СПОСОБ И МАНИПУЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND MANIPULATING DEVICE FOR THE RAIL VEHICLE ICING ELIMINATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение касается способа устранения обледенения тормозных актуаторов рельсового транспортного средства, причем эти тормозные актуаторы из исходного положения, в котором тормозные актуаторы разомкнуты, могут двигаться в положение торможения, в котором на тормозные актуаторы действует замыкающая сила, а также манипуляционного устройства для выполнения этого способа.
Тормозные актуаторы создают силу трения относительно вращающегося, затормаживаемого конструктивного элемента тормоза. Тормозные актуаторы могут, например, представлять собой тормозные суппорты, тормозные скобы, тормозные колодки или тормозные башмаки, которые находят применение в фрикционных тормозах, таких как дисковые или колодочные тормоза.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Рельсовые транспортные средства чаще всего оснащены несколькими тормозными системами, из которых фрикционный тормоз можно считать особенно релевантным для безопасности. Такой фрикционный тормоз посредством пар трения преобразует кинетическую энергию и разность потенциальное энергии в тепло. При этом тормозные актуаторы, такие как тормозные суппорты или тормозные колодки, прижимаются к ответной части, например, тормозному диску, и таким образом производится затормаживание или, соответственно, полный останов рельсового транспортного средства.
В частности, при зимней эксплуатации существует опасность, что тормозные актуаторы обледенеют или замерзнут, потому что вследствие выделения тепла при приведении в действие тормоза лед или, соответственно, снег, который во время движения отложился на элементах, плавится. Как только тепловая энергия была отдана окружающей среде, образовавшаяся талая вода вследствие скорости движения рельсового транспортного средства и низких наружных температур снова замерзает и образует таким образом «ледяной панцирь» вокруг тормозных актуаторов.
Это замерзание подвергает опасности надежную эксплуатацию рельсового транспортного средства, так как фрикционные тормоза в худшем случае не смогут больше двигаться, и поэтому существует повышенная опасность аварии.
Известно, что рельсовые транспортные средства после наружного использования оттаиваются в цехах для оттаивания, чтобы осуществить устранение обледенения. При этом удаляются обледенения на всем транспортном средстве и, в частности, в области тормозов, так что в начале следующего использования уже может гарантироваться отсутствие обледенений.
Для этой цели часто применяются пароструйные инжекторы для быстрого устранения обледенения. Однако это способствует проникновению воды в тормозной цилиндр, что может приводить к коррозии тормозных цилиндров. Дополнительно к этому высокое давление пароструйного инжектора может также приводить к повреждениям в области сильфона и уплотнений.
Также как недостаток следует расценивать тот факт, что устранение обледенения может происходить исключительно в течение периода простоя и невозможно во время текущей эксплуатации.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставить способ и устройство для транспортных средств, в частности рельсовых транспортных средств, которое не имеет недостатков уровня техники и позволяет устранять обледенение тормозных актуаторов даже во время активной эксплуатации. При этом, в частности, должно быть возможным экономичное и простое дооснащение существующих тормозных систем.
ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эта задача решается с помощью способа с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
При этом в соответствии с изобретением предусмотрено, что тормозные актуаторы из исходного положения движутся в положение устранения обледенения, в котором с целью отделения обледенения на тормозные актуаторы действует противодействующая замыкающей силе размыкающая сила.
При этом положение торможения относится к состоянию, в котором тормозные актуаторы контактируют со своей ответной частью, например, тормозным диском, и на эту ответную часть действует сила, пропорциональная замыкающей силе. Под исходным положением понимается положение, в котором тормозные актуаторы не контактируют со своей ответной частью, а также на них не действует замыкающая сила.
Посредством размыкающей силы и движения в положение устранения обледенения может удаляться обледенение тормозных актуаторов, которое является результатом плавления снега и льда вследствие выделения тепла при процессе торможения и последующего замерзания талой воды. За счет силы, пропорциональной размыкающей силе, которая действует на такой «ледяной панцирь», этот ледяной панцирь разбивается, раскалывается или отламывается. Движение в положение устранения обледенения может также осуществляться во время текущей эксплуатации, то есть во время движения, рельсового транспортного средства, так что предотвращаются остаточные обледенения и таким образом в любое время обеспечена функциональная надежность тормозной системы.
Чтобы предоставить простой актуаторный механизм для необходимых сил, один из вариантов осуществления предусматривает, что размыкающая сила или, соответственно, замыкающая сила, которая действует на тормозные актуаторы, создается посредством поршня, который перемещается в тормозном цилиндре. Принцип цилиндра/поршня представляет собой испытанный принцип технологии рельсовых транспортных средств, который надежно функционирует и прост в изготовлении и в монтаже.
По другому варианту осуществления изобретения поршень делит тормозной цилиндр на две камеры, и размыкающая сила или, соответственно, замыкающая сила поршня достигается за счет изменения давления по меньшей мере в одной из этих камер. Предпочтителен вариант осуществления тормозного цилиндра в виде цилиндра двойного действия, при котором на поршень может подаваться давление на обеих сторонах или, соответственно, в двух образованных камерах, так как путем изменения давления в соответствующей камере может производиться движение поршня в двух направлениях. Изменение давления приводит к движению поршня или, соответственно, к созданию размыкающей или замыкающей силы. При этом изменение давления может осуществляться либо непрерывно, либо ступенчатым образом. Существующие тормозные системы, имеющие цилиндры одиночного действия, могут простым образом переоснащаться на цилиндры двойного действия.
Один из альтернативных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что
- в исходном положении в одной из камер имеется первый уровень давления;
- в положении торможения в той же самой камере имеется второй уровень давления, который ниже, чем первый уровень давления, и
- в положении устранения обледенения в той же самой камере имеется третий уровень давления, который выше, чем первый уровень давления. В частности, у пассивных тормозных систем, таких как, например, тормоза с пружинным аккумулятором, тормозная сила создается пружинным элементом, который расположен в одной из двух камер. В исходном положении в ту камеру, которая не имеет пружинного элемента, подается давление первого уровня, так что пружинный элемент находится под предварительным напряжением, и тормозные актуаторы разомкнуты. Для движения тормозных актуаторов из исходного положения и положение торможения уровень давления опускается до второго уровня давления, так что пружинный элемент ослабляется, и на поршень действует замыкающая сила. Для движения тормозных актуаторов из исходного положения в положение устранения обледенения, уровень давления повышается до третьего уровня давления, так что пружинный элемент подвергается более сильному предварительному напряжению, и за счет разности первого и второго уровня давления на поршень действует размыкающая сила. Так даже для пассивной тормозной системы простым образом может выполняться устранение обледенения во время эксплуатации.
В другом варианте осуществления среда, применяемая для создания давления, является жидкой или газообразной, предпочтительно сжатым воздухом или гидравлическим маслом. Благодаря этому для создания требуемого давления можно применять пневматические или гидравлические системы. Жидкие среды обладают тем преимуществом, что они, как правило, являются несжимаемыми, однако из-за их вязкости они применимы только в некотором определенном диапазоне температуры. Газообразные среды хотя и сжимаемы, однако, например, дополнительное производство сжатого воздуха возможно в любое время, и нет никаких пределов температуры, релевантных для этого способа.
Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что движение тормозных актуаторов из исходного положения в положение устранения обледенения проходит в направлении, противоположном движению в положение торможения. Таким образом, например, исключается механическая неисправность, которая ведет к движению в положение торможения, хотя желательно движение в положение устранения обледенения. Такая неисправность была бы, однако, возможна, если бы положение торможения и положение устранения обледенения располагались в одном и том же направлении движения. То есть, в положении устранения обледенения тормозные актуаторы находятся на еще большем расстоянии от своей ответной части, например, тормозного диска, чем в исходном положении.
В другом особенно предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что тормозные актуаторы движутся из исходного положения в положение устранения обледенения на 1-8 мм, предпочтительно 2-6 мм. Путем движения тормозных актуаторов наружу, то есть от ответной части, например, тормозного диска, обледенение между тормозным актуатором и ответной частью раскалывается или отламывается без возникновения значительной тепловой энергии, которая могла бы снова приводить к обледенениям.
По другому особенно предпочтительному варианту осуществления размыкающая сила составляет от 20 до 50 кН, предпочтительно от 30 до 40 кН. Этой силы, как показывает опыт, достаточно, чтобы отделять возникающие на практике обледенения.
Поставленная выше задача решается также с помощью манипуляционного устройства для выполнения предлагаемого изобретением способа, с помощью которого тормозные актуаторы посредством замыкающей силы могут двигаться из исходного положения в положение торможения. Поставленная выше задача решается таким образом, что тормозные актуаторы посредством размыкающей силы могут двигаться в положение устранения обледенения.
Манипуляционное устройство или, соответственно, актуатор служит для того, чтобы создавать требуемую замыкающую или, соответственно, размыкающую силу. При этом манипуляционное устройство соединимо с тормозными актуаторами, причем между манипуляционным устройством и тормозными актуаторами могут быть также расположены другие элементы. «Соединимо» в этом контексте относится к силовому потоку, который должен передаваться до самих тормозных актуаторов.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления манипуляционного устройства расстояние между исходным положением и положением устранения обледенения тормозных актуаторов составляет от 1 до 8 мм, предпочтительно от 2 до 6 мм. Благодаря этому создается движение, которое позволяет разрывать и откалывать обледенение, при этом откалывающийся лед падает вниз из пространства между тормозным актуатором и ответной частью (тормозным диском).
Другой предпочтительный вариант осуществления манипуляционного устройства предусматривает, что оно включает в себя тормозной цилиндр и перемещающийся в нем поршень, причем этот поршень может двигаться из исходного положения в положение торможения и соединен с тормозными актуаторами. При этом под положением торможения следует понимать то положение, которое принимает поршень, когда тормозные актуаторы находятся в положении торможения, то есть замкнуты. Так как, вследствие механического соединения вдоль силового потока, поршень и тормозные актуаторы соединены, положению торможения тормозных актуаторов можно поставить в соответствие однозначное положение торможения поршня. Аналогичные размышления относятся как к исходному положению, так и к положению устранения обледенения.
Чтобы также обеспечить возможность устранения обледенения для пассивной тормозной системы, например, тормоза с пружинным аккумулятором, один из альтернативных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что поршень делит тормозной цилиндр на две камеры, и в первой камере расположен пружинный элемент, а во второй камере - первый трубопровод подачи давления, при этом пружинный элемент в положении устранения обледенения имеет более высокое предварительное напряжение, чем в исходном положении. При этом, конечно, точно так же можно поменять местами первую и вторую камеру или, соответственно, предусмотреть в камере, имеющей пружинный элемент, второй трубопровод подачи давления.
По другому предпочтительному варианту осуществления манипуляционного устройства поршень делит тормозной цилиндр на две камеры, и в каждой камере расположен соответствующий трубопровод подачи давления. Разделение на две камеры обусловлено принципом цилиндра-поршня, так как поршень в любом случае должен уплотнять эти две камеры друг относительно друга, чтобы сделать возможным создание давления. Объем этих двух камер не следует считать статическим, а он изменяется с состоянием поршня в тормозном цилиндре. Но благодаря тому, что обе камеры имеют собственный и отдельно управляемый трубопровод подачи давления, можно получить цилиндр двойного действия, в котором возможно создание давления в каждой из двух камер, и поэтому поршень может действовать на тормозные актуаторы как с замыкающей силой, так и с противодействующей замыкающей силе размыкающей силой. В альтернативных вариантах осуществления по меньшей мере в одной из этих камер может быть расположен пружинный элемент, который по меньшей мере в одном положении создает предварительное напряжение на поршне.
В другом предпочтительном варианте осуществления манипуляционного устройства предусмотрен по меньшей мере один клапан, который с одной стороны соединен с трубопроводами подачи давления, а с другой стороны соединим с источником давления. С помощью одного или нескольких клапанов подачи давления может простым образом использоваться источник давления, например, напорный контур или соединенная с компрессором напорная емкость, для подачи давления в два трубопровода.
Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления предусматривает, что трубопроводы подачи давления могут отпираться и закрываться посредством только одного клапана, в зависимости от желаемого положения поршня. Состояние клапана позволяет, таким образом, подавать давление только в один трубопровод подачи давления, в то время как другой остается закрытым. Тем самым достигается отдельное управление трубопроводами подачи давления. В одном из альтернативных вариантов осуществления есть состояние клапана, в котором давление не подается ни в один из двух трубопроводов подачи давления, то есть оба закрыты, или, соответственно, состояние клапана, в котором оба трубопровода подачи давления открыты. Желаемое положение поршня относится к исходному положению, положению торможения или устранения обледенения.
Другой особенно предпочтительный вариант осуществления предусматривает, что в положении торможения поршня первый трубопровод подачи давления отперт, а второй - закрыт, для создания давления в первой камере, и что в положении устранения обледенения второй трубопровод подачи давления отперт, а первый - закрыт, для создания давления во второй камере. Создаваемое в одной из камер давление приводит к движению поршня, так что увеличивается объем соответствующей камеры, или, соответственно, к созданию замыкающей или размыкающей силы. При этом вид монтажа тормозного цилиндра и соединения с тормозными актуаторами является решающим для того, в какой камере должно создаваться давление для достижения желаемого направления силы или, соответственно, движения поршня.
По другому особенно предпочтительному варианту осуществления возможно электромагнитное управление капаном, и этот клапан представляет собой предпочтительно клапан 4/2 (четырехходовой двухпозиционный клапан). Электромагнитное управление позволяет производить изменение состояния клапана, например, посредством центральной системы бортовой электроники, так что, например, машинист рельсового транспортного средства может с пульта управления машиниста инициировать движение тормозных актуаторов в положение устранения обледенения. Клапан 4/2, то есть клапан, который имеет четыре соединительных патрубка, включая соединительный патрубок для выпуска воздуха, и допускает два разных состояния клапана, особенно хорошо подходит для снабжения давлением цилиндра двойного действия. Однако, в зависимости от варианта осуществления, возможны также другие клапаны, которые имеют больше соединительных патрубков или, соответственно, допускают большее количество состояний клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Для дополнительного пояснения изобретения в последующей части описания делается ссылка на фигуры, из которых явствуют другие предпочтительные варианты осуществления, подробности и усовершенствования изобретения. Эти фигуры должны пониматься в качестве примеров и, хотя и выражают характер изобретения, но ни в коем случае не ограничивают или, например, не воспроизводят его окончательным образом. Показано:
фиг.1a: манипуляционное устройство активной тормозной системы, при этом тормозной актуатор находится в исходном положении;
фиг.1b: манипуляционное устройство активной тормозной системы в положении торможения;
фиг.1c: манипуляционное устройство активной тормозной системы в положении устранения обледенения;
фиг.2a: манипуляционное устройство пассивной тормозной системы, при этом тормозной актуатор находится в исходном положении;
фиг.2b: манипуляционное устройство пассивной тормозной системы в положении торможения;
фиг.2c: манипуляционное устройство пассивной тормозной системы в положении устранения обледенения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фигурах для наглядности отображен в каждом случае только один тормозной актуатор 1, который в этом примере осуществления выполнен в виде тормозного суппорта 1. Также по тем же соображениям было опущено изображение ответной части, например, тормозного диска, который обязательно должен иметь поверхность трения и установлен на оси рельсового транспортного средства. При этом разумеется, что второй тормозной суппорт пары тормозных суппортов может приводиться в действие аналогично описанному ниже тормозному суппорту 1 или, соответственно, также иначе выполненные тормозные актуаторы 1 функционируют по тому же самому принципу.
При этом отображенный на фигурах тормозной суппорт 1 отображен только схематично и состоит из поверхности 15 трения, фасонной части, которая оперта на шарнирное соединение, и рычага, на который воздействует актуатор. Возможно множество различных вариантов осуществления тормозного суппорта 1, в частности пересечение на шарнирном соединении, при этом, однако, эти варианты осуществления не имеют никакого влияния на принцип действия изобретения.
Фиг.1a, b, c относятся к так называемой активной тормозной системе рельсового транспортного средства. При этом предусмотрен тормозной цилиндр 6, в котором перемещается поршень 5. При этом поршень 5 делит тормозной цилиндр 6 на первую камеру 7 и вторую камеру 8 и соединен с тормозным суппортом 1. При этом поршень 5 выполнен так, что он уплотняет эти две камеры 7, 8 друг относительно друга, и камеры 7, 8, в зависимости от состояния поршня 5, уменьшаются или, соответственно, увеличиваются.
Посредством клапана 12, который выполнен здесь в виде клапана 4/2, регулируется создание давления в камерах 7, 8. Клапан 12 для этой цели с одной стороны соединен с источником 13 давления, например, трубопроводом высокого давления или системой высокого давления или, соответственно, компрессором, и на выходной стороне - с первым трубопроводом 9 подачи давления и вторым трубопроводом 11 подачи давления. При этом трубопроводы 9, 11 подачи давления служат для того, чтобы создавать давление в одной из камер 7, 8, поэтому первый трубопровод 9 подачи давления соединен с первой камерой 7, а второй трубопровод 11 подачи давления - со второй камерой 8, при этом применяемая в напорном контуре среда представляет собой либо воздух, у пневматической системы создания давления, либо гидравлическое масло, у гидравлической системы создания давления. Электромагнитное управление клапаном 12 осуществляется посредством устройства управления.
На фиг.1a показана описанная выше активная тормозная система, у которой тормозной суппорт 1 со своей поверхностью 15 трения находится в исходном положении 2. При этом ни в одну из камер 7, 8 не подается давление, и расположенный во второй камере 8 пружинный элемент 14, в этом случае возвратная пружина, не имеет предварительного напряжения - тормозной суппорт 1 или, соответственно, его поверхность 15 трения не находится в контакте с ответной частью, например, поверхностью трения тормозного диска.
S
S
Теперь, когда посредством клапана 12 отпирается первый трубопровод подачи давления 9, то повышается давление в первой камере 7, и поршень движется линейно в тормозном цилиндре 6 влево, вследствие чего поверхность 15 трения тормозного суппорта 1 попадает вправо в положение 3 торможения, в котором на тормозной суппорт действует замыкающая сила F, как можно видеть на фиг.1b. При этом пружинный элемент 14 во второй камере 8 подвергается предварительному напряжению. Затем замыкающая сила F, усиленная по закону рычага, через поверхность 15 трения тормозного суппорта 1 вводится в ответную часть, например, поверхность трения тормозного диска, вследствие чего кинетическая энергия, а также изменение потенциальной энергии рельсового транспортного средства преобразуется в тепло трения. Когда подача давления по первому трубопроводу 9 подачи давления прекращается, то предварительное напряжение пружинного элемента 14 обеспечивает необходимую возвратную силу, чтобы снова двигать поршень 5 или, соответственно, тормозной суппорт 1 и его поверхность 15 терния в исходное положение 2.
Вследствие выделения тепла и последующего охлаждения теперь, как уже упомянуто, может происходить обледенение тормозных суппортов 1, так что при определенных обстоятельствах может быть подвержена негативному влиянию вся механика тормозного суппорта 1.
O
O
Теперь для минимизации этого релевантного для безопасности риска можно посредством клапана 12 отпереть второй трубопровод подачи давления 11, так чтобы во второй камере 8 создавалось давление, и поршень 6 двигался в противоположном направлении, здесь вправо, вследствие чего на тормозной суппорт 1 действует размыкающая сила F, как можно видеть на фиг.1c. В результате этого поверхность 15 трения тормозного суппорта 1, предпочтительно на 2-6 мм, удаляется от ее ответной части, например, поверхности трения тормозного диска (то есть попадает в положение 4 устранения обледенения, которое здесь для поверхности 15 трения находится слева от исходного положения 2) и действует на обледенение с силой, пропорциональной размыкающей силе F, вследствие чего обледенение раскалывается или отламывается без возникновения значительной тепловой энергии. Тем самым достигается полная пригодность тормозного суппорта 1 к применению в любое время.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.2a, b, c показан один из альтернативных вариантов осуществления, в котором вместо активной тормозной системы применяется пассивная тормозная система, такая как тормоз с пружинным аккумулятором. Принципиальная конструкция тормозной системы такая же, как уже описано выше, следовательно, остановимся подробно только на релевантных различиях.
В противоположность активной тормозной системе, у пассивной тормозной системы в исходном положении 2 подается давление во вторую камеру 8, так что расположенный в первой камере 7 пружинный элемент 14 обладает предварительным напряжением, как можно видеть на фиг.2a. В настоящем варианте осуществления тормозной цилиндр 6 выполнен в виде цилиндра одиночного действия, так что только вторая камера 8 имеет трубопровод 9 подачи давления. Трубопровод 9 подачи давления соединен при этом с источником 13 давления, причем могут быть также установлены клапаны, напр., клапан 12, как на фиг.1a.
S
Когда давление во второй камере 8 понижается, то поршень 5 посредством силы упругости пружинного элемента 14 движется в положение 3 торможения, в котором он действует на тормозной суппорт 1 с замыкающей силой F. Это состояние изображено на фиг.2b.
O
Для создания размыкающей силы F и движения поршня 5 или, соответственно, тормозного суппорта 1 в положение 4 устранения обледенения (фиг.2c) необходимо, чтобы источник 13 давления мог предоставить для второй камеры 8 второй, более высокий уровень давления, чем в исходном положении 2.
Преимущество пассивной тормозной системы заключается в том, что возможная потеря давления в источнике 13 давления ведет к автоматическому движению в положение 3 торможения. Благодаря этому может в любое время обеспечиваться надежное торможение. У активной тормозной системы, в отличие от этого, падение давления в источнике 13 давления или, соответственно, в трубопроводах подачи давлениях 9, 11 или клапане 12 приводит к отказу тормозов.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Тормозной актуатор (тормозной суппорт)
2 Исходное положение
3 Положение торможения
4 Положение устранения обледенения
5 Поршень
6 Тормозной цилиндр
7 Первая камера
8 Вторая камера
9 Первый трубопровод подачи давления
10 Манипуляционное устройство
11 Второй трубопровод подачи давления
12 Клапан
13 Источник давления
14 Пружинный элемент
15 Поверхность трения тормозного актуатора 1.