ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ТОРМОЗОВ

Настоящее изобретение относится к воздухораспределителю для автоматически действующих пневматических тормозов для создания давления в тормозном цилиндре по меньшей мере в одном подключенном тормозном цилиндре в зависимости от разницы в давлении между давлением в подключенной основной воздушной магистрали поезда и запасенным эталонным давлением, которое является производным от давления в основной воздушной магистрали.
Сферой применения данного изобретения является строительство рельсового транспорта. Обычно рельсовые транспортные средства имеют автоматическую пневматическую тормозную систему, в которой снижение давления в основной воздушной магистрали, исходя из стандартного рабочего давления, вызывает образование давления в тормозном цилиндре. Функцию переноса снижающегося давления в основной воздушной магистрали на увеличивающееся давление в тормозном цилиндре и наоборот выполняют воздухораспределители.
Наряду с этим, эти воздухораспределители выполняют и другие функции, которые связаны с заполнением, закрытием и удалением воздуха из пространств с запасенным сжатым воздухом, регулированием определенных статических характеристических кривых давления в тормозном цилиндре и ускорением передачи закодированных как величина давления сигналов в основной воздушной магистрали.
Наконец, их дополняют функции, которые также и при быстром и сильном изменении давления в основной воздушной магистрали обеспечивают только постепенное изменение давления в тормозных цилиндрах для того, чтобы ограничить возникающий толчок на транспортных средствах и продольные силы внутри поезда.
Из справочника Асадченко В.Р.: «Автоматические тормоза подвижного состава железного транспорта» (русск.), Москва 2002, стр.71 и далее, следует общий принцип воздухораспределителя. Воздухораспределитель обычно закреплен на опоре воздухораспределителя, и необходимые подсоединения сжатого воздуха устанавливаются при помощи соответствующих подключений на опоре воздухораспределителя. Внутри опоры находятся камеры для управляющего давления S (давление в золотниковой камере) и эталонного давления А. Воздухораспределитель состоит из главной и магистральной части. За создание давления в тормозном цилиндре отвечает главная часть, в то время как магистральная часть создает управляющее давление S. Оба давления А и S служат для управления главной частью, при этом давление А при торможении дает справочное значение стандартного рабочего давления, то есть первоначального давления в основной воздушной магистрали в положении движения, а давление S - скорректированное по времени справочное значение актуального давления в основной воздушной магистрали во время торможения.
Существенными компонентами основной части являются управляющие поршни, воздействующие на них нажимные пружины, встроенный двухседельный клапан для подачи или выпуска воздуха из подключенного тормозного цилиндра, а также уравнительный поршень, который перемещается за счет давления в тормозном цилиндре, преодолевая силы двух регулируемых нажимных пружин.
При торможении давление в основной воздушной магистрали L снижается. В соответствии с этим также снижается подаваемое на управляющий поршень управляющее давление S, в то время как противоположное эталонное давление А остается по существу неизменным. Получаемое в результате перемещение управляющего поршня против нажимной пружины приводит к открытию впускного клапана. При этом сжатый воздух поступает из резервуара через поперечные отверстия полого поршневого штока к впускному клапану, а через него - в тормозной цилиндр.
Устанавливающееся давление С в тормозном цилиндре определяется за счет того, что уравнительный поршень при воздействии возникающего давления С в тормозном цилиндре отклоняется в том же направлении до тех пор, пока впускной клапан снова не закроется. Когда это произойдет, зависит от нажимных пружин уравнительного поршня. Они могут быть настроены по-разному для того, чтобы настраивать воздухораспределитель на пустые, частично загруженные и полностью загруженные транспортные средства.
При определенном ходе управляющего поршня эффективное поперечное сечение поперечных отверстий дросселируется для того, чтобы замедлить скорость роста давления в тормозном цилиндре. Целью является допущение роста давления в тормозном цилиндре с такой скоростью, что опасные продольные силы в поезде предотвращаются.
Настоящее решение имеет недостаток, что дросселирование оптимально только в том случае, если в наличии имеется определенное максимальное давление и определенный объем тормозного цилиндра. Если, например, оптимизировать диаграмму заполнения загруженного полностью транспортного средства с максимальным давлением 4,2 бар и тормозным цилиндром с диаметром 14 дюймов и ходом 100 мм, то эффект дросселирования поперечных отверстий при максимальном давлении 3,2 бар слишком мал, при использовании воздухораспределителя для двойного количества тормозных цилиндров оно бы было слишком большим.
Отсутствие зависимости времени наполнения тормозного цилиндра при экстренном торможении от объема тормозного цилиндра и от максимального давления в тормозном цилиндре также называют унифицированным воздействием. Воздухораспределители без унифицированного воздействия имеют тот недостаток, что они являются менее универсальными в использовании.
Кроме того, проявляется недостаток, что при определенной длине ходе поршневого штока отверстия подачи давления из резервуара должны быть закрыты, для чего уплотнения перемещаются через относительно большие или же многочисленные поперечные отверстия. При этом происходит повышенный износ уплотнения и возникают дополнительные производственные затраты для того, чтобы достичь приемлемого для уплотнений состояния краев отверстий.
Из SU 988617 известна модификация такого воздухораспределителя. В данном случае особенность состоит, прежде всего, в том, что используется дополнительный управляющий поршень, который взаимодействует с зазором относительно известного управляющего поршня и дополнительной нажимной пружиной. Цель этого устройства заключается в повышении надежности перемещения поршневого штока. Помимо уже названной оно также имеет функцию закрытия после начала торможения канала дополнительного выпуска воздуха из основной воздушной магистрали, при этом желаемой является определенная точность относительно разницы между эталонными давлениями в момент закрытия. Кроме того, понятно, что дросселирование потока давления из резервуара здесь осуществляется через коаксиальное отверстие в поршневом штоке. Уже названные недостатки данной модификацией не исключаются, при этом это также не является целью модификации.
Еще одна модификация представлена в RU 2180628. Она относится к функции закрытия канала дополнительного выпуска воздуха из основной воздушной магистрали, для которой был создан собственный конструктивный узел. Для дросселирования снова используются поперечные отверстия, которые перекрываются уплотнениями. Названные недостатки также не затронуты данным решением.
Недостаток зависимости времени наполнения тормозного цилиндра от соотношения дросселя с объемом тормозного цилиндра и определенным максимальным давлением может быть принципиально исключен, если скомбинировать воздухораспределитель с релейным клапаном. При этом дроссель воздействует на неизменный объем в системе управления релейного клапана, который передает изменение давления в нем на тормозной цилиндр или цилиндры, независимо от его объема, до тех пор, пока оно находится в определенных пределах. Это, например, описано в документе I-ЕС00.25 заявителя.
При этом снова возникает недостаток, что требуется дополнительный релейный клапан, за счет чего возникают соответствующие затраты.
Из публикации патента DD 239166 известно получение стандартизирующего воздействия на воздухораспределитель с тремя ступенями давления без релейного клапана, в котором перед соединенной с основной воздушной магистралью камерой воздухораспределителя с тремя ступенями давления подключаются крайне важные для времени наполнения и опустошения тормозного цилиндра сопла. Это решение имеет тот недостаток, что воздух из камеры управления может поступать в основную воздушную магистраль, за счет чего может быть вызвано пагубное замедление передачи сигнала в основную воздушную магистраль.
В основу изобретения положена задача создания воздухораспределителя, время наполнения тормозного цилиндра или цилиндров которого находится в определенных пределах независимо от объема и максимального давления тормозного цилиндра, и предотвращается необходимость в дополнительном релейном клапане.
Исходя из пневматического воздухораспределителя согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, задача решена в комбинации с его отличительными признаками. Нижеперечисленные зависимые пункты отражают предпочтительные усовершенствования изобретения.
Изобретение включает в себя техническое решение, что поперечное сечение потока для наполнения тормозного цилиндра из одного из запасных воздушных резервуаров через двухседельный клапан больше, чем поперечное сечение, требуемое для получения наименьшего нормативного времени торможения при наибольшем объеме воздуха по меньшей мере в одном тормозном цилиндре. Для достижения нормализованного воздействия это поперечное сечение выполнено такого размера, что сжатый воздух от подключения запасного воздушного резервуара поступает к двухседельному клапану несущественно дросселированным, за счет чего временная характеристика давления в тормозном цилиндре С только несущественно отличается от временной характеристики разницы между эталонным давлением А и управляющим давлением S. Это действует в рамках принятых с технической точки зрения размеров тормозных цилиндров и времени их наполнения.
Преимущество предлагаемого решения заключается, прежде всего, в том, что за счет этой простой технической меры нормализованное воздействие воздухораспределителя достигается независимо от величины и максимального давления тормозного цилиндра. Предлагаемая мера сконцентрирована на целенаправленном определении размеров поперечного сечения соединения вплоть до седла впускного клапана двухседельного клапана. Аналогичное преимущество также может быть достигнуто для выпуска воздуха из тормозного цилиндра при отпускании тормоза, даже если поперечное сечение соединения между тормозным цилиндром и выходом в окружающую среду О через двухседельный клапан имеет по меньшей мере ту же величину, что и поперечное сечение, требуемое для получения наиболее короткого нормативного времени выпуска воздуха при самом большом количестве воздуха в объеме тормозного цилиндра или же тормозных цилиндров.
В принципе, под двухседельным клапаном следует понимать конструктивную комбинацию двух клапанов, которые попеременно оба открыты или оба закрыты. Седла клапана при этом могут быть расположены концентрически на одной высоте, но также и ступенчато или напротив закрывающего элемента, который регулирует впуск и выпуск сжатого воздуха в тормозной цилиндр или же из тормозного цилиндра при взаимодействии одного общего или двух уплотнений с седлами клапана.
Согласно усовершенствующей изобретение мере предлагается, что двухседельный клапан оснащен имеющим форму полого цилиндра закрывающим элементом, расположенная со стороны управляющего поршня торцевая поверхность которого взаимодействует с седлом входного клапана большего диаметра, а также коаксиально расположенным к нему выпускным клапаном меньшего диаметра. При этом отводимый воздух выходит из выпускного клапана через имеющий форму полого цилиндра закрывающий элемент в окружающую среду О. За счет этого воздух предпочтительным образом может выводиться по короткому пути, так что необходимы только достаточно короткие каналы внутри клапана.
Согласно другой мере усовершенствования изобретения предлагается, что эффективный диаметр седла входного клапана соответствует внутреннему диаметру закрывающего элемента двухседельного клапана по внешнему радиусу в области уплотнения, охватывающего торцевую поверхность со стороны дна. При помощи этой меры создается разгруженное по давлению клапанное устройство. При таком разгруженном по давлению клапанном устройстве отсутствует активная нагруженная поверхность давления из области запасенного давления на закрывающий элемент двухседельного клапана, так что в действие вступает только встроенная, создающая давление закрытия на закрывающий элемент нажимная пружина.
Кроме того, предлагается, что как впускной, так и выпускной клапан имеют коническое поперечное сечение. Коническое поперечное сечение создает точные круговые линии касания с торцевой поверхностью со стороны управляющего поршня закрывающего элемента. За счет таких линий касания достигается очень маленькая разница в диаметре, что при открытии клапана позволяет избежать начала дросселирования через слишком малый кольцевой зазор между седлами клапанов. Эта конструкция способствует разгрузке клапана от сил давления.
Согласно еще одной усовершенствующей изобретение в отношении разгруженного по давлению клапанного устройства меры предлагается, что аксиально на расстоянии от вышеупомянутого уплотняющего кольца со стороны дна у поршня С было предусмотрено еще одно уплотнение, которое по внешнему радиусу прилегает к закрывающему элементу, а именно, прежде всего, к диаметру, который по меньшей мере приблизительно соответствует активному диаметру выпускного клапана. Так как седло выпускного клапана имеет меньший диаметр по отношению к коаксиально окружающему его седлу впускного клапана, закрывающий элемент в области этого дополнительного уплотнения оснащен упором. Для реализации этого дальнейшего снижения давления следует соединить образованное между этим другим уплотнительным кольцом и уплотнением со стороны дна на поршне С пространство с подключением к тормозному цилиндру, так чтобы в нем возникло давление тормозного цилиндра. При помощи этой меры благоприятным образом получается вдвойне разгруженный по давлению клапан, которым можно точно управлять путем автоматического регулирования.
Прочие усовершенствующие изобретение меры представлены ниже подробнее вместе с описанием предпочтительных форм осуществления изобретения со ссылкой на фигуры. Показано на:
Фиг.1 схематический продольный разрез пневматического воздухораспределителя в качестве регулирующего элемента для регулируемой подачи сжатого воздуха в тормозной цилиндр согласно первому примеру осуществления изобретения,
Фиг.2 схематический продольный разрез пневматического воздухораспределителя согласно другому примеру осуществления изобретения, и
Фиг.3 схематический продольный разрез клапана для закрытия канала KZE дополнительного выпуска воздуха в качестве детали из фиг.1.
Согласно фиг.1 воздухораспределитель состоит из главной части 1, опоры 2 и магистральной части 3. Он смонтирован на не показанном здесь рельсовом транспортном средстве. На опоре 2 закреплены соединения с тормозным цилиндром 4, запасным воздушным резервуаром 5 и основной воздушной магистралью 6.
Держатель 2 содержит объемное пространство для управляющего давления S и эталонного давления А. Объемные пространства могут также быть представлены присоединенными к держателю 2 запасными воздушными резервуарами 5. Кроме того, держатель 2 имеет соединения для давления R из запасного воздушного резервуара 5 и канал дополнительного выпуска воздуха KZE для направления сжатого воздуха между главной и магистральной частью 1, 3.
В любом месте воздухораспределителя находятся не показанный обратный клапан для заполнения запасного воздушного резервуара 5 из основной воздушной магистрали 6, а также клапан для ручного выпуска воздуха эталонного давления А.
Магистральная часть 3 служит для того, чтобы при помощи более подробно не показанных средств получать из давления основной воздушной магистрали 6 управляющее давление S и эталонное давление А, которое передается на главную часть 1. Кроме того, магистральная часть 3 управляет при начале торможения соединением основной воздушной магистрали 6 с каналом дополнительного выпуска воздуха KZE.
Главная часть 1 содержит в корпусе 9 управляющий поршень 7, уравнительный поршень 8, двухседельный клапан 10, клапан 11 для закрытия KZE и регулирующее устройство 12 для настройки положения нагрузки воздухораспределителя, а также прочих элементов, таких как нажимные пружины, сетки (фильтры) и уплотнения.
Двухседельный клапан 10 состоит из выпускного клапана 101, корпуса 102 клапана, выпускного клапана 103 и нажимной пружины 104.
Управляющий поршень 7 подвергается нагрузке противоположных давлений А и S, на стороне давления S действует нажимная пружина 13. Управляющий поршень 7 имеет уплотнение 14, которое разделяет оба давления. Уплотняющий эффект может осуществляться при помощи уплотнительного кольца, а также при помощи мембраны. Если уплотнение 14 представляет собой уплотнительное кольцо, то оно может находиться в корпусе 9, и скользить по управляющему поршню 7 и осуществлять герметизацию. Рядом с уплотнением 14 находится сопло 15, которое, действуя как байпас, вблизи исходного положения управляющего поршня 7 осуществляет соединение давлений А и S. Исходным положением называют положение управляющего поршня 7, в котором он находится при равновесии давлений А и S под действием нажимной пружины 13 на ее упоре на стороне давления А. Это соответствует положению движения при отпущенном тормозе.
Управляющий поршень 7 имеет также поршневой шток 16, который между двумя уплотнениями 17 и 18 имеет подвод давления R вовнутрь поршневого штока 16. На конце поршневого штока 16 находится двухседельный клапан 19, который впускает давление из запасного воздушного резервуара 5 в тормозной цилиндр 4 - тормозное давление С - или выпускает его из него в окружающую среду О.
На уравнительный поршень 8 прикладывается тормозное давление С из тормозного цилиндра 4, ему противопоставлено давление окружающей среды О. Со стороны давления окружающей среды О находится одна или несколько нажимных пружин 19, 20. По меньшей мере одна из нажимных пружин может переставляться за счет переключающих средств 12 в направлении уравнительного поршня 8.
Детально изображенный на фиг.3 клапан 11 для закрытия канала KZE по отношению к заполненным тормозным давлением С пространствам имеет корпус 111 клапана, нажимную пружину 112 и седло клапана 113. Корпус 111 клапана и шток 114 обладают геометриями, которые вблизи верхнего крайнего положения штока 16 поршня с упором 115 входят в контакт последним, и клапан 11 против нажимной пружины 112 открывается, так что возникает соединение канала дополнительного выпуска воздуха KZE с пространством, которое находится в соединении с тормозным цилиндром 4, и, тем самым, имеет давление тормозного цилиндра С.
Принцип действия устройства при торможении рельсового транспортного средства следующий:
Для торможения машинистом поезда или за счет другого средства давление в основной воздушной магистрали 6, исходя из стандартного рабочего давления, снижается. Это снижение давления передается через магистральную часть 3 на управляющее давление S, эталонное давление А остается сначала неизменным. Если понижение давления является достаточно быстрым и сильным для того, чтобы преодолеть воздействие уравнивания давлений через сопло 15, а также начальное усилие нажимной пружины 13, то происходит перемещение управляющего поршня 7 в направлении уравнительного поршня 8. Это движение велико именно настолько, что снова восстанавливается равновесие сил давления и пружины, воздействующих на управляющий поршень 7. За счет приближения поршня происходит соприкосновение выпускного клапана 101 с корпусом 102 клапана двухседельного клапана 10. При дальнейшем перемещении в этом направлении корпус 102 клапана приподнимается от впускного клапана 103, так что сжатый воздух из запасного воздушного резервуара 5 может подаваться через полый поршневой шток управляющего поршня 7 в тормозной цилиндр.
Еще одна функция магистральной части 3 заключается в том, что при начале торможения открывается соединение основной воздушной магистрали 6 с каналом для дополнительного выпуска воздуха KZE. За счет этого сжатый воздух из основной воздушной магистрали 6 также поступает в тормозной цилиндр 4, пока выпускной клапан 102 еще открыт.Вследствие увеличения разницы давлений A-S поршневой шток 16 с упором 115, штоком 114 и корпусом клапана 111 перемещаются вниз, пока последний не сядет на седло 113 клапана, и клапан 122, таким образом, не закроется. При дальнейшем ходе управляющего поршня 7 указанные детали расцепляются, и возникает зазор между штоком 114 и упором 115 или между штоком 114 и корпусом клапана. Таким образом, выход сжатого воздуха из основной воздушной магистрали 6 при начале торможения на этом пути прерван, при этом установилась точно предусмотренная разница давлений A-S и, тем самым, заранее определенное начальное тормозное давление С. Эта функция служит ускорению распространению снижения давления в основной воздушной магистрали 6 по длине поезда и обеспечивает быстрое и точно дозированное первое торможение.
Увеличивающееся тормозное давление С оказывает усилие на уравнительный поршень 8, который перемещается до достижения равновесия усилий под действием силы нажимных пружин 19, 20. Таким образом, каждая ступень торможения, регулируемая величиной понижения давления L, соответствует определенному перемещению управляющего поршня. Как только достигнуто заранее определенное тормозное давление С, уравнительный поршень 8 также совершил соответствующее движение - после которого закрывается как впускной, так и выпускной клапан 101, 103 (положение закрытия).
Переключающие средства 12 для регулирования положения нагрузки воздухораспределителя состоят из переключающего вала 121, на котором находится управляющий кулачок 122. Переключающий вал 121 может вращаться с одной стороны управляющего клапана служащим железной дороги для того, чтобы настроить воздухораспределитель на актуальную нагрузку вагона. При этом управляющий кулачок 122 приближен к упору для нажимной пружины 19 или удален от нее, Вследствие этого при одинаковом перемещении уравнительного поршня 8 посредством нажимной пружиной 19 оказывается большее или меньшее усилие. Прежде всего, нажимная пружина 19 в удаленном положении «пустое» может иметь расстояние от уравнительного поршня 8, которое на всем возможном рабочем ходу предотвращает возникновение силы натяжения пружины.
Как уже описано, вследствие равновесия усилий на компенсирующем поршне 8 тормозное давление С соответствует направленному на поверхность поршня усилию нажимных пружин 19, 20. Таким образом, может быть установлено большое усилие пружины для получения большого тормозного давления С для полностью загруженного транспортного средства, для легкого или частично загруженного транспортного средства за счет противоположной перестановки управляющего кулачка 122 достигается меньшее усилие пружины для меньшего тормозного давления С.
Одна предпочтительная форма осуществления для частично нагруженного транспортного средства возникает, прежде всего, в том случае, когда нажимная пружина имеет прогрессивную характеристическую кривую, или когда третья - не показанная - нажимная пружина специально включается для положения «частично нагруженный» за счет эксцентрического элемента без зазора по отношению к компенсирующему поршню, при этом еще другая нажимная пружина для положения «полностью загружен» имеет зазор.
Для положения «полностью загружено» за счет прогрессивной характеристической кривой или начального зазора нажимной пружины 19 также может достигаться преимущество, так как относительно низкое вначале общее усилие пружин способствует не слишком резкому первому торможению, при дальнейшем рабочем ходе усилие натяжения пружины и тормозное давление С затем увеличиваются.
Уменьшение тормозного давления С для отпускания тормоза осуществляется под управлением растущего давления L в основной воздушной магистрали и/или понижающемся давлении А в обратном направлении. Вблизи начального положения клапан 11 снова открывается для закрытия канала KZE. Воздухораспределитель тогда готов к новому ускоренному торможению, как только магистральная часть 3 распознает начало торможения и откроет путь для перемещения сжатого воздуха из основной воздушной магистрали 6 в канал KZE.
На фигуре 2 представлена альтернативная форма осуществления изобретения. Способ действия этой формы осуществления соответствует уже описанному.
Вместо указанного, требующего перекрытия уплотнением сопла 15 для соединения давлений А и S для достижения определенной нечувствительности воздухораспределителя показан клапан, который за счет управляющего поршня 7' удерживается в открытом положении, пока он находится в исходным положением или рядом с исходным положением.
Уплотнения 17' и 18' для подведения давления R из запасного воздушного резервуара 5' к седлу 103' впускного клапана находятся здесь на компенсирующем поршне 8', так же как и двухседельный клапан 10'.
Уплотнения на компенсирующем поршне 8' и управляющем поршне 7' осуществляют герметизацию в этой форме осуществления в опорной втулке, а не на юбке поршня. Регулирующее устройство теперь находится в корпусе опоры вместо корпуса главной части 1' воздухораспределителя.
Перечисленные признаки могут при определенных условиях способствовать получению упрощенной конструкции, повышенной надежности или совместимости с более старыми типами воздухораспределителей. Каждая из перечисленных вариаций может быть по отдельности интегрирована в базовое выполнение. Кроме того, предлагаемый воздухораспределитель может быть скомбинирован с прочими, не представленными здесь вариациями.
Список ссылочных обозначений
1
Главная часть
2
Держатель
3
Магистральная часть
4
Тормозной цилиндр
5
Воздушный ресивер
6
основная воздушная магистраль
7
Управляющий поршень
8
Уравнительный поршень
9
Корпус
10
Двухседельный клапан
101
Выпускной клапан
102
Корпус клапана
103
Впускной клапан
104
Нажимная пружина
11
Клапан для закрытия канала дополнительного выпуска воздуха KZE
111
Корпус клапана
112
Нажимная пружина
113
Седло клапана
114
Шток
115
Упор
12
Переключающее средство
13
Нажимная пружина
14
Уплотнение
15
Сопло
16
Поршневой шток
17
Уплотнение
18
Уплотнение
19
Нажимная пружина
20
Нажимная пружина
21
Клапан
22
Уплотнение
23
Объемное пространство для управляющего давления S
24
Объемное пространство для управляющего давления А
25
Подвод
Все ссылочные обозначения на фиг.2 с' имеют такое же соответствие.
А
Эталонное давление
S
Управляющее давление
L
Основная воздушная магистраль
С
Давление в тормозном цилиндре
R
Запасенное давление
КZЕ Канал дополнительного выпуска воздуха