ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА ВАГОНА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ROLLING STOCK CAR BRAKE SYSTEM

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к конструкциям тормозов вагонов подвижного состава предназначенным для использования в системах торможения для каждой тележки.
Фрикционное (механическое) торможение является основным видом для гашения скорости вагонов подвижного состава. При этом создается тормозной момент, приложенный к колесной паре от колодок, направленный навстречу направлению вращения колес.Сила нажатия на тормозные колодки осуществляется за счет давления сжатого воздуха на поршень в тормозном цилиндре, который через систему промежуточных рычагов (рычажную передачу) передает ее тормозным колодкам. Эффективность передачи усилия, создаваемого штоком цилиндра, зависит от числа промежуточных звеньев между цилиндром и колесом. Преобладающая на сегодняшний день конструкция имеет в своем составе ряд горизонтальных двуплечих рычагов, которые необходимы в силу использования прямого толкающего действия штока цилиндра. Кроме того, для колодочного тормоза указанная сила отличается от расчетной на величину усилий поджатия пружин цилиндра и авторегулятора тормозной рычажной передачи и их коэффициентов полезного действия. Рычажная передача характеризуется своим коэффициентом полезного действия, под которым понимается отношение усилия фактического нажатия тормозных колодок к расчетному (без потерь в передаче).
Основными недостатками такой передачи усилий на башмаки с колодками являются: а) неравномерный износ по площади колодки (например, из-за различия нажатия в отдельных частях колодки, б) из-за неправильной установки может возникать неодинаковая величина силы нажатия при торможении. Наличие авторегулятора тормозной рычажной передачи вносит в конструкцию недостатки свойственные ему: неотпуск тормозов, поломки пружин регулятора и т.д. Однако, несмотря на недостатки в некоторых случаях его применение является необходимым.
Поэтому необходимость достижения минимального допустимого нажатия колодки на колесо при расчетной силе нажатия остается актуальным проблемой. Тормозной цилиндр обычно закрепляется на раме вагона. Его усилие передается на тормозные колодки с определенными потерями на трение в цилиндре и потерями в рычажной передаче. Установленный автоматический регулятор тормозной рычажной передачи также уменьшает указанное усилие. Важно сохранить при торможениях постоянство усилий внутренних пружин, действие которых направлены против усилий штока тормозного цилиндра. Он может быть встроен в тормозной цилиндр (А. с. №861155, А. с. №984913). При этом может использоваться как механический вид регулятора, так и пневматический (А. с. №850463, В61Н 15/00, от 29.10.1979). При этом в первом техническом решении используется сдвоенный тормозной цилиндр прямого действия.
Недостатком здесь является необходимость преобразования толкающего движения штока в тянущее на рычажной передаче таким тормозным цилиндра через специально установленный рычаг.Расположение тормозного цилиндра на вагоне для последнего решения не указана, но эффективность передачи при торможении будет больше, чем при обычном расположении на раме вагона. В тоже время наличие камеры на штоке может вызывать его перекос.
Известен тормоз железнодорожного транспортного средства, в котором противоположные части вагона опираются на тележки, включающий в себя воздухораспределитель, два тормозных цилиндра, каждый из которых обеспечивает передачу тормозных усилий на исполнительный механизм одной из тележек и установленный на раме вагона, запасный резервуар, два прибора авторежима, установленные на раме в области тележки и соединенные воздухоподводящими трубами. (пат. RU №2253584, В61Н 11/02, В61Н 13/30, от 2004.06.17). Цилиндр прямого действия также требует преобразования толкающего усилия в тянущее на одном из звеньев рычажной передачи.
Кроме того, недостатком данного технического решения является то, что в рычажной передаче с помощью, которой передается усилие тормозного цилиндра на тормозные колодки, непосредственно воздействующие на колесо, имеются потери, в частности из-за многозвенного характера. Потери могут находиться в пределах от 10 до 40%.
Вместе с тем известно более позднее техническое решение, в котором, при сохранении всех элементов рычажной передачи усилие на тормозные колодки тележек осуществляется от раздельно установленных на корпусе вагона цилиндров (RU №55715, В61Н 13/20, от 16.09.2005). В отличие от предыдущего решения здесь не сообщается о наличии авторежима. При этом вводятся дополнительные рычаги, определенные соотношения плеч горизонтального рычага и взаимное расположение пневматической и механической частей тормоза относительно продольной оси вагона. Здесь же предлагается для специализированных вагонов хопперов (бункерного типа) установка силового рычага горизонтально, а для вертикального рычага сделано дополнительное отверстие в хребтовой балке с закреплением точки его вращения на ее поверхности.
В другом решении предложено при наличии вышеописанной конструкции с двумя тормозными цилиндрами исключить рычаги между авторегулятором рычажной передачи и вертикальным рычагом на тележке (пат. RU NQ62079, В61Н 13/28, от 20.11.2006). Однако, такое предложение не устраняет возникновения вращающих моментов при прохождений кривых и при изменении угла (несооности) вертикального рычага относительно первоначального положения при износе тормозных колодок. Кроме того, сохраняется необходимость в горизонтальных рычагах и упоре авторегулятора передачи.
В тормозе грузового вагона предложено использование трехпоршневого тормозного цилиндра, управляемого подачей давления в штоковую полость (пат. RU №2402443, В61T 13/26, В61Н 13/20, В61T 17/08, В61Н 11/02, от 30.07.2009)
Для управления торможением устройством типа золотника в зависимости от загрузки вагона подается давление в соответствующую надштоковую полость.
Последнее требование специального прибора вместо широко используемого авторежима может вызвать ограниченность при использовании. А для использования, например, на раме тележки вагона такой цилиндр потребует сложного механизма передачи усилии на тормозные колодки.
Наиболее близкое решение для тормоза, взятое в качестве прототипа содержит тормозной цилиндр, воздействующий на колодки через встроенный авторегулятор и рычаги тормозной рычажной передачи (А. с. №984913, В61H 15/00, от 06.06.1979). Недостатком здесь является то, что не имеется возможности воздействия непосредственно на вертикальный рычаг тележки.
В последнее время стремятся перейти на щадящие режимы торможений без потери эффективности. Поэтому возникает потребность на усовершенствование существующих решений, например, путем изменения рычажной передачи.
Существо заявляемого решения заключается в том, что части тормоза грузового вагона в виде двух цилиндров со встроенным авторегулятором расположены между тележками и присоединены непосредственно к вертикальному рычагу через механизм, компенсирующий изменение во взаимном расположении выходного звена цилиндра и входного звена рычажной передачи. Это проявляется чаще всего, например, при поворотах в кривых, при изменении в угле наклона вертикального рычага. Указанный механизм при этом может быть выполнен например в виде шаровой опоры или четырехплечего рычага (параллелограмм).
Таким образом, в основу предложения положена задача создания такого решения, при котором в известном устройстве тормоза будут исключены лишние звенья передачи, обеспечивающего этим передачу усилия от тормозного цилиндра на тормозные колодки в требуемом диапазоне углов отклонений продольной оси вагона и продольной оси тележки, не смотря на износ колодок и шарнирных соединений.
Поставленная задача решается следующим образом. В тормозной системе вагона подвижного состава, состоящей из двух частей, пневматической и механической, при чем последняя выполнена в виде авторегулятора рычажной передачи и системы рычагов, передающей усилие через вертикальный рычаг тормоза на колодки тележки, предлагается следующее усовершенствование: на каждой тележке в тормозе используется цилиндр создающий при рабочем ходе тянущее усилие, так что шток воздействует на вертикальный рычаг указанной передачи через авторегулятор, встроенный в корпус указанного тормозного цилиндра.
Кроме того, тормозная система в простейшем виде использует просто цилиндр с тянущим штоком, а воздействие на передачу выполнено через стандартный авторегулятор рычажной передачи.
Дополнительно для вагона - хоппера воздействие на рычажную передачу осуществляется одним цилиндром с тянущим штоком, расположенным сверху на хребтовой балке в области автосцепки.
Кроме того, воздействие на вертикальный рычаг может осуществляться через механизм, компенсирующий изменение во взаимном расположении выходного звена цилиндра и входного звена рычажной передачи. Необходимость этого обусловлена.например, при поворотах в кривых и изменение в угле наклона вертикального рычага.
Дополнительно, тормоз вагона может использовать двухсторонний цилиндр, установленный или на боковой раме тележки или на раме вагона Технический результат от решения этой задачи заключается в обеспечении эффективности торможения и уменьшении тормозного пути, за счет сокращения разброса потерь усилий при передаче на тормозные колодки.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами:
Фиг.1 - а)схема установки тормоза относительно продольной оси вагона;
б)вариант двухстороннего тянущего цилиндра, в)установка цилиндров для вагона-Хопера.
Здесь приведены цилиндры 1 и 2, рычажная передача 3, вертикальный рычаг передачи 4, тормозные колодки 5 и колесо тележки 6. промежуточный рычаг 7 для рычажной передачи вагона-хоппера. Цилиндры 1 и 2 расположены каждый перед своей тележкой и напротив вертикального рычага передачи 4. Встроенный авторегулятор рычажной передачи здесь не показан, также как через механизм, компенсирующий изменение во взаимном расположении выходного звена цилиндра и входного звена рычажной передачи.
Работает тормозная система вагона описанным ниже образом.
Как видно, тормоз состоит из двух механических частей, расположенных симметрично для каждой из тележек относительно поперечной оси вагона. При торможении шток тормозного цилиндра (1 или 2) перемещается вдоль продольной оси вагона и в рабочем состоянии торможения оказывает тянущее действие на вертикальный рычаг 4 каждой тележки. При этом каждый тормозной цилиндр имеет встроенный авторегулятор. Тормоз приводится в действие от пневматического оборудования в составе воздухораспределителя, авторежима, запасного резервуара и тормозной магистрали расположенных на раме вагона (не показано). Кроме установки раздельных тормозных цилиндров предлагается использование и двухстороннего тянущего цилиндра. Такой цилиндр крепится к раме вагона и воздействует штоками на вертикальные рычаги передачи. Такой же по конструкции цилиндр может располагаться и на боковой раме тележки. Модификаций установки обычного цилиндра на боковой раме известно достаточно много. А при варианте установки цилиндра с тянущим штоком с внутренней стороны рамы возле пружинного комплекта под надрессорной балкой пневматическая часть может монтироваться в соответствии с предложенным ранее решением (пат. RU №2442710. В61Н 11/02, В60T 13/26, В60Т 17/06, B60T 17/08, 61H 13/20, B60T 15/18, от 08.08.2007).
Для вагона-хоппера цилиндры устанавливаются примерно там же где устанавливается и обычный цилиндр. Однако конфигурация расположения рычагов при этом подбирается соответствующая направлению действия усилия от тянущего штока цилиндра, а именно, добавляется промежуточный вертикальный рычаг 7. Работа тормоза в этом случае аналогична. При установке указанного цилиндра используется механизм компенсации изменения во взаимном расположении выходного звена цилиндра и входного звена рычажной передачи (не показан). Он может быть необходим в случае просадки вагона при полной его загрузке и в динамике.
Кроме показанного выше варианта со встроенным авторегулятором схема компоновки не исключает возможности выполнения тормозной системы с использованием обычного авторегулятор рычажной передачи и простого цилиндра с тянущим штоком. То есть вместо рычага 3 воздействие на передачу будет происходить с использованием авторегулятора в этом месте.
Таким образом положительный эффект от использования данного признака формулы заключается в создании унифицированной тормозной передачи с использованием тянущего действия цилиндра, передаваемого непосредственно на вертикальный рычаг каждой тележки. Исключение части горизонтальных рычагов из рычажной передачи позволит условиях серийного и крупносерийного производства подвижного состава различного назначения достичь значительного экономического эффекта.
В настоящее время на заявляемую конструкцию разработана техническая документация и выполняется подготовка к изготовлению опытных образцов для проведению их всесторонних испытаний.