ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ СО СПЕЦИАЛЬНЫМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМ ПОРШНЕМ

ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ СО СПЕЦИАЛЬНЫМ УПРАВЛЯЮЩИМ ПОРШНЕМ
Данная полезная модель относится к воздухораспределителю для автоматических пневматических тормозов для создания давления в тормозном цилиндре в соответствии с разностью между давлением в сквозной главной воздушной магистрали поезда и накопленным контрольным давлением, которое является производным от давления в главной воздушной магистрали.
Областью применения данной полезной модели является производство рельсовых транспортных средств. Рельсовые транспортные средства имеют, главным образом, автоматический пневматический тормоз, у которого понижение давление в главной воздушной магистрали по отношению к нормальному зарядному давлению приводит к образованию давления тормозного цилиндра. Функция передачи падающего давления в главной
воздушной магистрали к растущему давлению тормозного цилиндра и обратно осуществляется воздухораспределителями.
Наряду с этим, воздухораспределители имеют и другие функции, которые связаны с заполнением, завершением и удалением объёма с помощью накопленного сжатого воздуха, с регулировкой определённых статических характеристик давления тормозного цилиндра и с ускорением передачи кодированных в виде высоты давления (напора) сигналов в главной воздушной магистрали. Наконец, добавляются функции, которые при быстром и сильном изменении давления в главной воздушной магистрали также обеспечивают только постепенное изменение давления в тормозных цилиндрах для ограничения возникающих толчков в транспортных средствах и продольных усилий внутри поезда.
Из учебного пособия Асадченко В.Р. «Автоматические тормоза подвижного состава железнодорожного транспорта», Москва 2002, страница 71 следует общий принцип воздухораспределителя. Воздухораспределитель обычно установлен на кронштейне воздухораспределителя и необходимые соединения для сжатого воздуха осуществляются с помощью упомянутых соединений на кронштейне воздухораспределителя. Внутри кронштейна находятся камеры для управляющего давления S (давление в золотниковой камере) и контрольного давления А. Воздухораспределитель состоит из главной части и магистральной части. Выработка давления тормозного цилиндра вменяется в обязанности главной части, тогда как магистральная часть вырабатывает управляющее давление S.
Оба давления А и S служат для управления главной частью, при этом давление А при торможении создаёт контрольное значение к давлению при нормальной эксплуатации, то есть первоначального давления в главной воздушной магистрали в положении поездки, давление S создаёт контрольное значение, скорректированное по времени к фактическому давлению в главной воздушной магистрали во время торможения.
Существенными составными частями являются управляющий поршень, действующая на него нажимная пружина, встроенный двухседельчатый клапан для вентилирования или удаления воздуха из подключенного тормозного цилиндра, а также уравновешивающий поршень, который движется под воздействием давления тормозного цилиндра против усилий, оказываемых двумя регулируемыми нажимными пружинами, при этом одна из этих нажимных пружин с помощью эксцентрического элемента, являющегося составной частью кронштейна воздухораспределителя, может перемещаться в трёх положениях. Эти положения служат для регулировки различных значений давления тормозного цилиндра для порожнего транспортного средства, транспортного средства средней загруженности или загруженного транспортного средства.
Также имеются впускной клапан для заполнения тормозного цилиндра из запасного резервуара и выпускной клапан для удаления воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу.
При торможении понижается давление в главной воздушной магистрали. Соответственно этому также падает имеющееся на управляющем поршне давление S, тогда как противоположное контрольное значение А остаётся по существу без изменений. Полученное перемещение управляющего поршня против силы действия нажимной пружины приводит к открытию впускного клапана. При этом сжатый воздух идёт из резервуара через поперечные отверстия просверленного поршневого штока управляющего поршня к впускному клапану и через него к тормозному цилиндру.
Устанавливаемое давление тормозного цилиндра определяется тем, что уравновешивающий поршень, который осуществляет уравновешивание до тех пор, пока снова не закроется впускной клапан. Устанавливаемое давление зависит от положения нажимных пружин на уравновешивающем поршне, которые могут быть перенастроены вручную посредством эксцентрического элемента на кронштейне воздухораспределителя.
Существенными составными частями соответствующей главной части магистральной части являются управляющий поршень, на который воздействует давление главной воздушной магистрали L и управляющее давление S. Также имеется клапан дополнительного выпуска воздуха из главной воздушной магистрали. Дополнительный выпуск воздуха из главной воздушной магистрали через воздухораспределитель служит для ускорения изменения давления в длинных поездах, так как изменение давления только с помощью находящегося в голове поезда тормозного крана машиниста может оказывать недостаточно быстрое воздействие во всём поезде. Выходящий из этого клапана сжатый воздух подаётся по каналу дополнительного выпуска воздуха в главную часть и там попадает на устройство, которое закрывает канал после начала торможения
для того, чтобы ограничить дополнительный выпуск воздуха до правильного количества.
Управляющий поршень обычно выполнен в виде мембранного поршня, который радиально снаружи неподвижно закреплён на корпусе и в центре зафиксирован на поршневом штоке, который приводит в действие клапан дополнительного выпуска воздуха. Так как мембранный поршень подвергается воздействию сильных колебаний температуры окружающей среды, эластомерный материал может с течением времени становится легко разрушаемым, так что ремонт требуется раньше времени.
Из справочника "Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава", В. И. Крылов и др. М.: Транспорт, 1989, стр. 174-193, известен ближайший к полезной модели по технической сущности воздухораспределитель № 483 для автоматических пневматических тормозов, предназначенный для создания давления по меньшей мере в одном подключенном тормозном цилиндре в соответствии с разностью между давлением в подключенной главной воздушной магистрали поезда и накопленным контрольным давлением, состоящий из главной части, магистральной части и кронштейна (опоры), при этом имеющая корпус магистральная часть содержит управляющий поршень, на который с одной стороны воздействует давление главной воздушной магистрали, а с другой стороны - управляющее давление и по меньшей мере одна нажимная пружина, и который имеет поршневой шток и состоящую из эластомерного материала мембрану, которая поддерживается прилегающими к ее обеим боковым поверхностям и закреплёнными на поршневом штоке зажимными дисками (шайбами). Мембрана выполнена плоской, что является недостатком, поскольку увеличивает напряжения в ее материале и ограничивает ход поршня.
Поэтому задачей данной полезной модели является улучшение воздухораспределителя с управляющим поршнем магистральной части, выполненного в виде мембранного поршня таким образом, чтобы обеспечить его долгий срок службы при минимальных технических затратах.
Исходя из указанного выше ближайшего аналога, поставленная задача решена за счет того, что мембрана выполнена фигурной, чашеобразной, причем диаметр поверхности ее днища в 6-10 раз, в частности в 7-9 раз, больше, чем высота ее наружной боковой поверхности.
Преимущество решения согласно полезной модели состоит, с одной стороны, в том, что эластомерной мембране благодаря обоим зажимным дискам при подаче давления придан опорный контур, который предотвращает чрезмерный прогиб фигурной мембраны, а также высокую знакопеременную нагрузку во время эксплуатации. Благодаря этому значительно повышается срок службы фигурной мембраны. С другой стороны, как показали испытания, примененная в предлагаемом воздухораспределителе фигурная мембрана имеет в указанном выше интервале значений отношения диаметра поверхности ее днища к высоте наружной боковой поверхности длительный срок службы. Соответственно, достигаемые при осуществлении полезной модели технические результаты заключаются в обеспечении незначительного уровня возникающих во время эксплуатации напряжений, и в достижении достаточно высокого хода поршня.
В предпочтительном варианте фигурная мембрана имеет центральное отверстие для крепления поршневого штока, причем у центрального отверстия приформовано внутреннее усиливающее материал кольцо. Предпочтительно, чтобы внутреннее усиливающее материал кольцо имеет в 1,5-2 раза большую толщину по сравнению с нормальной толщиной мембраны, которая граничит с внутренним усиливающим материал кольцом. Благодаря внутреннему усиливающему материал кольцу происходит локальное усиление материала в месте зажима поршневого штока, за счёт чего достигается оптимальная запрессовка во внутренней области зажима. Таким образом, противодействуют износу материала в месте зажима.
Аналогично этому фигурная мембрана также в краевой области может иметь наружное усиливающее материал кольцо, которое согласно предпочтительной форме осуществления в 2-4 раза толще, чем нормальная толщина мембраны. Таким образом, наружный зажим фигурной мембраны также становится более устойчивым.
Такое наружное усиливающее материал кольцо одновременно может образовывать статическое уплотнение корпуса между верхней частью корпуса и нижней частью корпуса магистральной части воздухораспределителя. Тем самым в этом месте можно отказаться от отдельного кольцевого уплотнения. Предпочтительно, наружное уплотнительное кольцо вставляется в соответствующую выемку между верхней частью корпуса и нижней частью корпуса и при монтаже натягивается верхней частью корпуса и нижней частью корпуса.
Оба зажимных диска, поддерживающие с обеих сторон фигурную мембрану, состоят, предпочтительно, из лёгкого металла, например алюминия, и изготовлены в виде кованых деталей. Наряду с минимальной используемой массой, кованые зажимные диски обеспечивают максимальную степень прочности.
Для дальнейшего повышения прочности кованых зажимных дисков предлагается, что они на обращённой от фигурной мембраны стороне имеют несколько радиально проходящих рёбер жёсткости.
Кроме того, также и со стороны корпуса может быть создан опорный контур для фигурной мембраны, который, предпочтительно, выполнен на обеих сторонах фигурной мембраны в корпусе.
Другие улучшающие полезную модель меры представлены более подробно вместе с описанием предпочтительных примеров осуществления полезной модели с помощью фигур, на которых показано:
Фиг.1 схематичный продольный разрез через пневматический воздухораспределитель в виде исполнительного элемента для регулируемой подачи давления в тормозной цилиндр согласно первому примеру осуществления.
Фиг. 2 вид в перспективе управляющего поршня с поршневым штоком.
Фиг. 3 подробный разрез через фигурную мембрану согласно фиг. 2.
Согласно фиг. 1 воздухораспределитель состоит из главной части 1, кронштейна 2 и магистральной части 3. Он установлен на не изображённом здесь рельсовом транспортном средстве. К кронштейну 2 подключены соединения, ведущие к тормозному цилиндру 4, запасному воздушному резервуару 5 и главной воздушной магистрали 6.
В кронштейне 2 находятся или к нему подключен объём 23 для управляющего давления S и объём 24 для контрольного давления А. Также, кронштейн 2 содержит соединения для давления R из запасного воздушного резервуара 5 и канал дополнительного выпуска воздуха KZE для направления сжатого воздуха между главной частью 1 магистральной частью 3.
На произвольном месте воздухораспределителя находятся не изображённый обратный клапан для заполнения запасного воздушного резервуара 5 из главной воздушной магистрали 6, а также клапан для ручного сброса контрольного давления А.
Магистральная часть 3 служит для того, чтобы с помощью подробно не отображённых средств из давления в главной воздушной магистрали L выводить управляющее давление S и контрольное давление А, которые передаются на главную часть 1. Далее, магистральная часть 3 при начале торможения управляет соединением главной воздушной магистрали L с каналом дополнительного выпуска воздуха KZE.
Главная часть 1 в корпусе 9 содержит управляющий поршень 7, уравновешивающий поршень 8, двухседельчатый клапан 10, клапан 11 для закрытия канала KZE и регулирующее устройство 12 для установки положения нагрузки воздухораспределителя, а также другие элементы, как нажимные пружины, сетки (фильтры) и уплотнения. Двухседельчатый клапан 10 состоит из выпускного клапана 101, запорного органа 102,впускного клапана 103 и нажимной пружины 104.
На управляющий поршень 7 воздействуют противоположные давления А и S, на стороне давления S действует нажимная пружина 13. Она работает вместе с уплотнением 14, которое обеспечивает герметизацию обоих давлений друг против друга. На это уплотнение воздействует байпас через форсунку 15, пока управляющий поршень 7 находится рядом со своим исходным положением. Уплотнение 14 находится в корпусе 9, а форсунка 15 - в управляющем поршне 7.
Управляющий поршень 7 имеет также поршневой шток 16, который между двумя уплотнениями 17 и 18 имеет один или несколько поперечных каналов 28, которые оканчиваются в продольном канале 27, который продолжается до двухседельчатого клапана 10. В исходном положении отделённые только свободным пространством каналы 28 лежат напротив подачи 25 сжатого воздуха из запасного воздушного резервуара 5.
Поршневой шток 16 по отношению к корпусу 9 направлен по оси через скользящую втулку 26.
На конце поршневого штока 16 находится двухседельчатый клапан 10 10, который давление из запасного воздушного резервуара R - давление С, впускает в тормозной цилиндр 4 или выпускает из него в окружающую среду О.
На уравновешивающий поршень 8 воздействует давление С из тормозного цилиндра 4, ему противостоит давление 0 окружающей среды. На стороне давления окружающей среды находится одни или несколько нажимных пружин 19, 20. По меньшей мере одна из нажимных пружин может регулироваться с помощью регулировочного устройства 12 в направлении уравновешивающего поршня 8. Принцип действия конструкции при торможении рельсового транспортного средства выглядит следующим образом:
Для торможения машинистом или с помощью других средств давление в главной воздушной магистрали по отношению к нормальному зарядному давлению понижается. Это понижение через магистральную часть 3 переносится на управляющее давление S, контрольное давление А остаётся сначала неизменным. Если снижение давления является достаточно сильным и быстрым для преодоления действия выравнивания давления через форсунку 15, а также усилия предварительного сжатия нажимной пружины 13, происходит перемещение управляющего поршня 7 в направлении уравновешивающего поршня 8. Это перемещение является настолько большим, что снова создаётся равновесие силы сжатия и силы натяжения пружины. За счёт приближения поршня происходит касание выпускного клапана 101с запорным органом 102 двухседельчатого клапана 10.
При дальнейшем перемещении в этом направлении запорный орган 102 приподнимается от седла 103 впускного клапана, так что сжатый воздух из запасного воздушного резервуара 5 через подачу 25, каналы 28 и канал 27 в поршневом штоке 16 может течь к тормозному цилиндру 4.
Одна из функций магистральной части 1 состоит в том, чтобы при начале торможения открывать соединение от главной воздушной магистрали 2 с каналом дополнительного выпуска воздуха KZE. Благодаря этому сжатый воздух из главной воздушной магистрали L течет по каналу KZE и через открытый клапан 111 к тормозному цилиндру и также и в атмосферу 0 до тех пор, пока ещё открыт выпускной клапан 101.
Вследствие повышения разности давлений A-S поршневой шток 16 с упором 115, штоком 114 и запорным органом 111 клапана движется вниз до тех пор, пока последний не сядет на седло 113 клапана и, таким образом, клапан станет закрытым. При дальнейшем ходе поршня 7 названные части выходят из
зацепления, и между штоком 114 и упором 115 или между штоком 114 и запорным органом 111 клапана возникает зазор.
Таким образом, на этом пути вытекание сжатого воздуха из главной воздушной магистрали L при начале торможения прерывается, при этом регулируется разность давлений A-S, определённая посредством нажимной пружины 13 и поверхности управляющего поршня 7, а также заданное начальное давление тормозного цилиндра. Эта функция служит для ускорения распространения снижения давления в главной воздушной магистрали L по длине поезда и обеспечивает быстрое и правильно дозированное первое торможение.
Возникающее давление С оказывает воздействие на уравновешивающий поршень 8, который до достижения равновесия сил перемещается с помощью нажимных пружин 19, 20. Таким образом, каждый этап торможения, управляемый посредством значения снижения давления в главной воздушной магистрали L. соответствует определённому пути управляющего поршня 7. Как только достигнуто заданное тормозное давление С, уравновешивающий поршень 8 также осуществил соответствующее перемещение, после которого закрыты как впускной, так и выпускной клапан (положение «перекрыши»).
Регулирующее устройство 12 для установки положения нагрузки воздухораспределителя состоит из вала 121, который несёт эксцентрический элемент 122. Вал может вращаться со стороны воздухораспределителя с помощью служащего железной дороги для подгонки воздухораспределителя к фактической загрузке вагона. При этом эксцентрический элемент приближается к упору для нажимной пружины 19 или удаляется от него. Это приводит к тому, что при одинаковом пути уравновешивающего поршня 8 посредством пружины 13 оказывается большее или меньшее усилие. Прежде всего, нажимная пружина 19 в удалённом положении «пустой» может иметь зазор по отношению к уравновешивающему поршню 8, который на всём возможном рабочем ходу предотвращает возникновение силы натяжения пружины.
Как описано выше, давление С тормозного цилиндра вследствие равновесия сил на уравновешивающем поршне 8 соответствует соотнесенной с поверхностью поршня силе натяжения нажимных пружин. Таким образом, для достижения высокого давления С тормозного цилиндра для загруженного транспортного средства может устанавливаться высокая сила натяжения пружин,
а для порожнего или частично загруженного транспортного средства за счёт противоположного перемещения эксцентрического элемента 122 - незначительная сила натяжения пружин.
Уменьшение давления С тормозного цилиндра для отпускания тормоза происходит посредством увеличивающегося давления в главной воздушной магистрали L и/или падающего давления А в обратном направлении. Вблизи с исходным положением снова открывается клапан 11 для закрытия канала KZE. Тогда воздухораспределитель готов к новому ускоренному торможению, как только магистральная часть 3 распознаёт начало торможения и освобождает путь для сжатого воздуха из главной воздушной магистрали L к каналу KZE.
Магистральная часть 3 содержит управляющий поршень 31, от которого отходит поршневой шток 32 для приведения в действие клапана 37. На управляющий поршень 31 с одной стороны воздействует управляющее давление S, а с противоположной стороны на управляющий поршень 31 действует давление L в главной воздушной магистрали. Дополнительно к управляющему давлению S на управляющий поршень 31 воздействует нажимная пружина 33.
Согласно фиг. 2 управляющий поршень 31 состоит по существу из эластомерной фигурной мембраны 34, которая поддерживается зажимными дисками 35 и 36, расположенными с обеих сторон мембраны. Через зажимные диски 35 и 36 в собранном состоянии проходит поршневой шток 32. С помощью резьбового соединения 38 оба зажимных диска 35 и 36 свинчиваются между собой, при этом фигурная мембрана 34 зажимается между ними. Каждый из зажимных дисков 35 и 36 имеет на обращенной от фигурной мембраны стороне несколько радиально проходящих рёбер 42 жёсткости.
Согласно фиг. 3 фигурная мембрана 34 в краевой области имеет наружное усиливающее материал кольцо 39. Наружное усиливающее материал кольцо 39 также образует статическое уплотнение корпуса между верхней частью 40 корпуса и нижней частью 41 корпуса не изображённой здесь магистральной части 3.
Как верхняя часть 40 корпуса, так и нижняя часть 41 корпуса имеет в области прилегания мембраны 34 со стороны корпуса опорный контур 42 или же 43. Посредством опорного контура 42 и 43 ограничивается область перемещения фигурной мембраны 34 вдоль хода.
Согласно фиг. 4 фигурная мембрана 34, наряду с наружным усиливающим материал кольцом 39, также имеет внутреннее усиливающее материал кольцо 44. Внутреннее усиливающее материал кольцо 44 предусмотрено вокруг центрального отверстия 45 фигурной мембраны для крепления не изображённого поршневого штока 32. Внутреннее усиливающее материал кольцо 44 и наружное усиливающее материал кольцо 39 служат для повышения длительной прочности фигурной мембраны 34. Этому способствуют также геометрические размеры фигурной мембраны 34, согласно которым диаметр поверхности 46 днища фигурной мембраны 34 примерно в 7-9 раз больше, чем высота наружной боковой поверхности 47.
Полезная модель не ограничена вышеописанным предпочтительным примером осуществления. Более того, допускаются также модификации, которые охвачены областью охраны нижеследующих пунктов полезной модели. Так, например, также возможно, что с помощью усиленной согласно полезной модели обоими зажимными дисками фигурной мембраны выполнены другие находящиеся внутри воздухораспределителя управляющие поршни.