ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА С ВСТРОЕННЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ НАГРУЗКИ ВАГОНА
BRAKING SYSTEM WITH BUILT-IN CAR LOAD COMPENSATION DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится, в общем, к тормозным системам для железнодорожных вагонов и, в частности, к такой тормозной системе для железнодорожных вагонов, которая имеет встроенное устройство для компенсации нагрузки вагона.
Уровень техники
Тормозные системы для двухосных колесных тележек железнодорожных вагонов обычно включают в себя тормозные башмаки, устанавливаемые на противоположных концах пары тормозных балок, которые располагают между осями. Эти тормозные балки выполнены с возможностью перемещения друг от друга для приведения тормозных башмаков во взаимодействие с ободом колес. Обычно известные тормозные системы включают в себя цилиндр и поршень, выполненные с возможностью приведения тормозных башмаков во фрикционное взаимодействие с колесами. Цилиндр и поршень могут быть установлены либо на железнодорожном вагоне, который удерживает колесная тележка, то есть посредством «монтажа на вагоне», либо могут быть установлены на колесной тележке, то есть посредством «монтажа на тележке». В обоих случаях система с множеством рычагов связывает поршень и тормозные балки для обеспечения надлежащей работы тормозов.
В железнодорожной отрасли хорошо известно, что одна из множества проблем, возникающих во всех тормозных системах для железнодорожных вагонов, заключается в том, что нагрузка, оказываемая вагонами на соответствующие колесные тележки, может значительно изменяться от вагона к вагону и от тележки к тележке. Так в одном железнодорожном составе одни вагоны могут быть полностью нагружены, другие - только частично, а некоторые вагоны могут быть совсем пустыми. При этом могут иметь место такие условия, при которых один конец вагона будет нагружен иначе, чем другой конец вагона, что приводит к появлению разных требований в отношении тормозных систем, устанавливаемых на каждой тележке.
Следовательно, если к пневматическому средству, то есть к поршню/цилиндру, прилагают равномерное давление для воздействия на колеса всех вагонов, то на частично нагруженные или порожние вагоны будет оказано значительно более сильное тормозное действие, чем на полностью нагруженные вагоны. Очевидно, что такая возможная ситуация является нежелательной.
Краткое описание изобретения
Согласно настоящему изобретению создана система торможения для железнодорожного средства транспортирования, оснащенная управляющим устройством, которое выполнено с возможностью взаимодействия с заданной частью железнодорожного вагона для компенсации силы торможения в ответ на нагрузку, несомую железнодорожным вагоном. Управляющее устройство включает в себя сенсорный механизм, выполненный с возможностью взаимодействия с брусом тележки или с подвижной конструкцией вагона для восприятия их вертикального положения, соответствующего нагрузке, несомой железнодорожным вагоном. Имеется управляющий клапан, выполненный с возможностью взаимодействия с сенсорным механизмом, который создает сигнал посредством давления текучей среды в ответ на такую нагрузку. С заданной тормозной балкой может взаимодействовать пневматический исполнительный механизм, расположенный на тележке в сборе и соединенный с управляющим клапаном. Пневматический исполнительный механизм создает заданную силу торможения в ответ на сигнал, обеспечиваемый давлением текучей среды и, кроме того, реагирует на нагрузку, несомую железнодорожным вагоном, которая определена сенсорным механизмом. В первом варианте осуществления изобретения сигнал, создаваемый давлением текучей среды, реагирует на порожний железнодорожный вагон и на нагрузку, большую, чем в случае порожнего вагона. Управляющий клапан, представляющий собой клапан управления направлением потока, создает первый сигнал посредством давления текучей среды, соответствующий порожнему состоянию, а также сочетание первого сигнала, обеспечиваемого давлением текучей среды, и второго сигнала, обеспечиваемого давлением текучей среды, соответствующее нагрузке, большей, чем при порожнем состоянии. Соответственно, пневматический исполнительный механизм выполнен с первым исполнительным средством, воспринимающим первый сигнал, обеспечиваемый давлением текучей среды, для создания силы торможения, соответствующей порожнему железнодорожному вагону, и со вторым исполнительным средством, воспринимающим второй сигнал, обеспечиваемый давлением текучей среды, по существу одновременно с первым исполнительным средством, воспринимающим первый сигнал, что приводит к созданию силы торможения, соответствующей нагрузке, большей, чем при порожнем состоянии. Во втором варианте осуществления изобретения управляющий клапан представляет собой управляющий клапан с дозированием потока и создает сигнал, обеспечиваемый давлением текучей среды, который возрастает пропорционально нагрузке, несомой железнодорожным вагоном. Соответственно, пневматический исполнительный механизм воспринимает пропорционально отрегулированное давление текучей среды и создает пропорционально отрегулированную силу торможения. Заданная сила торможения может быть пропорционально отрегулирована для изменений нагрузки, несомой железнодорожным вагоном.
Цели изобретения
Таким образом, одной из основных целей настоящего изобретения является создание тормозной системы для колесных тележек железнодорожного вагона, которая автоматически компенсирует разные нагрузки, несомые железнодорожным вагоном и прилагаемые к тележкам.
Другой целью настоящего изобретения является создание тормозной системы для колесных тележек железнодорожного вагона, обеспечивающей равномерные силы торможения при разных нагрузках вагона.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание простой тормозной системы для колесных тележек, имеющей малый вес и устанавливаемой на тележках, в которой использованы стандартные компоненты тележки и тормозные балки и которая обеспечивает высокую эффективность торможения и включает в себя автоматическое регулирование зазора при износе тормозных башмаков в дополнение к компенсации нагрузки вагона.
Хотя множество целей и преимуществ настоящего изобретения довольно подробно описаны выше, различные дополнительные цели и преимущества тормозного цилиндра согласно настоящему изобретению будут более понятны специалистам в данной области техники из последующего более подробного описания изобретения, в частности при рассмотрении этого подробного описания изобретения совместно с прилагаемыми чертежами и пунктами формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе тормозного узла, установленного на тележке, согласно известному уровню техники.
Фиг.2 - вид в перспективе тормозного узла, установленного на вагоне, согласно известному уровню техники.
Фиг.3 - схематический вид тормозной системы, имеющей устройство для компенсации нагрузки вагона, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.4 - схематический вид тормозной системы, имеющей устройство для компенсации нагрузки вагона, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - схематический вид тормозной системы, имеющей устройство для компенсации нагрузки вагона, согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных в настоящее время и альтернативных вариантов осуществления изобретения
До рассмотрения более подробного описания изобретения способствование пониманию настоящего изобретения будет обеспечено посредством описания тормозной системы с монтажом на вагоне и тормозной системы с монтажом на тележке, а также описания функционирования этих систем. Кроме того, следует заметить, что для ясности идентичные компоненты, которые выполняют идентичные функции, на всех видах, представленных на прилагаемых чертежах, обозначены идентичными ссылочными позициями.
На фиг.1 показана тележка в сборе, в целом обозначенная ссылочной позицией 10 и предназначенная для железнодорожного вагона 2. Тележка 10 в сборе содержит пару боковых рам, одна из которых показана и обозначена ссылочной позицией 12, узел 14 колес и оси на каждом конце боковых рам 12 тележки, а также частично показанный и выполненный в виде бруса элемент 16 тележки, прикрепленный с обеспечением подвижности к боковым рамам 12 тележки. В общем, при работе боковые рамы 12 остаются неподвижными относительно узла 14 колес и оси, в то время как элемент 16 в виде бруса может перемещаться в вертикальном направлении в ответ на нагрузку, несомую железнодорожным вагоном 2. Если нагрузка железнодорожного вагона увеличивается, элемент 16 перемещается вниз до тех пор, пока не будет достигнута максимальная нагрузка. Элемент 16 перемещается вверх, если нагрузка уменьшается, и возвращается в первоначальное вертикальное положение, если вся нагрузка снята с железнодорожного вагона 2.
Внутри тележки 10 в сборе в качестве примера расположен тормозной узел, предназначенный для монтажа на тележке, в целом обозначенный ссылочной позицией 20. Этот конкретный тип тормозного узла 20, предназначенного для монтажа на тележке, включает в себя пару тормозных балок 22 и 24, по существу параллельных элементу 16 в виде бруса, подпорный элемент 25, прикрепленный к каждой из балок 22 и 24 тормоза, и головку 30 тормоза, прикрепленную к каждому концу каждой из балок 22 и 24 тормоза. Каждая из головок 30 тормоза несет на себе тормозной башмак 32 и расположена с возможностью взаимодействия с соответствующим колесом 15 железнодорожного вагона при приведении тормоза в действие.
Тормозной узел 20, предназначенный для монтажа на тележке, дополнительно включает в себя пневматический исполнительный механизм 34, соединенный с тормозными балками 22 и 24, пару элементов 36 и 38 для передачи силы, каждый из которых проходит через соответствующее одно из пары отверстий (не показаны) в брусе, причем элемент 36 для передачи силы представляет собой хорошо известный регулятор зазора, и пару рычагов 40 и 42 для передачи силы. При торможении, когда силу прилагают посредством пневматического исполнительного механизма 34, элементы 36 и 38 и рычаги 40 и 42 передачи усилия передают силы торможения и подводят их к тормозным балкам 22 и 24 и, следовательно, к тормозным головкам 30 и тормозным башмакам 32, которые на них установлены.
В частности, на фиг.2 показан тормозной узел для монтажа на вагоне, в целом обозначенный ссылочной позицией 50 и предназначенный для железнодорожного вагона 2, имеющего пару тележек 10 в сборе, расположенных на каждом его конце. Тормозной узел 50 включает в себя пневматический исполнительный механизм 52, регулятор 54 зазора и две пары тормозных балок 22 и 24, установленных с каждого конца тормозного узла 50, предназначенного для монтажа на вагоне. Тормозные балки 22 и 24 приводят в действие посредством пневматического исполнительного механизма 52 через ряд рычагов и соединений.
Тормозные рычаги используют во всей тормозной системе для передачи, увеличения или уменьшения силы торможения, а также для переноса или изменения направления силы. Имеются две базовые категории рычагов. Первая категория представляет собой основные рычаги, такие как рычаг 56 цилиндра и шарнирный рычаг 58. Вторая категория рычагов представляет собой рычаги тележки, такие как подвижный рычаг 60 и закрепленный рычаг 62. Имеются соединения рычагов тележки или донные штоки 64, которые могут проходить через тележку 11. Шток 64 используют для передачи силы от подвижного рычага 60 к закрепленному рычагу 62. Верхний рычаг 66 соединяет рычаги 60 и 62 тележки с основными рычагами 56 и 58, а центральный шток 68 соединяет два основных рычага 56 и 58. Таким образом, при торможении посредством пневматического исполнительного механизма 52 будет приложена сила, при этом рычаги и штоки передают силы торможения и подводят их к тормозным балкам 22 и 24 и, следовательно, к тормозным головкам 30 и тормозным башмакам 32, которые на них установлены.
Подвод текучей среды под давлением к исполнительному механизму 34 согласно фиг.1 и к исполнительному механизму 52 согласно фиг.2 обеспечивают посредством тормозного шланга 4 или посредством вспомогательного резервуара 6.
В первом варианте осуществления настоящего изобретения, наилучшим образом показанном на фиг.3, имеется средство, в целом обозначенное ссылочной позицией 100, для определения нагрузки на железнодорожный вагон 2 и для создания, по меньшей мере, одного управляющего сигнала в ответ на такую нагрузку. Предпочтительно, чтобы средство 100 представляло собой клапанное средство, которое включает в себя линейно подвижное средство 110, взаимодействующее либо с заданной частью 3, подвижной в вертикальном направлении, железнодорожного вагона 2, либо с подвижным элементом 16 в виде бруса для определения их вертикального положения, и средство, в целом обозначенное ссылочной позицией 120, прикрепленное непосредственно к боковой раме 12 или к промежуточному элементу (не показан), прикрепленному к боковой раме 12 и выполненному с возможностью взаимодействия или соединения с чувствительным средством 110 для создания, по меньшей мере, одного управляющего сигнала в ответ на положение заданной части 3 или элемента 16 в виде бруса.
Очевидно, что установка сенсорного средства 110 и средства 120 создания сигнала может быть обратной и это не повлияет на функционирование настоящего изобретения.
Предпочтительно, чтобы сенсорное средство 110 имело элемент, например ролик 112, прикрепленный к одному его концу, для доведения до минимума сил трения при перемещении заданной подвижной в вертикальном направлении части 3.
Кроме того, как показано на фиг.3, средство 120 создания сигнала представляет собой клапан управления направлением потока, который может действовать между первым состоянием потока и вторым состоянием потока и смещается для перемещения в одно из первого и второго состояний потока посредством смещающей пружины 122. Клапан 120 управления потоком имеет входное отверстие 124, соединенное с источником текучей среды под давлением, например трубкой 4 тормоза, и пару выходных отверстий 126 и 128 для получения сигнала посредством давления текучей среды. При первом состоянии потока пропускать текучую среду под давлением, которая входит в клапан через входное отверстие 124, может только первое выходное отверстие 126, в то время как второе выходное отверстие 128 обеспечено для выхода наружу через вентиляционное отверстие 130. При втором состоянии потока текучая среда под давлением выходит из клапана 120 управления потоком через оба выходных отверстия 126 и 128, в то время как вентиляционное отверстие 130 заблокировано.
В первом варианте осуществления настоящего изобретения тормозная система 20 согласно фиг.1 или тормозная система 50 согласно фиг.2 имеют исполнительный механизм, в общем обозначенный ссылочной позицией 140 и представляющий собой цилиндр 140, имеющий корпус 142 с первой камерой 144 и второй камерой 146, уплотненными между собой и отделенными жестко удерживаемой разделительной стенкой 147. Первый поршень 148, расположенный внутри первой камеры 144, и второй поршень 150, расположенный внутри второй камеры 146, жестко прикреплены к общему штоку 152 для выполнения совместно с ним возвратно-поступательного движения. Один конец штока 152 прикреплен к рычагу 40, как показано на фиг.1, служащему для передачи силы, или к основному рычагу 56, как показано на фиг.2. Пружинное средство 154, имеющее заданную жесткость, может взаимодействовать с одним из: штока 152, первого поршня 148, второго поршня 150 и любого их сочетания для ограничения силы торможения, создаваемой каждым из тормозных башмаков 32, и для возврата первого поршня 148 и второго поршня 150 в первоначальное незадействованное положение.
Первая камера 144 имеет входное отверстие 156, соединяемое с первым выходным отверстием 126 управляющего клапана 120 через первую линию 158 управления, а вторая камера 146 имеет входное отверстие 160, соединяемое со вторым выходным отверстием 128 управляющего клапана 120 через вторую линию 162 управления. Первая и вторая камеры 144 и 146, соответственно, соединены с атмосферой через соответствующие выходные отверстия 164 и 166.
При работе, если железнодорожный вагон 2 пуст, клапан 120 управления потоком будет находиться в первом состоянии потока и в начале последовательности торможения будет пропускать текучую среду под давлением через первое выходное отверстие 126, создавая при этом первый управляющий сигнал посредством текучей среды под давлением, воспринимаемый во входном отверстии 156 первой камеры 144 через первую линию управления 158. После этого давление текучей среды будет создано у одной поверхности первого поршня 148. Получаемое перемещение первого и второго поршней 148 и 150, соответственно, обеспечит создание исполнительным механизмом 140 первой заданной силы торможения в ответ на первое состояние потока клапана 120 управления потоком, которая будет передана штоком 152 к соединению внутри тормозной системы и далее к каждому из тормозных башмаков 32, при этом первая заданная сила торможения будет достаточной для прекращения движения железнодорожного вагона 2, который не нагружен. Предпочтительно, заданную жесткость пружины пружинного средства 154 выбирают таким образом, чтобы обеспечить сопротивление дальнейшему перемещению первого и второго поршней 148 и 150, соответственно, предотвращая создание дополнительной силы торможения каждым из тормозных башмаков 32 и возвращая первый и второй поршни 148 и 150, соответственно, в начальное положение при последовательном отпускании тормоза.
Если нагрузка железнодорожного вагона 2 увеличивается, то его конструкция будет перемещаться вниз, вызывая перемещение сенсорного средства 110, что обеспечивает переключение клапана 120 управления потоком во второе состояние потока. Во втором состоянии потока текучая среда под давлением будет проходить через первое выходное отверстие 126 и по первой линии 158 управления, создавая первый управляющий сигнал посредством текучей среды, принимаемый во входном отверстии 156 первой камеры 144 исполнительного механизма 140, и одновременно текучая среда под давлением будет пропущена через второе выходное отверстие 128, создавая второй управляющий сигнал, обеспечиваемый давлением текучей среды, принимаемый во входном отверстии 160 второй камеры 146 исполнительного механизма 140. После этого исполнительный механизм 140 создаст давление текучей среды у одной поверхности каждого из первого и второго поршней 148 и 150 соответственно. Очевидно, что исполнительный механизм 140 создаст вторую заданную силу торможения, достаточную для прекращения движения железнодорожного вагона 2, несущего нагрузку. Понятно, что вторая заданная сила торможения будет превышать первую заданную силу торможения, представляющую собой реакцию на порожний железнодорожный вагон 2.
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, наилучшим образом показанном на фиг.4, тормозная система 20 согласно фиг.1 или тормозная система 50 согласно фиг.2 имеет исполнительный механизм, в целом обозначенный ссылочной позицией 180, содержащий первый исполнительный механизм 182 с воздушной пружиной, имеющий входное отверстие 184, соединяемое с первым выходным отверстием 126 клапана 120 управления потоком через первую линию 158 управления. Первый исполнительный механизм 182 с воздушной пружиной расположен внутри второго исполнительного механизма 188 с воздушной пружиной, который имеет входное отверстие 190, соединяемое со вторым выходным отверстием 128 клапана 120 управления потоком через вторую линию 162 управления. Первый и второй исполнительные механизмы 182 и 188 с воздушной пружиной прикреплены к жестко установленному монтажному средству 194 у одного конца и к толкающему штоку 196 у дальнего конца.
При работе, когда весовая нагрузка на железнодорожный вагон 2 отсутствует, клапан 120 управления потоком будет находиться в первом состоянии потока и будет пропускать текучую среду под давлением с начала последовательности торможения через первое выходное отверстие 126 по первой линии 158 управления, что приводит к созданию первого управляющего сигнала, обеспечиваемого текучей средой, принимаемого во входном отверстии 184 первого исполнительного механизма 182 с воздушной пружиной, вызывая создание им первой заданной силы торможения, достаточной для прекращения движения железнодорожного вагона 2, не несущего нагрузку.
Перемещение конструкции железнодорожного вагона 2 в нижнем направлении приводит к перемещению вверх сенсорного средства 110, что позволит переключить клапан управления 120 во второе состояние потока. При втором состоянии потока текучая среда под давлением будет пропущена из первого выходного отверстия 126 к первой линии управления 158 с созданием при этом первого управляющего сигнала, обеспечиваемого текучей средой, принимаемого во входном отверстии 184 первого исполнительного механизма 182 с воздушной пружиной, и одновременно текучая среда под давлением будет пропущена из второго выходного отверстия 128 с созданием второго управляющего сигнала, обеспечиваемого текучей средой, принимаемого во входном отверстии 190 второго исполнительного механизма 188 с воздушной пружиной, что приводит к созданию второго заданного давления в ответ на второе положение клапана 120 управления потоком, а точнее исполнительный механизм 180 создаст вторую силу торможения посредством каждого из тормозных башмаков 32, достаточную для прекращения движения железнодорожного вагона 2, несущего нагрузку.
Как вариант, исполнительный механизм 180 может представлять собой тормозной цилиндр с двойным поршневым устройством, такой как описанный в патенте США №6269916. Содержание патента США №6269916 включено сюда посредством ссылки.
В третьем варианте осуществления настоящего изобретения, наилучшим образом показанном на фиг.5, имеется средство, в целом обозначенное ссылочной позицией 200, для определения нагрузки на железнодорожный вагон 2, которое включает в себя линейно подвижное сенсорное средство 210, взаимодействующее с заданной частью 3, подвижной по вертикали, железнодорожного вагона 2 для определения положения заданной части 3, и средство, в целом обозначенное ссылочной позицией 200, прикрепленное к жесткой конструкции и выполненное с возможностью взаимодействия с сенсорным средством 210 для создания, по меньшей мере, одного управляющего сигнала, пропорционального положению заданной части 3.
В этом варианте осуществления изобретения средство 200 создания сигнала представляет собой дозирующий управляющий клапан 200, включающий в себя корпус 222 и шток 224, установленный с возможностью линейного возвратно-поступательного перемещения внутри корпуса 222 и соединения одним концом со средством 210. Другой конец штока 224 выполнен с посадочным средством 226, которое может взаимодействовать с отверстием 228. Имеется входное отверстие 230, соединяемое с источником текучей среды под давлением, например с трубкой 4 тормоза, и выходное отверстие 232, имеющее соединение либо с исполнительным механизмом 34 тормозной системы 20 согласно фиг.1, либо с исполнительным механизмом 52 тормозной системы 50 согласно фиг.2. Для смещения посадочного средства 226 для его взаимодействия с отверстием 228 имеется пружинное средство 234.
Изменение нагрузки, несомой железнодорожным вагоном 2, в сторону ее возрастания приводит к перемещению штока 224 и к увеличивающемуся изменению прохождения текучей среды под давлением, заходящей во входное отверстие 230, через отверстие 228, с созданием при этом заданного давления текучей среды в выходном отверстии 232, которое пропорционально нагрузке железнодорожного вагона 2.
Преимущественно, применение дозирующего управляющего клапана 200 обеспечивает применение используемых в настоящее время пневматических исполнительных механизмов для получения выгоды в отношении затрат при управлении силой торможения на тормозном башмаке.
Специалистам в данной области техники будет очевидно, что каждый тормозной узел 20 согласно фиг.1, предназначенный для монтажа на тележке, может иметь сенсорное средство 100 согласно фиг.3 или клапанное средство 200 согласно фиг.5, устанавливаемое для независимого управления силами торможения на каждой тележке 11 в сборе, что является предпочтительным при условиях, когда нагрузка на одном конце железнодорожного вагона 2 отличается от нагрузки на другом конце вагона 2.
Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано на основе средства восприятия нагрузки на вагон, непосредственно контактирующего с подвижной в вертикальном направлении частью конструкции железнодорожного вагона или с элементом в виде бруса тележки в сборе, специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть применено и к другим бесконтактным средствам, хорошо известным в этой области, которые либо выполнены за одно целое со средством создания сигнала, либо расположены на расстоянии от него и соединены с ним. Например, сенсорное средство может представлять собой хорошо известный оптический или ультразвуковой бесконтактный датчик, воспринимающий, по меньшей мере, один объект и создающий электрический сигнал, который будет принят управляющим клапаном, имеющим электрически управляемое исполнительное средство.
Кроме того, средство создания сигнала может быть предназначено для создания электрического сигнала в случаях использования электрически управляемого устройства, например клапана, приводимого в действие электроэнергией, или двигателя с электрическим приводом, чтобы возбудить и создать силу торможения.
Более того, хотя настоящее изобретение показано на основе хорошо известных тормозных систем типа TMX.RTM. или UBX.RTM., предназначенных для монтажа на тележке (TMX.RTM. и UBX.RTM. представляют собой зарегистрированные товарные знаки Westinghouse Airbrake Company), настоящее изобретение может быть применено к другим типам тормозных систем, например к тормозной системе дискового типа, используемой для отдельного приложения силы торможения к каждому колесу в ответ на подведение текучей среды под давлением.
Таким образом, настоящее изобретение описано посредством широких, ясных, лаконичных и точных терминов, чтобы позволить специалистам в данной области техники, к которой оно имеет отношение, изготовить и использовать его. Будет понятно, что без отклонения от существа и объема изобретения, которые определены прилагаемыми пунктами формулы изобретения, специалистами в данной области техники могут быть созданы различные варианты, модификации, эквиваленты и замены в отношении компонентов конкретно описанных вариантов осуществления изобретения.