ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И СПОСОБ НАСТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ
AIR DISTRIBUTOR OF BRAKE OF ROLLING STOCK AND METHOD OF PARAMETERS SETTING

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и касается воздухораспределителей тормоза подвижного состава и способов их настройки. Одной из важных качественных характеристик тормоза железнодорожного подвижного состава является скорость распространения тормозной волны. Этот параметр зависит от многих факторов, в частности от чувствительности и конструктивных особенностей воздухораспределителей. Грузовой воздухораспределитель №483 создает скорость тормозной волны 300 м/с (Асадченко В.Р. Автоматические тормоза подвижного состава железнодорожного транспорта, М., 2002, с.9).
Воздухораспределитель состоит из трех основных частей: двухкамерного резервуара, главной части и магистральной части, расположенных в корпусах. В корпусе магистральной части размещена подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковые камеры. В магистральной камере расположен полый шток подвижной перегородки, конец которого входит в промежуточную (ускорительную по другим источникам) камеру, отделенную от магистральной камеры обратным клапаном. Из конца штока, в свою очередь, выходит хвостовик толкателя, другой конец которого упирается в клапан плунжера, расположенного со стороны золотниковой камеры. Указанный хвостовик, в части выходящей из полого штока, опирается в клапан дополнительной разрядки, отделяющий канал дополнительной разрядки от промежуточной полости. Подпружиненный тормозной клапан, отделяющий канал дополнительной разрядки тормозной магистрали от атмосферного дроссельного отверстия, открывается хвостовиком клапана дополнительной разрядки. Все клапана магистральной части: промежуточный или ускорительный, канала дополнительной разрядки и клапана, сообщающего канал дополнительной разрядки с атмосферой (тормозной или атмосферный), собираются посредством резьбовых соединений вместе в виде блока с названием «седло клапанов» и располагаются в соответствующем резьбовом посадочном месте корпуса ("Автоматические тормоза", В.Г. Иноземцев, В.М. Казаринов, В.Ф. Ясенцев, М., Транспорт, 1981 г., с.194-202, Справочник" Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава": В.И. Крылов, В.В. Крылов, В.Н. Ефремов, П.Т. Демушкин. - М. Транспорт. 1989, 177, рис.132). Пружины указанных клапанов расположены между соответствующим клапаном и корпусом магистральной части и в собранной конструкции находятся в нормально поджатом состоянии. Наличие технологических допусков на элементы «седла клапанов» не позволяет реализовать при эксплуатации потенциальные возможности магистральной части по такому параметру, как скорость тормозной волны. Поэтому в нормах безопасности НБ ЖТ ЦТ-ЦЛ-ЦВ 01-98 указана скорость в 275 м/с вместо, как, минимум, скорости в 300 м/с. В известном решении, взятом в качестве наиболее близкого аналога (прототипа), тормозной клапан сообщает канал дополнительной разрядки с атмосферой посредством дроссельного отверстия (пат. RU №60456, B60T 15/18 от 05. 06.2006.) При этом сечение дроссельного отверстия обусловливает наименьшее время разрядки золотниковой камеры, определяющее время наполнения тормозного цилиндра. Поэтому важно, чтобы при открытии сообщения канала дополнительной разрядки с атмосферой истечение происходило контролируемым образом через этот канал с дроссельным отверстием. В свою очередь, этот клапан открывается хвостовиком клапана дополнительной разрядки, поджатым пружиной. При этом указанный хвостовик выполнен со срезанной по образующей цилиндрической поверхности частью. Хвостовик и отверстие в седле тормозного (атмосферного) клапана согласно положениям пневматики (В.Н. Дмитриев, В.Г. Градецкий, «Основы пневмоавтоматики», М., Машиностроение. 1973 г., с.42) образуют щелевой цилиндрический дроссель. И, как здесь отмечается, "стабильность и повторяемость такого пневматического сопротивления в большей степени определяется удачно выбранной конструкцией и качеством его изготовления". То есть недостатком этой части конструкции является сильная зависимость пневматического сопротивления от взаимного расположения оси хвостовика и оси отверстия седла тормозного клапана из-за их колебаний. Тем более, что наличие несимметричного среза почти в два раза увеличивает разброс в площади проходного сечения при несоосности указанных деталей, что может приводить к непостоянству расхода воздуха через этот элемент конструкции магистральной части. А это, в свою очередь, может быть одной из причин разброса скорости тормозной волны (280-300 м/с, как, например, приводится "Тормозное и пневматическое оборудование подвижного состава", В.Г. Иноземцев, И.В. Абашкин, Москва, Транспорт, 1984 г., с.123). При открытии тормозного клапана воздух проходит через свободное место в этой части, и будет прижимать хвостовик к стенке седла тормозного клапана. Это может привести к неравномерному поджатию головкой клапана дополнительной разрядки пружины, пожимающей данный клапан, вплоть до посадки на витки в некоторой ее части. В полностью сжатом состоянии и близости внутреннего диаметра пружины и наружного диаметра клапана проход для воздуха заужается и нарушаются расходные характеристики. Кроме того, не исключается повышенное трение в месте касания хвостовиком седла при его обратном ходе. Все это влияет на работу воздухораспределителя и процессы торможения железнодорожного транспортного средства и может снижать скорость срабатывания.
Известен способ определения скорости распространения тормозной волны по длине состава ("Автоматические тормоза", В.Г. Иноземцев, В.М. Казаринов, В.Ф. Ясенцев, М., Транспорт, 1981 г., с.200), в котором для каждого из ста вагонов определяют время срабатывания тормозов вагона и получают соответствующую зависимость. Такие данные можно получить, выполняя соответствующие измерения на составе, на испытательной станции, имитирующей тормозную систему состава из требуемого числа вагонов или ином имитаторе тормозной системы состава. В то же время для 483 воздухораспределителя на величину скорости тормозной волны влияет количество включенных в составе воздухораспределителей. При меньшем числе воздухораспределителей больше скорость тормозной волны. При этом "выключенными" воздухораспределители могут действиями оператора или "дефектами" изготовления. Вопрос о том, каким образом можно попытаться сделать воздухораспределитель чувствительным здесь не ставится.
Более того, в нормах безопасности НБ ЖТ ЦТ-ЦЛ-ЦВ 01-98 «Оборудование пневматическое тормозное для подвижного состава железных дорог» скорость тормозной волны при способе испытания на групповом стенде (прототип) указывается меньшая величина скорости для воздухораспределителя грузового вагона, а именно 275 м/с. То есть на практике 483 воздухораспределитель считается допущенным к эксплуатации, если при экстренном торможении стенд показывает указанную скорость. Относительно причин, приводящих к такой средней скорости распространения тормозной волны, судить из таких испытаний не представляется возможным, хотя считается, что именно эффективная дополнительная разрядка влияет на скорость распространения тормозной волны.
При разработке данного технического решения ставилась задача усовершенствования конструкции воздухораспределителя для надежной реализации его потенциальных возможностей путем подбора параметров пружины, сохранения проходного сечения в камере дополнительной разрядки магистральной части для повышения чувствительности и обеспечения нормального функционирования воздухораспределителя тормоза подвижного состава. Кроме того, при создании данного изобретения решалась задача разработать способ настройки параметров воздухораспределителя, позволяющий улучшить ее эксплуатационные свойства, путем его контроля посредством включения в групповой стенд и включения режима экстренного торможения для определения влияния внесенных в конструкцию изменений на скорость распространения тормозной волны.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в воздухораспределителе тормоза железнодорожного подвижного состава, содержащего в магистральной части промежуточную (ускорительную) камеру с подпружиненным обратным клапаном и толкателем, расположенным в хвостовике подвижной перегородки, с одной стороны которой имеется магистральная камера, а с другой - золотниковая камера, и воздействующим на расположенный в канале дополнительной разрядки подпружиненный клапан дополнительной разрядки с хвостовиком, действующим на подпружиненный тормозной клапан, пружина которого опирается на стакан с дроссельным атмосферным отверстием, связанный с корпусом седла тормозного клапана посредством резьбового соединения хвостовик клапана дополнительной разрядки имеет симметричные срезы по образующей цилиндра, образуя симметричные канавки в теле клапана для прохода воздуха при полностью открытом тормозном клапане, а параметры пружины клапана подобраны так, что рабочая часть силовой характеристики всегда меньше полной силовой характеристики пружины.
Дополнительно, толкатель выполнен из антифрикционного материла, например, типа латуни. Кроме того, пружина камеры дополнительной разрядки для сохранения заданной силовой характеристики имеет уменьшенное количество витков и увеличенный диаметр соответственно.
Поставленная задача решается также тем, что для настройки параметров воздухораспределителя на групповом стенде путем измерения заданных параметров и, в частности, скорости тормозной волны для настройки прибора, не позволяющего достичь, требуемой величины параметра, подбирают характеристики элемента, максимально влияющего на испытываемый параметр, например, для пружины камеры дополнительной разрядки ее жесткость, количество витков, качество проволоки, усилие при заданной величине сжатия, выполняя испытания вплоть до максимального приближения к потенциально возможной величине параметра.
Из обратной линейной зависимости распространения скорости тормозной волны от числа включенных воздухораспределителей следует, что максимальная скорость будет наблюдаться для двух воздухораспределителей, если точность измерений позволит зафиксировать разницу в один воздухораспределитель при отключении третьего. То есть, если установленный в тормозной магистрали (групповой стенд, ином имитаторе тормозной магистрали состава) последний воздухораспределитель не почувствует прихода тормозной волны, то это означает наличие в нем конструктивных недостатков или превышение допустимых технологических допусков. А так как магистральная часть выполняет функцию дополнительной разрядки, влияющей на скорость распространения тормозной волны, то причины нечувствительности следует искать в этой части воздухораспределителя. Поэтому предпочтительно на максимуме скорости тормозной волны настроенного стенда заменой «чувствительного» на «нечувствительный» подбирать характеристики элемента(ов) магистральной части последнего прибора, наиболее существенно влияющих на указанный параметр.
На чертеже фиг.1a схематично изображена принципиальная схема магистральной части воздухораспределителя тормоза подвижного состава с предлагаемыми изменениями в конструкции седла клапанов (фиг.1б). На фиг.2 приведено графическое представление о срабатывания прибора от усилия пружины при заданной величине сжатия.
Воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства имеет в своем составе магистральную часть воздухораспределителя, которая содержит магистральную камеру МК, золотниковую камеру ЗК, как показано на фиг.1а, где также приведены: 1 - тормозной (атмосферный) клапан; 2 - клапан дополнительной разрядки магистрали; 3 - отверстия во втулке, жестко связанной с большой диафрагмой; 4 - клапан ускорителя торможения (обратный клапан); 5 - толкатель; 6 - нижний осевой канал плунжера; 7 - седло малой диафрагмы; 8 - пружина; 9 - переключатель режимов (горного и равнинного): 10 - большая диафрагма; 11 - пружина; 12 - клапан-плунжер, 13 - калиброванное отверстие; 14 - центральный осевой канал плунжера; 15 - манжета уплотнительная. Как показано, большая диафрагма 10 зажата между шайбой с втулкой (хвостовиком), имеющей отверстия 3 и шайбой с отверстием 13 и местом для плунжера 12. Втулка входит через уплотнение клапана 4 в промежуточную (ускорительную) камеру, как показано на схеме, расположенную между клапаном 2 и клапаном 4. Во втулку вставлен толкатель 5, конец которого уперт в подпружиненный клапан дополнительной разрядки 2, установленный в канале дополнительной разрядки 17, как показано на фиг.16. Хвостовик 18 клапана дополнительной разрядки 2 упирается в подпружиненный тормозной (атмосферный) клапан 1. Пружина 19 тормозногоо клапана опирается на дно стакана 20, который навинчивается на наружную поверхность корпуса седла тормозного клапана 21. В дне стакана 20 находится дроссельное отверстие 22. Пружина 23 клапана дополнительной разрядки выполнена из стальной проволоки с обработками, способствующими стабильности ей свойств. Ее длина задана местом расположения. При этом, если при полном открытии клапана 2 она сядет на витки, то тем самым существенно уменьшится площадь расчетного прохода в канале дополнительной разрядки. Чтобы этого не происходило, параметры пружины клапана подобраны так, что рабочая часть силовой характеристики всегда была меньше полной силовой характеристики пружины. То есть при этом всегда сохраняется проход для воздуха при служебных и экстренных режимах торможения в области опоры клапана 2 на внешнюю поверхность седла клапана 1. Причем значения усилий пружины в закрытом и полностью открытом состоянии обеспечивают силовое равновесие в процессах работы конструкции. Сохранение проходного сечения необходимо при открытии клапана 1 хвостовиком 18 клапана дополнительной разрядки 2. Существующая конструкция (пат. RU №60456) не в полной мере удовлетворяет такому требованию, так как при работе в горизонтальном положении при наличии значительных вибраций может как опускаться вниз, так и подниматься. Тем самым даже в пределах допусков (без перекосов) при опоре поверхности клапана на наружную поверхность седла клапана 1 возле пружины 23 клапана 2 величина проходного сечения будет неконтролируемо колебаться, а это скажется на скорости срабатывания воздухораспределителя и скорости прохождения тормозной волны. Поэтому усовершенствование этого клапана выражается в симметричных срезах боковых поверхностей хвостовика 18 с симметричными прямыми проточками 24 в теле клапана 2, например, как показано на фиг.1б. Для обеспечения минимального трения толкатель, действующий на клапан канала дополнительной разрядки, выполнен, например, из латуни.
Предлагаемый воздухораспределитель тормоза железнодорожного подвижного состава, содержащий, в том числе магистральную часть с седлом клапанов, работает следующим образом. При снижении давления в тормозной магистрали подвижная перегородка 4 прогибается вправо под давлением воздуха из золотниковой камеры 3. Толкатель 9 открывает клапан дополнительной разрядки 10, сжимая пружину 22, который хвостовиком 12 открывает тормозной клапан 13. При этом сначала промежуточная полость 8 сообщается с каналом дополнительной разрядки 11, и воздух из магистрали перетекает через обратный клапан 7 и главную часть (не показана) в тормозной цилиндр (не показан) и через отверстие в уравнительном поршне главной части - в атмосферу. При повышении давления в канале дополнительной разрядки клапан мягкости (показан на фиг.1а, как дроссель) перекрывает сообщение между магистральной и золотниковой камерами. Толкатель 9 упирается в открытый клапан 10 и отодвигает плунжер 5. После снижения в ней давления на некоторую заданную величину главный поршень главной части (не показан) перекрывает канал дополнительной разрядки и быстрое снижение давления в магистральной и золотниковой камерах прекращается. Дальнейшее снижение давления в золотниковой камере происходит через тормозной клапан и дроссельное отверстие. При этом важно, что контролируемое истечение воздуха в камеру тормозного клапана происходит по симметричным проходам хвостовика и не происходит неравномерного давления на седло тормозного клапана. А пружина в силу большеного диаметра и меньшего числа витков при той же рабочей высоте всегда будет иметь запас свободного хода, и не при каких условиях не придет в состояние соприкосновения витков. Установка клапана и пружины указанной конструкции позволяет стабильно получать скорость тормозной волны ≥300 м/с при испытаниях на групповом стенде (100 управляемых воздухораспределителей в линии).
В соответствии с Нормами скорость распространения тормозной волны определяют как частное от деления длины тормозной магистрали группового стенда (от крана машиниста или заменяющего его устройства до последнего концевого крана тормозной магистрали) на время с момента начала снижения давления в тормозной магистрали темпом экстренного торможения до начала появления давления в тормозном цилиндре стенда относящегося к последнему вагону. При настройке прибора на групповом стенде (имитаторе тормозной магистрали) выполнялась, например, такая последовательность поиска элементов конструкции магистральной части, влияющих на срабатывание прибора при обеспечении максимально возможной скорости тормозной волны. Так как, при меньшем числе воздухораспределителей скорость тормозной волны наибольшая, то при наличии двух воздухораспределителей можно выявить те из них, которые обеспечивают максимальную скорость тормозной волны для данных условий испытаний и те, которые давали замедленную разрядку или были вообще «нечувствительными». Затем перестановкой или блока клапанов или отдельных деталей «чувствительных» приборов в «нечувствительный» с последующими испытаниями находился элемент конструкции, который подозревался в наличии «существенного влияния» на перевод воздухораспределителя из категории «нечувствительных» в категорию «чувствительных». Как было выявлено, одним из таких элементов конструкции может быть признана пружина клапана камеры дополнительной разрядки, которая всегда находится в поджатом состоянии. Как показано на фиг.2, пружины при заданном сжатии могут развивать различные усилия. Однако срабатывание (+1 т.е переход «нечувствительный» в «чувствительный») воздухораспределителя при прочих равных условиях происходит при прохождении определенного граничного значения по силе пружины. При этом важно отметить, что выбор пружин по силе предварительного поджатия снизу ограничен условием отсутствия самопроизвольного срабатывания прибора (пунктирная линия). Понятно, что при перенастройке из-за неконтролируемой величины трения непросто получить повторяемость в работе прибора. Это будет некоторый интервал, но можно некоторые параметры пружины варьировать, например: жесткость, количество витков, качество проволоки, усилие при заданной величине сжатия так, чтобы уменьшить влияние технологических допусков. На приближение вплоть до максимально возможного к требуемой величине скорости распространения тормозной волны будут работать также и изменения, выполненные в области хвостовика клапана камеры дополнительной разрядки, описанные выше и направленные на постоянство проходного сечения.
На приведенное техническое решение выполнена конструкторская документация, проведено опробование в воздухораспределителе типа 483, которое подтвердило гарантированное получение указанной величины по скорости. Была выпущена серия приборов для аттестации и последующей пробной эксплуатации. Таким образом, при эксплуатации существенно повышается надежность работы воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства.