №20). Он содержит корпус тормозного цилиндра с направляющей, блок и фиксатор стояночного тормоза, аккумулирующую пружину, напорную магистраль, воздухораспределитель и запасной резервуар. Фиксатор выполнен в виде подпружиненного штока-поршня, установленного в блоке и образующего в нем штоковую полость. Последняя сообщена с тормозной магистралью зарядно-разрядным каналом, в который включено пневматическое реле времени в виде обратного клапана с калиброванным отверстием и дополнительный резервуар, расположенный перед блоком. Блок установлен на корпусе тормозного цилиндра, причем шток тормозного цилиндра оснащен упором, с которым имеет возможность с отставанием по времени вступать в силовой контакт своим торцем подпружиненный шток-поршень при разрядке тормозной магистрали.
Изложенное техническое решение принято для данной заявки в качестве прототипа. Одним из недостатков этого тормоза является низкая надежность уплотнений (14, 2) штока-поршня (4). Они не могут обеспечить требуемого для полости (15) длительного и без утечек удержания сжатого воздуха. Конструкция по второму варианту этого патента - без этих уплотнений, но с баллоном (17) из гибкого материала - так же ненадежна: баллон будет рваться от трения о стенки полости, а также от больших напряжений в углах оболочки.
Другим недостатком прототипа является то, что при торможении с разных начальных скоростей вагона реализуется не оптимальное для каждого торможения время задержки начала срабатывания стояночного тормоза, а одно и то же время истечения воздуха из полости 15 (через одно и то же калиброванное отверстие). Этим исключается нежелательное сложение сил нажатия от рабочего и стояночного тормоза во время движения вагона (исключается юз колес), но не исключается указанное сложение сил после остановки вагона, что ведет к нерациональному и опасному для прочности конструкции завышению нагрузки на элементы тормоза выше предельных рабочих нагрузок.
Еще одним недостатком является сложность системы срабатывания стояночного тормоза. Она включает в себя обратный клапан, дополнительный резервуар воздуха, ниппель с калиброванным отверстием.
Целью предполагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков - обеспечение надежного и долговременного удержания сжатого воздуха в фиксаторе, исключение из конструкции пневматического реле времени, упрощение системы автоматического срабатывания стояночной системы тормоза вагона.
Поставленная цель достигается тем, что в тормоз вагона, содержащий пневматическую магистраль, воздухораспределитель, запасной резервуар и универсальные силовые блоки, каждый из которых имеет пневмоцилиндр рабочей системы тормоза и аккумулирующую пружину с фиксатором автоматической стояночной системы тормоза, причем пневмоцилиндр пневмопроводом присоединен к воздухораспределителю и выполнен с трубчатой направляющей штока со встроенным в него звеном регулятора зазоров, снабженным на выходе из штока шарниром для силового воздействия через рычажный механизм на тормозные башмаки, при этом аккумулирующая пружина надета на трубчатую направляющую штока и через нажимное кольцо с помощью фиксатора прижата к корпусу пневмоцилиндра, а торец его штока снабжен упором, с которым имеет возможность вступать в силовой контакт своим горцем нажимное кольцо при отключении фиксатора аккумулирующей пружины, внесены следующие особенности. Фиксатор выполнен в виде пневмокамеры с фланцевой диафрагмой; кожух пневмокамеры закреплен на корпусе рабочего пневмоцилиндра, ее камера для сжатого воздуха соединена пневмопроводом с полостью запасного резервуара, а шток пневмокамеры через рычажную передачу связан с нажимным кольцом.
2
Кроме того нажимное кольцо выполнено с внутренним диаметром меньшим, чем наружный диаметр торца трубчатой направляющей штока  пневмоцилиндра, а элементы фиксатора подобраны с возможностью при сжатии аккумулирующей пружины достижения упора нажимного кольца в торец трубчатой направляющей при давлении воздуха в пневмокамере в диапазоне 2-3 кГ/см.
Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами:
Фиг. 1 - Схема тормоза вагона с универсальным силовым блоком, обеспечивающим выполнение функций рабочего и стояночного тормоза.
Фиг. 2 - Вид А-А по фиг. 1 на рычаг 10.
На указанных фигурах использованы следующие обозначения:
1 - пневмоцилиндр рабочей системы универсального тормозного блока;
2 - кронштейны крепления пневмокамеры;
3 - шток пневмокамеры;
4 - пневмокамера;
5 - тяги рычажной передачи фиксатора;
6 - шарнир связи блока с рычажной тормозной передачей вагона;
7 - упор;
8 - нажимное кольцо;
9 - аккумулирующая пружина;
10 - рычаг фиксатора;
11 - кронштейн шарнирного крепления рычага 10;
12 - гайка ручного отпуска стояночного тормоза;
13 - трубчатая направляющая штока цилиндра 1;
14 - звено регулятора зазоров;
15 - шток цилиндра 1;
16 - диафрагма пневмокамеры 4;
17 - пневматическая магистраль вагона;
18 - воздухораспределитель;
19 - запасной резервуар тормоза вагона.
2
2
2
2
Патентуемый тормоз вагона содержит закрепленные на его кузове тормозную магистраль 17, которая обеспечивает подачу на вагон от локомотива сжатого воздуха, воздухораспределитель 18 и запасной резервуар 19, а также универсальные силовые блоки, один из которых представлен на общей схеме, на фигуре 1. Каждый блок содержит рабочий пневмоцилиндр 1, пневматически связанный с воздухораспределителем 18 вагона. Этот цилиндр имеет трубчатую направляющую 13 штока 15, в который встроено звено 14 регулятора зазоров, заканчивающееся шарниром 6 для силового взаимодействия через рычажную передачу на тормозные башмаки (на фигурах не показаны). К стояночной системе блока относится аккумулирующая пружина 9 и ее фиксатор, который содержит пневмокамеру 4 с фланцевой диафрагмой 16. Разъемный кожух камеры, состоящий из корпуса и крышки, крепится к кронштейнам 2 на корпусе цилиндра 1. Шток 3 пневмокамеры 4 шарнирно связан с рычагом 10, который посредством двух боковых тяг 5 взаимодействует с нажимным кольцом 8, упирающимся в пружину 9. Напорная полость пневмокамеры 4 соединена пневмопроводом с полостью запасного резервуара 19. На торце штока 15 закреплен упор 7. Он служит для передачи силы от пружины 9 на шток через нажимное кольцо 8. В соответствии с особенностями конструкции блока у кольца 8 внутренний диаметр меньше, чем наружный диаметр торца направляющей трубы 13, вследствие чего труба 13 является упором для кольца 8. Элементы фиксатора в конструкции блока рассчитаны так, что при сжатии пружины 9 контакт без усилий между кольцом 8 и торцем направляющей 13 имеет место при давлении в пневмокамере 4, в диапазоне 2-3 кГ/см и равном в данной конструкции 2,5 кГ/см. Дальнейшее увеличение давления в магистрали, в запасном резервуаре, в пневмокамере 4 - до 5,5 кГ/см, не влияет на силу сжатия аккумулирующей пружины и воспринимается жестким упором - направляющей 13. Эта особенность конструктивно определяет начало срабатывания стояночного тормоза (распрямление сжатой пружины 9) при снижении давления в пневмокамере 4 ниже 2,5 кГ/см.
Шток пневмокамеры 4 выполнен с резьбой, на которую навинчена гайка 12 для ручного отпуска стояночного тормоза.
Прежде чем дать описание работы предложенного тормоза с универсальными силовыми блоками необходимо отметить, что стояночная система тормоза не должна мешать выполнению обычных рабочих торможений. Стояночный тормоз не должен срабатывать при ступенчатых и полных служебных торможениях, а также при экстренном торможении на остановку, когда его выполняет машинист поезда. Он может обеспечить и стоянку поезда на наклонном пути с помощью рабочей системы тормоза.
Автоматический стояночный тормоз на железнодорожных вагонах должен включаться в работу тогда, когда тормоз вагона оказывается неподконтрольным машинисту поезда, а именно - при экстренном торможении стоп-краном, при отцепке вагона от поезда и при разрыве поезда.
Предлагаемый тормоз в разных режимах работает следующим образом.
2
2
В поездном положении воздухораспределитель 18 обеспечивает сообщение воздушной полости рабочего цилиндра 1 с атмосферой и сжатым воздухом из магистрали 17 осуществляет подзарядку до давления (5-5,5 кГ/см) запасного резервуара 19 и сообщающуюся с ним напорную полость пневмокамеры 4, шток 3 который через рычаг 10, тяги 5 и нажимное кольцо 8 удерживает аккумулирующую пружину в сжатом состоянии, причем сила сжатия, соответствующая давлению в пневмокамере 2,5 кГ/смвоспринимается самой пружиной, а сила от более высокого давления воспринимается трубчатой направляющей 13 через упор в нее нажимного кольца 8.
2
2
При ступенчатых и служебных торможениях давление сжатого воздуха в тормозной магистрали 17 и в запасном резервуаре 19 не опускается ниже 3,5 кГ/см (Иноземцев В. Г. «Тормоза железнодорожного подвижного состава» - М., «Транспорт», 1979, 404 с), поэтому срабатывание стояночного тормоза, начинающееся распрямлением аккумулирующей пружины при давлении 2,5 кГ/см и ниже, является невозможным. То же относится и к экстренному торможению, осуществляемому машинистом поезда.
2
При торможениях неподконтрольных машинисту, например, при экстренном торможении стоп-краном или при отцепке вагона, тормозная магистраль быстро теряет сжатый воздух, давление в нем падает до нуля. Это вызывает срабатывание воздухораспределителя на подачу сжатого воздуха из запасного резервуара в рабочий тормозной цилиндр 1. Идет экстренное торможение на остановку вагона. Стояночная система тормоза в это время сохраняет свое выключенное положение, поскольку в запасном резервуаре 19 в рабочем цилиндре 1 и в пневмокамере 4 устанавливается соответствующее экстренному торможению давление воздуха (4,0±0,2 кГ/см), недостаточно низкое для срабатывания стояночного тормоза.
2
После остановки вагона рабочий цилиндр 1 продолжает оказывать нажатие на фрикционные элементы тормоза и выполняет при этом роль стояночного тормоза до тех пор, пока давление воздуха в запасном резервуаре, в цилиндре 1 и пневмокамере 4 за счет естественных утечек или принудительного стравливания воздуха через открытие выпускного клапана на запасном резервуаре, давление в пневмокамере 4 не станет равным 2,5 кГ/см после чего аккумулирующая пружина 9 начинает распрямляться, воздействуя через упор 7, шток 14, шарнир 6 на фрикционные элементы тормоза. При давлении воздуха в системе, равном нулю только пружина 9 обеспечивает нажатие на фрикционные элементы тормоза, достаточное для удержания вагона на железнодорожном пути с предельным нормативным уклоном.
Отпуск стояночного тормоза осуществляется так же автоматически при сцепке вагона с локомотивом. При этом сжатым воздухом от локомотива заполняются рабочие полости магистрали, запасного резервуара и пневмокамеры стояночной системы тормоза. Возникающая вследствие этого сила на штоке пневмокамеры через рычаг 10 и тяги 5 обеспечивают сжатие аккумулирующей пружины и достижение поездного положения тормоза.
В конструкции по фиг. 1 возможен и ручной отпуск стояночного тормоза. Для этого гайку 12 вращают до упора ее торца в кожух пневмокамеры и, продолжая вращение гайки в ту же сторону «вытягивают» шток 3 из пневмокамеры, что и обеспечивает сжатие аккумулирующей пружины и выключение стояночного тормоза.
Главным элементом новизны в предлагаемой конструкции является то, что пневмосиловое устройство, сжимающее аккумулирующую пружину соединено воздухопроводом не с магистралью, как в прототипе, а с запасным резервуаром.
Указанное отличие позволяет устранить один из самых существенных недостатков прототипа, заключающийся в перегрузе рычажной передачи тормоза из-за возможного сложения действующих на него сил от рабочего и стояночного тормоза.
В системе тормоза по прототипу, благодаря устройству пневматического реле времени (истечению сжатого воздуха через калиброванное отверстие) в системе тормоза по прототипу существует зависимость начала срабатывания стояночного тормоза от начала действия рабочего тормоза (эти два начала отделены друг от друга специальной временной задержкой), но нет никакой зависимости начала срабатывания стояночного тормоза от конца действия рабочего тормоза. Это и создает возможность сложения сил нажатий - рабочий тормоз еще не отпущен, а стояночный уже включен).
При разработке предлагаемой системы тормоза принято условие, по которому срабатывание стояночной системы тормоза и обеспечение ею расчетной силы нажатия на башмаки от аккумулирующей пружины по времени должно наступать лишь после уменьшения силы нажатия на башмаки от рабочей системы тормоза на ту же расчетную величину силы нажатия.
При пневматической связи пневмокамеры 4 с запасным резервуаром достигается последовательная смена рабочего тормоза на стояночный тормоз без перегруза рычажной системы силами нажатия. Происходит это следующим образом.
2
2
2
При экстренном торможении, например, с помощью стоп-крана в тормозном рабочем цилиндре 1, в запасном резервуаре 19, и в пневмокамере 4 (по фиг. 1) устанавливается одинаковое давление (4,0±0,2 кГ/см). После торможения и остановки вагона рабочий тормоз какое-то время продолжает действовать, выполняя роль стояночного тормоза, а стояночный тормоз при указанном давлении (4 кГ/см) остается выключенным из работы до тех пор, пока давление воздуха в системе, например, за счет естественных утечек или принудительного стравливания воздуха не становится равным 2,5 кГ/см и ниже. Аккумулирующая пружина при этом выпрямляется, стояночный тормоз вступает в работу и по мере дальнейшего снижения давления рабочий тормоз плавно ослабевает, а стояночный тормоз ему на смену плавно усиливает свое воздействие на тормозную систему. При давлении равном нулю работает только стояночный тормоз.
Важным отличием предложенного технического решения от прототипа является использование в фиксаторе в качестве пневмосилового устройства пневмокамеры с фланцевой диафрагмой и рычажной передачи для силового воздействия на аккумулирующую пружину. Фланцевая диафрагма повышает надежность универсального силового блока. Она способна долговременно сохранять сжатый воздух в пневмокамере и во всей системе тормоза вагона.
2
Выполнение нажимного кольца с внутренним диаметром меньшим, чем наружный диаметр торца трубчатой направляющей штока пневмоцилиндра, обеспечивает самое простое в изготовлении выполнение упора, указанного кольца при сжатии аккумулирующей пружины во время сжатия ее силой, которая соответствует давлению начала срабатывания стояночного тормоза, давления в пневмокамере в диапазоне от 2-х до 3 кГ/см. Это делает конструкцию более простой, снижает затраты на изготовление.