ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ

Настоящая полезная модель относится к воздухораспределителю для автоматически действующих пневматических тормозных систем для образования давления в тормозном цилиндре в зависимости от разницы давления между давлением в сквозной основной воздушной магистрали поезда и сохраненным эталонным давлением, которое выводится из давления в основной воздушной магистрали.
Сферой применения данной полезной модели является строительство рельсового транспорта. Обычно, рельсовые транспортные средства имеют автоматически действующий пневматический тормоз, в котором снижение давления в основной воздушной магистрали, исходя из стандартного рабочего давления, вызывает образование давления в тормозном цилиндре. Функцию переноса снижающегося давления в основной воздушной магистрали на увеличивающееся давление в тормозном цилиндре и наоборот выполняют воздухораспределители.
Наряду с этим, воздухораспределители выполняют и другие функции, которые связаны с заполнением, закрытием и удалением воздуха из объемных пространств с сохраненным сжатым воздухом, регулированием определенных статических характеристических кривых давления в тормозном цилиндре и ускорением переноса закодированных как величина давления сигналов в основной воздушной магистрали.
Наконец, их дополняют функции, которые также и при быстром и сильном изменении давления в основной воздушной магистрали обеспечивают только постепенное изменение давления в тормозных цилиндрах для того, чтобы ограничить возникающий толчок на транспортных средствах и продольные усилия внутри поезда.
Из справочника Асадченко В.Р. «Автоматические тормоза подвижного состава железного транспорта» (русск.), Москва 2002, стр.71 и далее, следует общий принцип воздухораспределителя. Обычно, воздухораспределитель установлен на опоре воздухораспределителя, и необходимые соединения сжатого воздуха устанавливаются с соответствующими подключениями на опоре воздухораспределителя. Внутри опоры находятся камеры для управляющего давления S (давления в золотниковой камере) и эталонного давления А. В данном случае воздухораспределитель состоит из главной части и магистральной части. Главная часть отвечает за создание давления в тормозном цилиндре, в то время как магистральная часть создает управляющее давление S.
Оба давления А и S служат для управления главной частью, при этом давление А при задействовании тормоза устанавливает эталонное значение относительно обычного рабочего давления, то есть исходного давления в основной воздушной магистрали в положении перемещения, давление S - откорректированное во времени эталонное значение относительного текущего давления в основной воздушной магистрали во время торможения.
Важными составляющими главной части являются управляющий поршень, воздействующая на него нажимная пружина, встроенный двухседельный клапан для подачи и выпуска воздуха из подключенного тормозного цилиндра, а также уравнительный поршень, который перемещается за счет давления в тормозном цилиндре против силы двух регулируемых нажимных пружин, при этом одна из этих нажимных пружин с помощью эксцентрического элемента, который является составной частью опоры воздухораспределителя, может помещаться в три положения. Эти положения служат для регулировки различных значений давления в тормозном цилиндре для порожнего транспортного средства, транспортного средства средней загрузки и загруженного транспортного средства.
Кроме того, для заполнения тормозного цилиндра из запасного воздушного резервуара имеется впускной клапан и выпускной клапан для выпуска воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу.
Дополнительными элементами и элементами главной части могут быть:
- чувствительное отверстие, которое соединяет эталонное давление А и эталонное давление S, пока воздухораспределитель находится вблизи своего исходного положения (тормоз отпущен),
- обратный клапан с соплом, посредством которого запасной воздушный резервуар может быть заполнен из основной воздушной магистрали,
- устройство (замедлитель), которое после первого увеличения давления в тормозном цилиндре дросселирует подачу воздуха из запасного воздушного резервуара к впускному клапану, за счет того, что посредством уплотнения перекрываются (закрываются) поперечные отверстия движущегося поршневого штока.
- устройство, которое при начале торможение поддерживает канал дополнительного выпуска воздуха открытым и закрывает его после начала торможения за счет того, что два уплотнения перекрывают (закрывают) дополнительные поперечные отверстия движущегося поршневого штока.
Существенными составными частями магистральной части являются мембранный поршень, на который подается давление из основной воздушной магистрали и управляющее давление S. Кроме того, имеется клапан дополнительного выпуска воздуха из основной воздушной магистрали. Дополнительный выпуск воздуха из основной воздушной магистрали посредством воздухораспределителей служит для ускорения изменения давления в длинных поездах, так как при изменении давления только за счет ведущего тормозного клапана, находящегося в головной части поезда, не может быть достигнуто достаточно быстрое распространение его действия по всему поезду. Выходящий из этого клапана сжатый воздух подается по каналу для дополнительного выпуска воздуха в главную часть и там поступает в устройство, которое закрывает канал после начала торможения, чтобы необходимым образом ограничить дополнительный выпуск воздуха.
Принцип действия является следующим.
При торможении давление в основной воздушной магистрали снижается. В соответствии с этим также снижается подаваемое на управляющий поршень давление S, в то время как противоположное эталонное давление А в основном остается неизменным. Получаемое в результате перемещение управляющего поршня против нажимной пружины приводит к открытию впускного клапана. При этом сжатый воздух поступает из резервуара через поперечные отверстия полого поршневого штока к впускному клапану, и через него - в тормозной цилиндр.
Установившееся давление в тормозном цилиндре определяется за счет того, что уравнительный поршень при воздействии возникающего давления в тормозном цилиндре отклоняется до тех пор, пока впускной клапан снова не закроется. То, какое давление установится, зависит от положения нажимных пружин на уравнительном поршне, которые являются вручную переключаемыми за счет эксцентрического элемента в опоре воздухораспределителя.
При определенной длине ходе управляющего поршня активное поперечное сечение поперечных отверстий дросселируется замедлителем, закрывая некоторые из них для того, чтобы замедлить скорость роста давления в тормозном цилиндре. Цель заключается в том, чтобы допустить рост давления только с такой скоростью, чтобы избежать опасных продольных усилий в поезде. Для эксплуатации относительно коротких поездов это устройство не требуется.
Устройство имеет недостаток, что для закрытия канала для дополнительного выпуска воздуха устройством главной части необходимо несколько уплотнений, которые перемещаются за закрываемые отверстия. Эти отверстия должны иметь достаточное поперечное сечение, однако отверстия необходимого размера не могут закрываться перекрывающим уплотнением. По этой причине поперечное сечение должно распределяться на большое количество параллельно действующих небольших отверстий. Возникает потребность в больших конструктивных работах, достигаемая надежность уплотняющего действия и срок службы малы, так как уплотнение, движущееся по отверстиям, быстро изнашивается о края отверстий. Любая негерметичность уплотнений приводит к выходу сжатого воздуха из канала для дополнительного выпуска воздуха в тормозной цилиндр и, тем самым, к процессам, которые касаются динамики торможения поезда в целом, при этом в случае отказа в поезде могут возникать опасные продольные усилия или машинист может потерять контроль над торможением поезда.
Подобная конструкция воздухораспределителя представлена в RU 2180628. В этой конструкции закрытие канала для дополнительного выпуска воздуха осуществляется отдельным пневматическим элементом в главной части. При этом возникающее при начале торможения давление в тормозном цилиндре направляется на поршень дополнительного отдельного элемента, который во взаимодействии с нажимной пружиной по достижении определенной величины давления в тормозном цилиндре закрывает седельный клапан и, тем самым, прерывает соединения канала с атмосферой. Таким образом устраняется недостаток, связанный с перекрывающим уплотнением, однако возникает недостаток необходимости конструктивных работ собственного переключающего элемента, поршневые поверхности и нажимные пружины которого усложняют точность работы. Также является недостатком, что давление в тормозном цилиндре, приводящее в действие переключающий элемент, является опосредованной величиной, которая возникает из снижения давления в основной воздушной магистрали - целевой величины для закрытия канала - посредством нескольких связанных с допусками и задержками элементов.
Еще одна конструкция воздухораспределителя известна из RU 2395416. Наряду с несколькими усовершенствованиями чисто конструктивного типа, она включает в себя устройство для закрытия канала для дополнительного выпуска воздуха в главной части, которое работает только с одним проходящим по отверстиям уплотнением двойного действия. Тем самым, проблема ограниченного срока службы и низкой надежности перекрывающего уплотнения в принципе не устраняется.
В основу полезной модели положена задача создания воздухораспределителя, с помощью которого закрытие канала для дополнительного выпуска воздуха достигается с небольшими конструктивными расходами при высоком сроке службы и надежности.
Исходя из пневматического воздухораспределителя согласно ограничительной части пункта 1 формулы полезной модели, задача решена в комбинации с его отличительными признаками. Перечисленные ниже зависимые пункты отображают предпочтительные усовершенствования полезной модели.
Полезная модель включает в себя техническое решение, что главная часть содержит клапан, состоящий из корпуса клапана, нажимной пружины и седла клапана, при этом на корпусе клапана и седле клапана противоположно расположены камеры давления, которые связаны с каналом (KZE) для дополнительного выпуска воздуха или же с тормозным цилиндром (С), и корпус клапана посредством механического соединения связан через поршневой шток с управляющим поршнем.
В основу полезной модели положены научные выводы, что большой срок службы и надежность достигаются в случае, если функции управления от системы главного поршня на седельный клапан переносятся непосредственно механически. Седельные клапаны могут без износа открывать и закрывать большие поперечные сечения. Подключение седельного клапана непосредственно к системе главного поршня имеет следующее преимущество: конструктивные работы для дополнительных элементов и невозможности предусмотрения допусков таких дополнительных элементов и отводимых управляющих давлений отпадают. Преимущество предлагаемого решения заключается также в том, что точка переключения при закрытии канала дополнительного выпуска воздуха постоянно управляется определяемым посредством перемещения главного поршня снижения давления при дополнительном удалении воздуха.
Предпочтительным образом механическое соединение включает в себя связанный с поршнем упор и примыкающий к корпусу клапана шток, при этом упор и шток касаются в исходном положении поршня и вблизи этого положения, и при этом корпус клапана поднимается штоком с седла клапана против действия нажимной пружины. За счет этого достигается простое и прочное конструктивное решение.
Кроме того, согласно одной усовершенствующей полезную модель мере предлагается, что начиная с определенной длины хода поршня, упор и шток находятся вне контакта, при этом они деблокируют свободное пространство для перемещения корпуса клапана под действием нажимной пружины на седло клапана, и что указанная длина ход поршня, преимущественным образом, определяется силой примыкающей к нему нажимной пружины и подлежащей достижению разницей давлений А и S для дополнительного выпуска воздуха.
Прочие усовершенствующие полезную модель меры представляются ниже подробнее вместе с описанием предпочтительных форм осуществления полезной модели со ссылкой на фигуры.
Показано на:
Фиг.1 схематический продольный разрез пневматического воздухораспределителя в качестве исполнительного элемента для регулируемой подачи сжатого воздуха в тормозной цилиндр согласно первому примеру осуществления полезной модели,
Фиг.2 схематический продольный разрез пневматического воздухораспределителя согласно другому примеру осуществления полезной модели, и
Фиг.3 схематический продольный разрез клапана для закрытия канала KZE в виде детали из фиг.1.
Согласно фиг.1 воздухораспределитель состоит из главной части 1, опоры 2 и магистральной части 3. Он смонтирован на не показанном здесь рельсовом транспортном средстве. На опоре 2 закреплены соединения с тормозным цилиндром 4, запасным воздушным резервуаром 5 и основной воздушной магистралью 6.
В опоре 2 находятся или подключены к ней соответственно один объем 23 для управляющего давления S и эталонного давления А. Кроме того, опора 2 имеет соединения для давления R из запасного воздушного резервуара 5 и канал KZE дополнительного выпуска воздуха для направления сжатого воздуха между главной частью 1 и магистральной частью 3.
В любом месте воздухораспределителя находятся не показанный обратный клапан для заполнения запасного воздушного резервуара 5 из основной воздушной магистрали 6, а также клапан для ручного выпуска воздуха эталонного давления А.
Магистральная часть 3 служит для того, чтобы при помощи не показанных более подробно средств получать из давления основной воздушной магистрали L управляющее давление S и эталонное давление А, которое передается на главную часть 1. Кроме того, магистральная часть 3 управляет при начале торможения соединением основной воздушной магистрали L с каналом KZE дополнительного удавления воздуха.
Главная часть 1 содержит в корпусе 9 управляющий поршень 7, уравнительный поршень 8, двухседельный клапан 10, клапан 11 для закрытия KZE и регулирующее устройство 12 для настройки положения нагрузки воздухораспределителя, а также прочих элементов, таких как нажимные пружины, сетки (фильтры) и уплотнения.
Двухседельный клапан 10 состоит из выпускного клапана 101, корпуса 102 клапана, выпускного клапана 103 и нажимной пружины 104.
Управляющий поршень 7 подвергается нагрузке противоположных давлений А и S, на стороне давления S действует нажимная пружина 13. Он взаимодействует с уплотнением 14, которое разделяет оба давления. Пока управляющий поршень 7 находится вблизи своего исходного положения, по отношению к этому уплотнению 14 посредством сопла 15 действует байпас. Уплотнение 14 находится в корпусе 9, а сопло 15 - в управляющем поршне.
Исходным положением далее обозначается положение управляющего поршня 7, в котором он находится при равновесии давлений А и S под действием нажимной пружины 13 на его упор на стороне давления А. Это соответствует положению движения при отпущенном тормозе.
Управляющий поршень 7 имеет поршневой шток 16, который между двумя уплотнениями 17 и 18 имеет подвод 25 давления R вовнутрь поршневого штока 16. На конце поршневого штока 16 находится двухседельный клапан 10, который впускает давление из запасного воздушного резервуара R в тормозной цилиндр 4 - давление С - или выпускает его из него в окружающую среду О.
На уравнительный поршень 8 оказывается давление С из тормозного цилиндра 4; ему противопоставлено давление окружающей среды. Со стороны давления окружающей среды находится одна или несколько нажимных пружин 19, 20. По меньшей мере одна из нажимных пружин 19, 20 может регулироваться за счет регулирующего устройства 12 в направлении компенсирующего поршня 8.
Для закрытия канала KZE относительно заполненных давлением С (тормозной цилиндр) пространств клапан 11 согласно фигуре 3 имеет корпус 111 клапана, нажимную пружину 112 и седло 113 клапана. Корпус 111 клапана и выходящий из него поршневой шток 16 имеют геометрические формы, которые вблизи верхнего конечного положения поршневого штока 16 входят с упором 115 в контакт на последнем, и клапан 11 открывается против нажимной пружины 112, так что возникает соединение канала KZE с заполненным давлением С (тормозной цилиндр) пространством. Принцип действия устройства при торможении рельсового транспортного средства следующий:
Для торможения машинистом поезда или за счет другого средства давление в основной воздушной магистрали 6, исходя из стандартного рабочего давления, снижается. Это понижение давления передается через магистральную часть 3 на управляющее давление S, эталонное давление А остается сначала неизменным. Если понижение давления является достаточно быстрым и сильным для того, чтобы предотвратить воздействие уравнивания давлений через сопло 15, а также начальное усилие нажимной пружины 13, то происходит перемещение управляющего поршня 7 в направлении компенсирующего поршня 8. Это перемещение велико именно настолько, что снова восстанавливается равновесие сил давления и пружины, воздействующих на управляющий поршень 7. За счет сближения поршней происходит соприкосновение выпускного клапана 101 с корпусом 102 двухседельного клапана 10.
При дальнейшем перемещении в этом направлении корпус 102 клапана приподнимается от впускного клапана 103, за счет чего сжатый воздух из запасного воздушного резервуара 5 может подаваться через полый поршневой шток управляющего поршня 7 в тормозной цилиндр 4.
Еще одна функция магистральной части заключается в том, что при начале торможения открывается соединение основной воздушной магистрали 2 с каналом KZE для дополнительного выпуска воздуха. За счет этого сжатый воздух из основной воздушной магистрали L через канал KZE для дополнительного выпуска воздуха и открытый канал 11 поступает к тормозному цилиндру 4 и, пока выпускной клапан 102 еще открыт, одновременно также в окружающую среду О.
Вследствие увеличения разницы давлений A-S поршневой шток 16 с упором 115, штоком 114 и корпусом 111 клапана перемещаются вниз, пока последний не сядет на седло 113 клапана, и клапан таким образом не закроется. При дальнейшем ходе поршня 7 названные детали расцепляются, и возникает зазор между штоком и упором или между штоком и корпусом клапана
Таким образом, выход сжатого воздуха из основной воздушной магистрали L при начале торможения на этом пути прерван, при этом установилась определенная нажимной пружиной 13 и поверхностью управляющего поршня 7 разница давлений A-S, и, тем самым, и заранее определенное начальное давление в тормозном цилиндре. Эта функция служит для ускорения распространения снижения давления в основной воздушной магистрали L по длине поезда и гарантирует быстрое и верно дозированное первое включение тормоза.
Увеличивающееся тормозное давление С оказывает усилие на уравнительный поршень 8, который перемещается до достижения равновесия усилий с усилием нажимных пружин 19, 20. Таким образом каждая ступень торможения, управляемая значением снижения давления в основной воздушной магистрали L, соответствует определенному пути управляющего поршня 7. Как только предварительно заданное тормозное давление С достигнуто, также и управляющий поршень 8 выполнил соответствующее движение, после которого как впускной, так и выпускной клапан закрыты (положение закрытия).
Регулирующее устройство 12 для регулирования положения нагрузки воздухораспределителя состоит из переключающего вала 121, на котором находится эксцентрический элемент 122. Вал с одной стороны воздухораспределителя может вращать служащий железной дороги для того, чтобы настроить воздухораспределитель на актуальную нагрузку вагона. При этом эксцентрический элемент приближается к упору для нажимной пружины 19 или удаляется от нее. Вследствие этого при одинаковом перемещении компенсирующего поршня 8 посредством нажимной пружины 13 оказывается большее или меньшее усилие. Прежде всего, нажимная пружина 19 в удаленном положении «пустое» может иметь расстояние от компенсирующего поршня 8, которое на всей возможному рабочему ходу предотвращает возникновение силы натяжения пружины.
Как уже описывалось, давление С в тормозном цилиндре вследствие равновесия усилий на уравнительном поршне 8 соответствует оказываемому на поверхность поршня усилию нажимных пружин. Таким образом, можно установить большое усилие пружины для получения высокого давления С в тормозном цилиндре для загруженного транспортного средства, для порожнего или частично загруженного транспортного средства за счет противоположной перестановки эксцентрического элемента 122 - меньшее.
Предпочтительная форма осуществления для частично нагруженного транспортного средства возникает, прежде всего, тогда, когда нажимная пружина имеет прогрессивную характеристическую кривую, или когда третья нажимная пружина специально включается для положения «частично нагруженный» за счет эксцентрического элемента 122 без зазора по отношению к уравнительному поршню, при этом еще одна нажимная пружина для положения «полностью загружен» еще имеет зазор.
Для положения «загруженный» за счет прогрессивной характеристической кривой или начального зазора нажимной пружины 19 также может достигаться преимущество, так как относительно низкое вначале общее усилие пружин способствует не слишком резкому первому торможению, при дальнейшем рабочем ходе усилие натяжения пружины и давление С в тормозном цилиндре затем увеличиваются.
Уменьшение давления С в тормозном цилиндре для отпускания тормоза осуществляется под управлением растущего давления в основной воздушной магистрали L и/или понижающемся давлении А в обратном направлении. Вблизи начального положения клапан 11 снова открывается для закрытия канала KZE. Тогда воздухораспределитель готов к новому ускоренному торможению, как только магистральная часть 3 распознает начало торможения и открывает путь для перемещения сжатого воздуха из основной воздушной магистрали L в канал KZE.
На фигуре 2 представлена альтернативная форма осуществления полезной модели. Образ действия этой формы осуществления соответствует уже описанному выше.
Вместо указанного на фигуре 1, требующего наличия уплотнения сопла в поршневом штоке 16 для соединения давлений А и S для достижения определенной нечувствительности воздухораспределителя представлен клапан 15', который за счет управляющего поршня 7' удерживается в открытом положении, пока он находится в исходном положении или вблизи исходного положения.
Уплотнения 17' и 18' для подведения 25' давления R из запасного воздушного резервуара 5' к седлу 103' впускного клапана находятся здесь на уравнительном поршне 8', так же как и двухседельный клапан 10'.
В этой форме осуществления уплотнения на уравнительном поршне 8' и управляющем поршне 7' осуществляют герметизацию в опорной втулке. Регулирующее устройство теперь находится в корпусе опоры, а не в корпусе главной части 1' воздухораспределителя 7'.
Вышеназванные признаки могут при определенных условиях способствовать получению упрощенной конструкции, повышенной надежности или совместимости с более старыми типами воздухораспределителей. Каждая из перечисленных вариаций может быть по отдельности интегрирована в базовое исполнение. Кроме того, предлагаемый воздухораспределитель может быть скомбинирован с прочими, не представленными здесь, известными специалисту вариациями.
Список ссылочных обозначений
1 Главная часть
2 Опора
3 Магистральная часть
4 Тормозной цилиндр
5 Запасной воздушный резервуар
6 Основная воздушная магистраль
7 Управляющий поршень
8 Уравнительный поршень
9 Корпус
10 Двухседельный клапан
101 Выпускной клапан
102 Корпус клапана
103 Впускной клапан
104 Нажимная пружина
11 Клапан для закрытия канала KZE дополнительного выпуска воздуха
111 Корпус клапана
112 Нажимная пружина
113 Седло клапана
114 Механическое соединение, шток
115 Механическое соединение, упор
12 Регулирующее устройство
13 Нажимная пружина
14 Уплотнение
15 Сопло
16 Шток поршня
17 Уплотнение
18 Уплотнение
19 Нажимная пружина
20 Нажимная пружина
21 Клапан
22 Уплотнение
23 Объемное пространство для управляющего давления S
24 Объемное пространство для управляющего давления А
25 Подвод
`
Все ссылочные позиции на фиг.2с находятся в таком же соответствии.
А Эталонное давление
S Управляющее давление
L Основная воздушная магистраль
С Давление в тормозном цилиндре
R Запасенное давление
KZE Канал дополнительного выпуска воздуха