КОНЦЕВОЙ КРАН ВОЗДУШНОЙ МАГИСТРАЛИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к элементам пневматических систем тормозного оборудования подвижного состава рельсового транспорта (железнодорожного, метрополитена), в частности к концевым кранам тормозных магистралей, и может быть использована для перекрытия воздушных тормозной и питательной магистралей отдельной единицы подвижного состава.
6
Известен концевой кран воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава, содержащий корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном с толкателем, взаимодействующим с ручным приводом с обеспечением продольного перемещения в корпусе двухседельного клапана с поочередным герметичным перекрытием его седел. Ручной привод выполнен в виде кривошипа, соединенного с корпусом с помощью втулки, на котором установлена рукоятка. Эксцентриковый кулачок кривошипа, установленный в приводной канавке толкателя, снабжен сменной вращающейся на кулачке в процессе закрытия и открытия крана втулкой, предохраняющей кулачок от износа и облегчающей ремонт крана. (Патент РФ на изобретение №2037080, МПК F16K 31/52, 1995).
Недостатком известного концевого крана является быстрый износ эксцентрикового кулачка кривошипа и внутреннего отверстия сменной втулки, обусловленный большими нагрузками на кулачок и сравнительно малыми размерами контактирующих трущихся поверхностей деталей, что приводит к сокращению межремонтных сроков крана и возможным отказам по негерметичности из-за уменьшения величины прижатия двухседельного клапана к седлу закрытого состояния крана.
7
Известен концевой кран воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава, содержащий корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном с толкателем, взаимодействующим с ручным приводом с обеспечением продольного перемещения в корпусе двухседельного клапана с поочередным герметичным перекрытием его седел. Ручной привод выполнен в виде кривошипа, соединенного с корпусом с помощью втулки, на котором установлена рукоятка. Эксцентриковый кулачок кривошипа, установленный в приводной канавке толкателя, снабжен зафиксированной на нем втулкой, выполненной из закаленной стали. (Свидетельство РФ на полезную модель №14554, МПК В60Т 15/00, 2000).
Зафиксированная от вращения на эксцентриковом кулачке втулка из закаленной стали предохраняет от износа кулачок кривошипа и внутреннее отверстие сменной втулки. Однако в процессе эксплуатации крана может произойти разрушение втулки и заклинивание механизма ручного привода, вследствие чего кран становится неработоспособным, что недопустимо исходя из требований безопасности железнодорожного подвижного состава, напрямую зависящих от эффективной работы тормозных устройств.
Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является концевой кран воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава, содержащий корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном с толкателем, взаимодействующим с ручным приводом с обеспечением продольного перемещения в корпусе двухседельного клапана с поочередным герметичным перекрытием его седел. При этом эксцентриковый кулачок кривошипа ручного привода установлен в приводной канавке толкателя с возможностью взаимодействия при повороте кривошипа со стенками приводной канавки. (А.с. СССР на изобретение №109271, 1955).
Недостатком известного концевого крана является повышенный износ деталей тарельчатого клапана и ручного привода при переключении концевого крана из закрытого состояния в открытое и наоборот, влияющий на обеспечение герметичности перекрытия седел концевого крана на протяжении всего срока службы. В результате чего снижается надежность работы концевого крана вплоть до полного выхода его из строя, особенно, в неблагоприятных условиях эксплуатации (при попадании в корпус крана различных загрязнений, в условиях низких температур).
При создании полезной модели решалась задача повышения безопасности движения подвижного состава за счет повышения надежности работы и увеличения межремонтного срока службы концевого крана воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава.
Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, - повышение надежности и увеличение межремонтного срока службы концевого крана путем снижения износа его подвижных частей.
Указанный технический результат достигается тем, что концевой кран воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава содержит корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном с толкателем, взаимодействующим с ручным приводом с обеспечением продольного перемещения в корпусе двухседельного клапана с поочередным герметичным перекрытием его седел, при этом эксцентриковый кулачок кривошипа ручного привода установлен в приводной канавке толкателя с возможностью взаимодействия при повороте кривошипа с ее стенками согласно полезной модели, кривошип выполнен из конструкционной стали с последующей объемной закалкой.
При этом согласно полезной модели, толкатель выполнен из конструкционной стали с последующей поверхностной закалкой стенок его приводной канавки токами высокой частоты.
При этом согласно полезной модели, наружная боковая поверхность двухседельной тарелки выполнена с обеспечением минимальной площади взаимодействия с внутренней боковой поверхностью корпуса концевого крана при движении тарельчатого клапана вдоль корпуса.
При этом согласно полезной модели, наружная боковая поверхность выполнена цилиндрической формы с усеченными кромками с обоих ее торцов.
При этом согласно полезной модели, наружная боковая поверхность выполнена сферической формы, ограниченной с обеих сторон торцами двухседельной тарелки.
При этом согласно полезной модели, в центральной части боковой поверхности выполнена кольцевая канавка, наполненная смазочным составом.
При этом согласно полезной модели, уплотнительные элементы двухседельного клапана выполнены из термопластичного полиуретаного эластомера.
При этом согласно полезной модели, в корпус крана ввернут штуцер.
При этом согласно полезной модели, штуцер выполнен с внутренней резьбой.
При этом согласно полезной модели, штуцер выполнен с наружной резьбой и снабжен накидной гайкой, внутренняя поверхность которой выполнена в виде конической поверхности, сужающейся от торца штуцера.
Безопасность движения железнодорожного подвижного состава обеспечивается в частности, эффективностью действия тормозных устройств. Основным требованием безопасности, предъявляемым к концевым кранам является герметичное перекрытие седел тарельчатого клапана концевого крана на всем протяжении срока службы концевого крана. Надежность герметичного запирания клапана концевого крана в условиях вибрационных нагрузок в движущемся поезде, напрямую зависит от износа поверхностей деталей ручного привода и толкателя тарельчатого клапана, влияющего на степень поджатая тарельчатого клапана к седлу его закрытого состояния.
Одним из путей снижения износа взаимодействующих поверхностей ручного привода и толкателя тарельчатого клапана является повышение твердости трущихся поверхностей деталей пары трения кривошип-клапан. С этой целью в предлагаемой полезной модели кривошип ручного привода выполнен из конструкционной стали, прошедшей термическую обработку, включающую нагрев материала до определенной температуры, выдержку и последующее быстрое охлаждение. Термическая обработка обеспечивает получение неравновесной структуры материала, обладающей повышенной износостойкостью и твердостью по сравнению с прототипом.
Из-за круглого поперечного сечения эксцентрикового кулачка кривошипа площадь поверхности кулачка, взаимодействующая со стенками приводной канавки толкателя, довольно небольшая, поэтому подвержена значительным механическим нагрузкам при переключении крана из закрытого состояния в открытое и наоборот.
Несмотря на известность отдельных элементов, создана новая совокупность существенных признаков, направленная на снижение износа подвижных частей концевого крана. Таким образом, при осуществлении полезной модели обеспечивается достижение указанного технического результата: повышение надежности и увеличение межремонтного срока службы концевого крана.
Полезная модель поясняется описанием примера ее выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых на:
фиг. 1 изображен концевой кран воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава в открытом состоянии (общий вид);
фиг. 2 - вид А фиг. 1 (боковая поверхность двухседельного клапана цилиндрической формы с усеченными кромками).
фиг. 3 - сечение Б фиг. 1 (ручной привод)
фиг. 4 - концевой кран в закрытом положении;
фиг. 5 - вид В фиг. 3 (боковая поверхность двухседельного клапана сферической формы).
Концевой кран воздушной магистрали железнодорожного подвижного состава содержит корпус 1 (фиг. 1) с входным отверстием 2, выполненный в виде двух смежных сообщающихся между собой посредством промежуточного выходного отверстия полостей: атмосферной полости 3, дно которой имеет атмосферное отверстие 4, и центральной полости 5 с седлом 6 открытого состояния концевого крана и отверстием 7 углового патрубка 8. Во входное отверстие 2 корпуса 1 ввернут штуцер 9, торец которого со стороны входного отверстия 2 является седлом 10 закрытого состояния концевого крана.
В корпусе 1 крана аксиально размещен двухседельный тарельчатый клапан 11 с головкой 12, имеющей отражательную поверхность, и толкателем 14, взаимодействующим с ручным приводом 15 с обеспечением продольного перемещения в корпусе 1 двухседельного клапана 11 с поочередным герметичным перекрытием его седел 6 и 10.
Двухседельный клапан 11 выполнен в виде полостной двухседельной тарелки 16, размещенной в центральной полости корпуса, с наружной боковой поверхностью 17, взаимодействующей с внутренней поверхностью 18 боковой стенки корпуса 1 концевого крана. Наружная боковая поверхность 17 двухседельной тарелки 16 выполнена с обеспечением минимальной площади взаимодействия наружной боковой поверхности 17 при движении клапана 11 вдоль корпуса 1 с внутренней боковой поверхностью 18 корпуса 1 концевого крана.
Боковая поверхность 17 двухседельной тарелки 16 может быть выполнена цилиндрической формы с усеченными кромками 19 с обеих ее торцов (фиг. 2). Также боковая поверхность 17 может быть выполнена сферической формы, ограниченной с обеих сторон торцами двухседельной тарелки 16. (фиг. 5). В центральной части боковой поверхности 17 двухседельной тарелки 16 может быть выполнена кольцевая канавка 20, наполненная смазочным составом для уменьшения трения между движущимися поверхностями двухседельной тарелки 16 и корпуса 1. В качестве смазочного состава может быть использована консистентная смазка, например, ЖТ-79Л.
Ручной привод 15 состоит из кривошипа 21 с эксцентриковым кулачком 22 (фиг. 3), закрепленного в корпусе 1 крана посредством втулки 23, положение которой фиксируется шплинтом 24, и рукоятки 25, установленной на валике 26 кривошипа 21. Для установки кривошипа 21 ручного привода 15 в корпусе 1 крана имеется отверстие, геометрическая ось которого перпендикулярна плоскости продольной оси концевого крана. Кривошип 21 устанавливается в отверстии корпуса 1 крана таким образом, что в закрытом положении крана ось вращения 27 (фиг. 4) кривошипа 21 и ось симметрии 28 эксцентрикового кулачка 22 лежат в разных горизонтальных плоскостях с образованием плеча, удерживающего кривошип 21 в положении закрытого состояния концевого крана посредством усилия, производимого давлением воздушной магистрали на толкатель 14 двухседельного клапана 11.
Толкатель 14 двухседельного клапана 11 выполнен с возможностью продольного перемещения в корпусе 1 крана. С одного конца толкателя 14 на наружной его поверхности выполнена имеющая основание приводная канавка 29 для размещения в ней эксцентрикового кулачка 22 кривошипа 21 ручного привода 15.
Эксцентриковый кулачок 22 кривошипа 21 установлен в приводной канавке 29 толкателя 14 с возможностью взаимодействия при повороте кривошипа 21 с внутренними стенками 30 приводной канавки 29 толкателя 14 и обеспечением возможности продольного перемещения в корпусе 1 двухседельного клапана 11 и поочередного герметичного перекрытия седел 6 и 10. При этом кривошип 21 выполнен из конструкционной стали, например из конструкционной легированной стали 40Х, с последующей термической обработкой всего изделия (объемной закалкой). Благодаря чему боковая поверхность эксцентрикового кулачка 22 кривошипа 21 обладает повышенной твердостью и износостойкостью.
Несмотря на большую площадь взаимодействия по сравнению с площадью взаимодействия эксцентрикового кулачка 22, внутренние стенки 30 приводной канавки 29 толкателя 14 также подвержены износу в процессе эксплуатации, поэтому толкатель 14, который в нашем примере выполнен из конструкционной углеродистой качественной стали (стали 45), может быть также подвергнут поверхностной закалке стенок 30 его приводной канавки 26 токами высокой частоты.
Двухседельная тарелка 16 снабжена уплотнительными элементами 31 и 32, выполненными с возможностью эластичного поджатая соответственно седел 6 и 10 двухседельного клапана 11. Материал уплотняющих колец 31 и 32 подобран таким образом, чтобы выдерживать, не меняя своих технических характеристик, жесткие условия эксплуатации (например, расширенный диапазон температур, их резкие перепады). Например, уплотняющие кольца 31 и 32 могут быть из термопластичного полиуретанового эластомера, например, «Т-Экопур».
Штуцер 9 может быть выполнен как с внутренней резьбой для подключения к воздушной магистрали, так и без нее. Однако в этом случае штуцер 9 со стороны подключения к воздушной магистрали может быть выполнен с наружной резьбой и снабжен накидной гайкой 33, внутренняя поверхность которой выполнена в виде конической поверхности, сужающейся от торца штуцера.
Корпус 1 концевого крана может быть выполнен как в правом, так и в левом исполнении.
Концевой кран работает следующим образом.
Концевой кран тормозной магистрали посредством штуцера 9 соединяется с воздушной магистралью (на чертеже не показано).
В открытом состоянии концевого крана тормозной магистрали (фиг. 1) двухседельная тарелка 16 двухседельного клапана 11 герметично перекрывает седло 6 открытого состояния концевого крана, при этом уплотнительное кольцо 31 прижато к седлу 6.
Рабочая среда из воздушной магистрали свободно через штуцер 9 и отверстие 7 углового патрубка 8 поступает в межвагонный рукав (на фиг. не показан). При этом головка 12 с отражательной поверхностью направляет воздушный поток в сторону отверстия 7 углового патрубка 8.
В открытом состоянии концевого крана рукоятка 25 ручного привода 15 толкателя 14 находится в нижнем положении.
Для переключения концевого крана из открытого состояния в закрытое необходимо рукоятку 25 ручного привода 15 перевести в вертикальное положение, как показано на фиг. 4.
При повороте рукоятки 25 кривошип 21 ручного привода 15 поворачивается вокруг оси вращения 27 кривошипа 21 до упора в стенку корпуса 1. Эксцентриковый кулачок 22 кривошипа 21 под воздействием вращательного движения двигается вдоль стенок 30 приводной канавки 29 толкателя 14 одновременно воздействуя на них обеспечивая возвратно-поступательное движение толкателя 14, а вместе с ним двухседельной тарелки 16 и головки 12 клапана 11. Изготовление кривошипа 21 из закаленной стали, обладающей повышенной твердостью и износостойкостью, значительно уменьшает износ эксцентрикового кулачка 22 кривошипа 21, взаимодействующего со стенками 30 приводной канавки 29 толкателя 14 клапана 11.
При этом наружная боковая поверхность 17 (фиг. 1, 4) двухседельной тарелки 16 клапана 11 обеспечивает минимальную площадь взаимодействия двухседельного клапана 11 с внутренней боковой поверхностью 18 корпуса 1 концевого крана при его движении вдоль корпуса 1, снижая тем самым усилие воздействия ручного привода 15 на толкатель 14 двухседельного клапана 11 и дополнительно уменьшая износ взаимодействующих друг с другом поверхностей эксцентрикового кулачка 22 кривошипа 21 ручного привода 15 и приводной канавки 29 толкателя 14.
Двухседельный клапан 11 (фиг. 4), перемещаясь вдоль центральной полости 5, отходит от седла открытого состояния 6 и открывает промежуточное выходное отверстие, при этом атмосферная полость 3 и центральная полость 5 становятся сообщающимися.
Под воздействием ручного привода 15 уплотнительное кольцо 32 упирается в седло 10 закрытого состояния концевого крана, герметично поджимая седло 10 закрытого состояния клапана 11.
В закрытом состоянии концевого крана сжатый воздух из межвагонного рукава через угловой патрубок 8, отверстие 7 поступает в центральную полость 5, в сообщающуюся с ней атмосферную полость 3 и через атмосферное отверстие 4 выходит в атмосферу. Как только шипение прекратилось, межвагонный рукав свободен от сжатого воздуха.
Кривошип 21 в закрытом положении установлен так, что между плоскостью, на которой лежит ось вращения 27 кривошипа 21 и плоскостью, на которой лежит ось симметрии 28 эксцентрикового кулачка 22 образуется плечо, удерживающее кривошип 21 в положении закрытого состояния концевого крана посредством усилия, производимого давлением воздушной магистрали на толкатель 14 двухседельного клапана 11. Усилие, воздействующее через толкатель 14 клапана 11 на эксцентриковый кулачок 22 удерживает кривошип 21 от поворота в положение открытого состояния крана. Поверхность эксцентрикового кулачка 22 с минимальным износом эффективно удерживает двухседельный клапан 11 от продвижения в сторону атмосферной полости 3, исключая тем самым отход клапана 11 от седла 10 закрытого состояния концевого крана, являющийся следствием утечек воздуха из воздушной магистрали.
Для перехода концевого крана из закрытого состояния в открытое рукоятку 25 ручного привода 15 возвращают в нижнее положение, как показано на фиг. 1, двухседельный клапан 11 возвращается в исходное положение.
Заявленная конструкция концевого крана обладает повышенными показателями надежности и увеличенным межремонтным сроком службы благодаря уменьшению усилия на ручной привод и снижению тем самым износа его подвижных частей.