АВТОМАТИЧЕСКИЙ СТОЯНОЧНЫЙ ТОРМОЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И УЗЕЛ ЕГО ОТКЛЮЧЕНИЯ
AUTOMATIC PARKING BRAKE OF RAILWAY VEHICLE AND ITS SHUTDOWN ASSEMBLY

Область техники, к которой относятся изобретения
Группа изобретений относится к железнодорожному транспорту, а именно к автоматическому стояночному тормозу, предназначенному для удержания единицы железнодорожного подвижного состава в неподвижном состоянии или её принудительной остановке при отказе основной тормозной системы в ситуации выполнения экстренного торможения и последующего истощения тормозной системы, и может быть использована в системе торможения отдельной единицы пассажирского железнодорожного подвижного состава, преимущественно моторвагонного подвижного состава.
Уровень техники
Согласно современным требованиям, предъявляемым к тормозному оборудованию, автоматический стояночный тормоз, не приведенный в действие, не должен оказывать влияние на работу основной тормозной системы (п. 5.1.6, ГОСТ 32880-2014, «Тормоз стояночный железнодорожного подвижного состава. Технические условия»).
В случае возникновения некоторых отказов автоматического стояночного тормоза, например, в ситуации повреждения манжеты управляющего поршня фиксирующего узла, под воздействием превалирующего усилия включающей пружины, гайка постоянно находится в конусном фрикционном зацеплении с червячным колесом, и при любом служебном торможении автотормоза исключает расторможение механической части автотормоза подвижной единицы. Это вынуждает отключать на подвижной единице автотормоз и вручную выводить автоматический стояночный тормоз из режима «действие».
Из уровня техники известны решения, приведенные ниже, использование которых позволит в случае неисправности автоматического стояночного тормоза оперативно отключить его от работы тормозной системы и продолжить эксплуатацию вагона с исправным тормозом без влияния на него стояночного.
Наиболее близким по технической сущности является автоматический стояночный тормоз железнодорожного транспортного средства (Патент РФ №2553498, В61Н 11/02, B60T 13/68, 20.03.2015 г.), содержащий тормозной цилиндр, шток которого шарнирно связан с тормозной рычажной передачей, а также узел фиксации штока, содержащий оснащенный поршнем полый винт, свободно вращающуюся на упорном подшипнике конусную гайку и контртело в виде втулки, которые во взаимодействии образуют фрикционную пару. Корпус стояночного тормоза закрыт крышкой с образованием герметичной полости перед поршнем полого винта, которая связана с тормозной полостью тормозного цилиндра. Для блокировки стояночного тормоза полый винт фиксируется в положении, не влияющим на работу тормозного цилиндра. Для фиксации указанного положения полого винта в упомянутой крышке установлен стопорный болт-заглушка с двумя выточками под уплотнительную манжету и четырехгранной контргайкой.
Недостатком известного устройства является размещение стопорного болта в крышке, образующей вместе с корпусом стояночного тормоза герметичную полость, связанную с тормозной полостью тормозного цилиндра. Любое нарушение установки стопорного болта, повлекшее разгерметизацию полости, может привести к нарушению или отказу работы тормозного цилиндра, что недопустимо в целях безопасности. Кроме того, размещение болта не защищает его от попадания под резьбу инородных частиц и грязи, а также излишней влаги, способствующего появлению коррозии на металле, что также может привести к разгерметизации полости под воздействием динамических нагрузок в процессе эксплуатации. Кроме того, стопорный болт не защищен от несанкционированного выкручивания из крышки, что также влечет к разгерметизации тормозной полости тормозного цилиндра и его последующей неработоспособности.
Наиболее близким по технической сущности является узел отключения автоматического стояночного тормоза железнодорожного транспортного средства  (Патент РФ №2553498, В61Н 11/02, B60T 13/68, 20.03.2015 г.), который включает оснащенный поршнем полый винт стояночного тормоза, положение которого блокируется с помощью стопорного болта-заглушки с двумя выточками под уплотнительную манжету, путем вворачивания его во внутренний резьбовой торец полого винта с последующим законтриванием болта четырехгранной контргайкой. Первая выточка размещена в теле болта таким  образом, чтобы при вворачивании болта на расстоянии до первой выточки обеспечивалась герметизация полости перед поршнем полого винта с помощью штатной уплотнительной манжеты размещаемой в этой выточке. Вторая выточка размещена в теле болта таким образом, чтобы при его вворачивании в крышку осуществлялось его довворачивание во внутренний резьбовой торец винта и одновременно герметизация полости перед поршнем полого винта с помощью переставленной из первой выточки во вторую выточку, штатной манжеты.
Недостатком известного узла блокировки является использование резьбового соединения для блокировки положения полого винта, что снижает надежность  блокировки и влияет на безопасность движения в целом, поскольку не гарантирует исключение влияния автоматического стояночного тормоза в случае его неисправности на работу тормозного цилиндра, и, как следствие, на тормозные процессы транспортного средства. Кроме того, представленный метод блокировки требует от обслуживающего персонала целый ряд действий, что усложняет процесс обслуживания стояночного тормоза.
Раскрытие изобретений
При создании изобретений решалась задача повышения безопасности движения путём обеспечения сохранения работы автотормоза железнодорожного транспортного средства.
Технический результат – повышение надежности автоматического стояночного тормоза и узла его отключения.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматический стояночный тормоз железнодорожного транспортного средства содержит тормозной цилиндр, шток которого шарнирно связан с тормозной рычажной передачей, и узел фиксации штока тормозного цилиндра, включающий подпружиненный управляющий поршень, установленный с образованием в корпусе герметичной управляемой полости и атмосферной полости и воспринимающий разность встречно направленных усилий от пружины и давления в управляемой полости, при этом в теле управляющего поршня установлена конусная гайка, выполненная с возможностью перемещения вдоль полого винта с несамотормозящейся резьбой, который выполнен с возможностью одновременного осевого перемещения вместе со штоком тормозного цилиндра под воздействием рабочего давления, и возврата в исходное положение, а также стопорения посредством конусной гайки, образующей фрикционную пару со стопорящимся контртелом при отсутствии давления в управляемой полости, при этом согласно изобретению, узел отключения автоматического стояночного тормоза установлен в атмосферной полости и выполнен с возможностью взаимодействия в рабочем состоянии с полым винтом для фиксации его в исходном положении.
При этом, согласно изобретению, контртело выполнено в виде смонтированного в корпусе на упорном подшипнике червячного колеса, внутренняя поверхность которого выполнена конической, сужающейся по направлению от конусной гайки.
При этом, согласно изобретению, червячное колесо постоянно сопряжено с червяком, выполненным с возможностью стопорения червячного колеса.
При этом, согласно изобретению, червяк является механизмом ручного привода управления перемещением полого винта и содержит четырехгранную головку с поверхностью «под ключ».
При этом, согласно изобретению, один конец полого винта жестко связан с поршнем с образованием перед поршнем герметичной рабочей полости, постоянно сообщенной с тормозной полостью тормозного цилиндра посредством сквозного отверстия в полом винте.
Указанный технический результат достигается тем, что узел выключения автоматического стояночного тормоза содержит болт,  выполненный с возможностью фиксации исходного положения полого винта, при этом согласно изобретению, болт выполнен невыпадающим с возможностью взаимодействия в рабочем состоянии с полым винтом автоматического стояночного тормоза для фиксации его в исходном положении и закреплен в корпусе стояночного тормоза с помощью стопорного кольца.
При этом, согласно изобретению, невыпадающий болт выполнен с одной стороны с хвостовиком, имеющим гладкую поверхность, а с другой стороны – с головкой, поверхность которой выполнена «под ключ» и обеспечивает  вкручивание невыпадающего болта в  корпус.
При этом, согласно изобретению, стержень невыпадающего болта включает часть с гладкой поверхностью и часть с резьбовой поверхностью для его вкручивания в корпус, причем в нерабочем состоянии узла отключения между ответными резьбовыми поверхностями болта и корпуса предусмотрен зазор.
При этом, согласно изобретению, невыпадающий болт содержит пресс-шайбу, выполненную с возможностью упора при вворачивании болта в ступень большего диаметра сквозного отверстия корпуса.
При этом, согласно изобретению, наружная цилиндрическая поверхность пресс-шайбы имеет кольцевую проточку с размещенным в ней уплотнительным кольцом.
При этом, согласно изобретению, содержит пружину сжатия, размещенную в сквозном отверстии корпуса с упором с одной стороны ступень меньшего диаметра сквозного отверстия, а с другой стороны - в торцевую поверхность пресс-шайбы.
Эксплуатация известных аналогов показала эффективность использования автоматического стояночного тормоза с возможностью его отключения в случае необходимости. В случае отказа автоматического стояночного тормоза в любой ситуации отключения автотормоза не требуется, достаточно отключить стояночный тормоз от работы и пустить транспортное средство по маршруту.
Надежность автоматического стояночного тормоза с возможностью отключения достигается путем размещения узла отключения в полости без давления, благодаря чему исключаются возможные утечки сжатого воздуха и потеря работоспособности автоматического стояночного тормоза и автотормоза в целом.
Надежность автоматического стояночного тормоза достигается путем использования в узле отключения невыпадающего болта, который в нерабочем состоянии естественно размещается в корпусе. Благодаря чему исключается влияние динамических нагрузок на резьбовые элементы узла отключения. Сохраняется тем самым его работоспособность.
Кроме того, обеспечивается защита узла отключения от попадания влаги, грязи и инородных частиц за счет использования в конструкции узла отключения пресс-шайбы с уплотнением, тем самым исключается коррозийное разрушение элементов стояночного тормоза и его узла отключения.
Кроме того, конструкция узла отключения не допускает несанкционированное вкручивание его в корпус, тем самым несанкционированное отключение автоматического стояночного тормоза.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретений поясняется описанием конкретного примера исполнения и иллюстрируется прилагаемыми графическими материалами, где на:
фиг. 1 – автоматический стояночный тормоз железнодорожного транспортного средства  (общий вид);
фиг. 2 – узел отключения автоматического стояночного тормоза (в нерабочем состоянии);
фиг. 3 – узел отключения автоматического стояночного тормоза (в рабочем состоянии).
Осуществление группы изобретений
Автоматический стояночный тормоз железнодорожного транспортного средства содержит тормозной цилиндр 1, шток 2 которого шарнирно связан с  тормозной рычажной передачей железнодорожного транспортного средства (не показана), а также узел фиксации 3 штока 2  тормозного цилиндра 1 (фиг. 1).
Тормозной цилиндр 1 содержит корпус, герметично закрытый задней крышкой 4. Внутри корпуса тормозного цилиндра 1 размещен связанный со штоком 2 поршень 6, подпружиненный возвратной пружиной 7. Поршень 6 со штоком 2 выполнены с возможностью осевого перемещения в корпусе тормозного цилиндра 1 под воздействием сжатого воздуха, поступающего из воздухораспределителя (не показан) через впускное отверстие 8 и создающего рабочее давление в тормозной полости 9, и возврата в исходное положение под воздействием пружины 7 в отпускном положении тормозного цилиндра 1.
Узел фиксации 3 размещен в отдельном корпусе 10, который может быть установлен в заднюю крышку 4 тормозного цилиндра посредством фланцевого соединения или путем вворачивания в заднюю крышку 4. Корпус узла фиксации 3 может включать прилив 5, выполненный на задней крышке 4. В представленном примере узел фиксации 3 размещен в корпусе 10, состоящим из прилива 5 задней крышки 4 и стакана, закрепленного посредством фланцевого соединения на приливе 5.
Узел фиксации 3 включает в себя полый винт 11 с несамотормозящейся резьбой, один конец которого жестко связан с поршнем 12 с образованием в корпусе 10 герметичной рабочей полости 13 перед поршнем 12, постоянно сообщенной с тормозной полостью 9 тормозного цилиндра 1 посредством сквозного отверстия 14 в полом винте 11. Свободный конец полого винта 11 взаимодействует со штоком 2 тормозного цилиндра 1 посредством поршня 6 тормозного цилиндра 1. Таким образом, полый винт 11 узла фиксации 3 выполнен с возможностью одновременного осевого перемещения вместе со штоком 2 тормозного цилиндра 1 под воздействием рабочего давления, и возврата в исходное положение под действием пружины тормозного цилиндра.
На полом винте 11 установлена находящаяся в постоянном зацеплении с ним конусная гайка 15, смонтированная посредством подшипника 16 в теле управляющего поршня 17 с возможностью перемещения вдоль полого винта 11 по его резьбе.
Рабочая поверхность конусной гайки 15 выполнена конической, сопрягаемой с внутренней поверхностью контртела с образованием фрикционной пары, фиксирующей движение конусной гайки 15 вдоль полого винта 11. В представленном примере контртелом является червячное колесо 18, внутренняя поверхность которого выполнена конической, сужающейся по направлению от конусной гайки 15.
Червячное колесо 18 смонтировано в корпусе 10, например, на упорном подшипнике 19 и находится в постоянном сопряжении с червяком 20, выполненным с возможностью стопорения червячного колеса 18. Червяк 20, который является механизмом ручного привода управления перемещением полого винта 11, содержит четырехгранную головку (на чертеже не показана) с поверхностью «под ключ», с помощью которой можно вручную воздействовать через полый винт 11 на шток 2 тормозного цилиндра 1 в случае зацепления фрикционной пары, путем вращения червяка вручную с помощью спецключа.
Управляющий поршень 17 установлен в корпусе 10 с образованием герметичной управляемой полости 21 и атмосферной полости 22. Управляющий поршень 17 подпружинен пружиной сжатия 23, размещенной в атмосферной полости 22, и воспринимает разность встречно направленных усилий от пружины 23 и давления в управляемой полости 21, создаваемого поступлением сжатого воздуха из тормозной магистрали (или запасного резервуара) по каналу управления 24 автоматическим стояночным тормозом. Вместе с тем, пружина сжатия 23 управляющего поршня 17 обеспечивает фрикционное зацепление конусной гайки 15 с червячным колесом 18 в случае снижения давления в тормозной магистрали, необходимого для преодоления усилия, создаваемого пружиной 23. Таким образом, пружина 23 включает процесс стопорения полого винта 11 и, следовательно, штока 2 тормозного цилиндра 1, в экстренных случаях падения давления в тормозной магистрали либо его отсутствия на стоянке.
Особенностью предлагаемого стояночного тормоза является наличие узла  отключения 25 стояночного тормоза, размещенного в атмосферной полости 22, который выполнен с возможностью взаимодействия в рабочем состоянии с полым винтом для фиксации его в исходном положении (на фиг. 1), не влияющем на осевое перемещение поршня 6 и штока 2 тормозного цилиндра 1, а, следовательно, не влияющим на работу тормозного цилиндра 1 в целом.
Узел отключения 25 стояночного тормоза расположен в атмосферной полости 22, благодаря чему исключается вероятность разгерметизации рабочей полости 13 и постоянно сообщенной с ней тормозной полости 9 тормозного цилиндра 1. Данное решение обеспечивает безопасность при работе тормозного цилиндра, оснащенного стояночным тормозом.
Узел отключения 25 стояночного тормоза (фиг. 2) содержит невыпадающий болт 26, установленный в корпусе 10, включающим прилив 5. В представленном примере, узел отключения 25 установлен в приливе 5 задней крышки 4 тормозного цилиндра, являющимся составляющим элементом корпуса 10, и закреплен с помощью стопорного кольца 27. Невыпадающий болт 26 выполнен с одной стороны с хвостовиком 28, а с другой стороны – с головкой 29, поверхность которой обеспечивает вкручивание невыпадающего болта 26 в корпус 10, для чего поверхность 30 головки 29 выполнена «под ключ».
Стержень 31 невыпадающего болта 26 включает часть с гладкой поверхностью 32 и часть с резьбовой поверхностью 33 для его вкручивания в сквозное отверстие корпуса 10, для чего на внутренней поверхности ступени меньшего диаметра сквозного отверстия выполнена ответная резьба 34. С целью устранения динамических нагрузок на резьбу невыпадающего болта 26 и несанкционированного вкручивания болта 26 в нерабочем состоянии узла отключения 25 длина части  стержня 31 с гладкой поверхностью 32 немногим больше длины сквозного резьбового отверстия 34  в корпусе 10, предназначенного для вкручивания болта, таким образом, в нерабочем состоянии узла отключения между ответными резьбовыми поверхностями 33 и 34 болта 26 и корпуса 10 соответственно предусмотрен зазор 35 для гарантированного исключения их резьбового зацепления.
Невыпадающий болт 26 содержит пресс-шайбу 36, выполненную с возможностью упора при вворачивании болта 26 в ступень 37 большего диаметра сквозного отверстия корпуса 10.
Для защиты  резьбового соединения болта 26 от внешних загрязнений наружная цилиндрическая поверхность пресс-шайбы 36 имеет кольцевую проточку 38 для размещения уплотнительного кольца 39.
Для фиксации положения болта 26 в корпусе 10 в нерабочем состоянии узла отключения 25 может быть предусмотрена пружина сжатия 40, размещенная в сквозном отверстии корпуса 10 с упором с одной стороны в соответствующую ступень меньшего диаметра сквозного отверстия корпуса 10, а с другой стороны – в торцевую поверхность пресс-шайбы 36.
В представленном варианте исполнения в рабочем состоянии узла отключения 25 (фиг. 3) стояночного тормоза при вворачивании невыпадающего болта 26 в корпус 10 обеспечивается фиксация полого винта 11 путем взаимодействия хвостовика 28 невыпадающего болта 26 с выступом 41, образованным на наружной безрезьбовой поверхности полого винта 11, тем самым исключается воздействие полого винта 11 на шток 2 тормозного цилиндра 1. Данный вариант исполнения не является ограничивающим изобретения, поскольку фиксация полого винта может быть обеспечена также путем взаимодействия хвостовика, например, со стопорным кольцом, втулкой или кольцевой проточкой в теле винта.
Стояночный тормоз работает следующим образом.
При подаче сжатого воздуха из тормозной магистрали (запасного резервуара) нормируемой величины по каналу управления 24 создаваемое давление осуществляет воздействие на управляющий поршень 17 (фиг. 1). Под действием давления управляющий поршень 17, перемещаясь вправо (по рисунку), осуществляет сжатие пружины 23, а также смещение гайки 15 с последующим её отводом и выводом из конусного фрикционного зацепления с червячным колесом 18. Давление, нагнетаемое воздухораспределителем через впускное отверстие 8 поступает в тормозную полость 9 тормозного цилиндра 1 и через сквозное отверстие 14 полого винта 11 поступает в рабочую полость 13. Давление в рабочей полости 13  воздействует на поршень 12, вызывая смещение полого винта 11 вслед за поршнем 6 тормозного цилиндра 1. При последующем отпуске тормозного цилиндра 1, по мере снижения давления в тормозной полости 9, усилием возвратной пружины 7 обеспечивается штатный отход поршня 6 в исходное положение. Одновременно с отходом поршня 6 обеспечивается отход полого винта 11 в исходное положение за счет свободного свинчивания с него гайки 15 в результате ее нахождения вне конусного фрикционного зацепления с червячным колесом 18.
При всех режимах торможения без полной разрядки тормозной магистрали работа стояночного тормоза не влияет на тормозные процессы транспортного средства.
В случае снижения давления в тормозной магистрали ниже нормируемой величины, воздействие на управляющий поршень 17 осуществляется усилием пружины 23. При этом происходит смещение и заклинивание 20 червячного колеса 18 и гайки 15, находящейся в конусном фрикционном зацеплении с червячным колесом 18. Вместе с заклиниванием гайки 15 происходит заклинивание полого винта 11, который подпирает поршень 6 тормозного цилиндра 1 и исключает его отход в исходное положение.
Для дистанционного прекращения действия автоматического стояночного тормоза нейтрализуется удерживающее усилие полого винта 11 подачей давления сжатого воздуха, необходимого для полного служебного торможения. Под действием давления управляющий поршень 17, преодолевая усилие пружины 23, отходит вправо. При этом конусная гайка 15 выходит из фрикционного зацепления, обеспечивая свободное перемещение полого стержня 11 вдоль корпуса 10.
В ситуации штатной работы автоматического стояночного тормоза обеспечивается свободное положение невыпадающего болта 26  узла отключения 25 за счет его фиксации с помощью стопорного кольца 27. Свободное положение защищает невыпадающий болт 26 от несанкционированного выкручивания. Кроме того, вибрации и другие динамические нагрузки не оказывают разрушающего воздействия на резьбовые элементы 33 и 34. При этом пресс-шайба 36 с расположенным в ее проточке 38 уплотнительным кольцом 39 обеспечивает защиту элементов узла отключения 25 и атмосферной полости 22 от пыли и грязи.
Для отключения работы автоматического стояночного тормоза, например, при маневровой работе, невыпадающий болт 26 вворачивают в корпус 10 до упора пресс-шайбы 36 в выступ 37 (фиг. 1, 3), с обеспечением утапливания головки болта заподлицо с корпусам 10 для визуальной оценки состояния автоматического тормоза. При вворачивании болта 26 безрезьбовая часть 32 стержня 31 выходит в область движения полого винта 11 и, взаимодействуя с выступом 41, стопорит его движение в сторону тормозного цилиндра 1.
Таким образом, указанный технический результат достигнут, обеспечено повышение надежности автоматического стояночного тормоза и узла его отключения.