ЗАПИРАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВЕРИ
LOCKING DEVICE OF DOOR

Изобретение относится к устройствам для запирания дверей пассажирского транспорта и может быть использовано, в частности, для блокировки от открытия дверей пассажирского железнодорожного вагона и поджатия створки для обеспечения ее плотного прилегания к сопрягаемой поверхности.
Известны запирающие устройства дверей, в которых дверной замок содержит поворотную защелку в виде захвата (вилки) с храповым механизмом, удерживающим защелку с расположенным в ней ударным фиксирующим элементом створки в положении закрытой двери. Защелка установлена с возможностью поворота в поперечной плоскости двери. Дверной замок приводится в действие вручную или электроприводом. Устройства с такими конструктивными элементами используются на автомобилях (см., например, п. США №3709537, США №5713613). В частности, в патенте США №5713613 реверсивный электродвигатель (ЭД) кинематически связан через червячную передачу и систему рычагов с защелкой и собачкой храпового механизма. Собачка подпружинена к защелке. При закрытии двери ударный фиксирующий элемент створки входит в паз защелки, поворачивая ее под воздействием створки в положение полублокировки, при котором собачка входит в зацепление с первым зубом защелки. Затем включается ЭД для перемещения защелки в положение полной блокировки, при котором собачка входит в храповое зацепление со вторым зубом защелки. При открытии двери ЭД перемещает рычаг деблокировки, который, преодолевая действие пружины, прижимающей собачку к защелке, выводит собачку из храпового зацепления с защелкой. Защелка получает возможность поворачиваться под действием усилия, приложенного к створке двери для ее открытия. Как только дверь открыта, ЭД подключается на реверсивное вращение, снимающее рычаг деблокировки с собачки. Собачка под действием пружины возвращается в исходное положение, в котором она готова к зацеплению с защелкой. Включение и выключение ЭД осуществляется посредством устройства управления, связанного с выключателями обнаружения положения защелки.
В описанном запирающем устройстве используется относительно сложная система рычагов для передачи движения от ЭД к защелке и собачке. Червячная передача позволяет развивать большие усилия, действующие на защелку при ее повороте в положение полной блокировки, поэтому возможно использование компактного ЭД малой мощности. Однако в данной конструкции используется ЭД реверсивного вращения для перемещения и защелки (в положение блокировки), и деблокирующего рычага. Кроме того, конструкция не предназначена для дверей пассажирских транспортных средств.
Известно запирающее устройство двери пассажирского транспортного средства, содержащее защелку в виде захвата (вилки) с пазом для размещения фиксирующего элемента створки и с храповым механизмом фиксации, приводимое в действие пневмоцилиндрами (патент Германии на полезную модель №8601065U). Защелка и собачка храпового механизма установлены на стенке дверного проема с возможностью поворота в поперечной плоскости двери. Защелка связана со штоком поршня управляющего пневмоцилиндра, а собачка подпружинена к защелке, для обеспечения храпового зацепления с ней, и связана со штоком поршня деблокирующего пневмоцилиндра. Для дополнительной блокировки защелки в положении закрытой двери устройство снабжено двуплечим блокирующим рычагом. Данное устройство является аналогом, наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, и принято за прототип.
Блокирующий рычаг установлен на стенке дверного проема с возможностью поворота и механического взаимодействия с защелкой в положении ее полной блокировки таким образом, чтобы усилие от конца штока поршня управляющего пневмоцилиндра было направлено вдоль блокирующего рычага. При этом одно плечо блокирующего рычага шарнирно связано со штоком поршня блокирующего пневмоцилиндра с возможностью фиксации блокирующего рычага, когда защелка находится в положении полной блокировки. При закрытии двери фиксирующий элемент створки, выполненный в виде пальца, входит в паз защелки, поворачивая защелку в положение полублокировки, и собачка входит в зацепление с защелкой. На управляющий и блокирующий пневмоцилиндры подается воздух, под давлением которого выдвигаются штоки поршней пневмоцилиндров, поворачивающие, соответственно, защелку и блокирующий рычаг в положение полной блокировки. Блокирующий рычаг при этом расположен в направлении перемещения створки в дверном проеме, и свободным плечом упирается в защелку, препятствуя ее повороту при попытке открытия двери вручную путем преодоления усилия со стороны управляющего пневмоцилиндра. Для открытия двери осуществляют подачу воздуха на деблокирующий пневмоцилиндр, шток поршня которого выдвигается и поворачивает собачку, выводя ее из храпового зацепления с защелкой. Затем стравливается воздух одновременно из управляющего и блокирующего пневмоцилиндров, штоки их поршней, под воздействием пружин, и блокирующий рычаг возвращаются в исходное положение, блокирующий рычаг поворачивается в исходное положение, а защелка занимает положение, при котором створка освобождается от фиксации в защелке.
В отличие от вышеописанного аналога, пневмопривод рассмотренного запирающего устройства позволяет не только создавать большие усилия блокировки и поджатия створки двери, но и выталкивать створку наружу при открытии двери, а также позволяет компактно разместить устройство на боковой стенке дверного проема пассажирского транспортного средства. Кроме того, для обеспечения надежности блокировки перемещение блокирующего рычага осуществляется специальным пневмоцилиндром. Однако данная конструкция непригодна для использования привода с ЭД.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании компактной и надежной конструкции запирающего устройства для дверей пассажирских транспортных средств, пригодной для использования с электродвигателем постоянного вращения и способной обеспечить блокировку, большие усилия поджатия створки при закрытии двери и быстрое освобождение и выталкивание створки наружу транспортного средства при открытии двери.
Решение поставленных задач достигается следующим.
Запирающее устройство двери содержит защелку и механизм ее фиксации. Защелка шарнирно установлена на стенке дверного проема и выполнена в виде захвата с пазом для размещения фиксирующего элемента створки. Механизм фиксации защелки снабжен запирающей собачкой. Собачка установлена на стенке дверного проема с возможностью храпового зацепления с защелкой и вывода из зацепления с ней, а защелка связана с приводом для ее перемещения.
Согласно предлагаемому изобретению защелка выполнена с возможностью удерживания, по меньшей мере, в трех позициях: в открытом положении, в положении полублокировки и в положении блокировки. Защелка установлена с возможностью перемещения приводом из положения полублокировки в положение блокировки и подпружинена с возможностью возврата в открытое положение. Привод содержит двигатель и связанный с ним передаточный механизм. Передаточный механизм снабжен передающим элементом, который установлен на стенке дверного проема с возможностью перемещения в плоскости, параллельной плоскости поворота защелки. На передающем элементе шарнирно закреплена приводная собачка. Она установлена с возможностью зацепления с защелкой, находящейся в положении полублокировки, и перемещения защелки в положение блокировки с последующим выходом из зацепления с защелкой. Устройство дополнительно снабжено деблокирующим рычагом, который установлен на стенке дверного проема с возможностью поворота в плоскости, параллельной плоскости поворота защелки, и связан с устройством для его перемещения. Деблокирующий рычаг выполнен с возможностью механического взаимодействия с приводной и запирающей собачками для одновременного вывода их из зацепления с защелкой при любом ее положении.
Предложенное выполнение, взаимное расположение и кинематическая взаимосвязь элементов механизма фиксации между собой и с защелкой отличаются от технических решений, описанных в прототипе и других аналогах, обеспечивают компактность устройства и дают возможность использования другого привода, в частности с электродвигателем. Конструкция защелки, запирающей собачки, предложенная установка приводной собачки на передающем элементе и их взаимное расположение и взаимодействие позволяют осуществлять поворот защелки и блокировать дверь за один и более циклов перемещения передающего элемента и приводной собачки, что делает возможным использование маломощных двигателей и обеспечивает компактность устройства и надежность блокировки. Установка и выполнение деблокирующего рычага обеспечивают надежное быстрое освобождение защелки от зацепления с собачками, возврат защелки в открытое положение под воздействием возвратной пружины и, как следствие, происходит быстрое освобождение и выталкивание створки за кузов транспортного средства для открытия двери.
Кроме того, в передаточном механизме целесообразно выполнить передающий элемент в виде двуплечего рычага, который связан с двигателем посредством кривошипно-шатунного механизма, приводную собачку установить на одном плече такого рычага, а другое его плечо шарнирно соединить с шатуном кривошипно-шатунного механизма. Это дает возможность обеспечить необходимую амплитуду перемещения приводной собачки, усилие поджатия створки при закрытии двери и компактность устройства.
Полезно также расположить кривошипно-шатунный механизм и двуплечий рычаг таким образом, что в момент наибольшего поворота защелки, при перемещении ее в положение блокировки, звенья кривошипно-шатунного механизма занимают положение, близкое к положению «мертвой точки». В этом положении передаваемое на передаточный рычаг усилие достигает наибольшей величины. Также достигается наибольшее усилие поджатия створки в положении блокировки. Это позволит использовать маломощный и, следовательно, более компактный привод для развития больших усилий блокировки и поджатия створки двери, что является актуальным особенно для высокоскоростных пассажирских транспортных средств для предотвращения самопроизвольного открытия двери при большом перепаде атмосферного давления на поверхностях створки.
У двуплечего рычага целесообразно выполнить плечи разной длины, и плечо, соединенное с шатуном кривошипно-шатунного механизма, выполнить большим. Это дает возможность осуществлять блокировку и поджатие створки меньшими усилиями привода и позволяет использовать более компактный двигатель меньшей мощности для передачи больших усилий на приводную собачку.
Для перемещения защелки из открытого положения в положение блокировки целесообразно на защелке выполнить, по меньшей мере, два зуба для храпового зацепления с запирающей и приводной собачками. Один - для удерживания защелки в положении полублокировки запирающей собачкой; и другой зуб - для обеспечения приводной собачкой его зацепления с запирающей собачкой в положении блокировки и удерживания защелки запирающей собачкой в этом положении. Зубьев может быть более двух, в зависимости от количества положений полублокировки или блокировки, в которых предполагается удерживать защелку.
Для обеспечения компактности устройства защелку можно установить с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а привод снабдить электрическим двигателем, у которого ось вращения ротора расположена вертикально.
Наиболее простым и эффективным является использование электрического двигателя, ротор которого связан с кривошипно-шатунным механизмом через редуктор. При этом достигается повышение передаточного числа привода, упрощение конструкции устройства, обеспечение ее компактности и экономичности. Возможно также использование другого двигателя роторного типа.
Предлагаемое запирающее устройство двери иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6.
На фиг.1 изображен общий вид устройства в положении блокировки.
На фиг.2 - вид А на фиг.1.
На фиг.3 - рычаг деблокировки во взаимодействии с элементами механизма фиксации.
На фиг.4 - вид Б на фиг.3.
На фиг.5 - вид устройства с защелкой в открытом положении.
На фиг.6 - расположение элементов зацепления в момент перевода защелки в положение блокировки.
На фиг.7 - вид устройства с защелкой в положении полублокировки.
Запирающее устройство двери содержит защелку 1 и механизм 2 ее фиксации, с запирающей собачкой 3 для храпового соединения с защелкой 1 (фиг.1). Защелка 1 выполнена в виде захвата (вилки) с пазом 4 для размещения фиксирующего элемента 5 створки и шарнирно установлена на оси 6, закрепленной на кронштейне 7 на стенке дверного проема. На защелке 1 выполнены зубья 8, 9 для храпового зацепления с запирающей собачкой 3. Собачка 3 шарнирно установлена на оси 10, закрепленной на кронштейне 7, и подпружинена к защелке 1, для обеспечения храпового зацепления с ней, посредством пружины 11 (фиг.3), закрепленной на оси 10, и/или пружины 12, соединяющей собачку 3 и защелку 1. Вместо пружины 12 или в дополнение к ней защелка 1 может быть связана с пружиной 13, установленной на оси 6 для удерживания защелки 1 в открытом положении (фиг.2). Привод устройства снабжен электрическим двигателем 14. Между защелкой 1 и двигателем 14 выполнен передаточный механизм, который содержит передающий элемент, выполненный в виде двуплечего рычага 15, и кривошипно-шатунный механизм 16 (фиг.2). Между двуплечим рычагом 15 и защелкой 1 размещен деблокирующий рычаг 17 (фиг.1, 2).
Рычаги 15 и 17 шарнирно закреплены на кронштейне 7, соответственно, на осях 18, 19. Оси установлены параллельно оси 6 защелки 1, и рычаги 15, 17 могут совершать ограниченные повороты вокруг соответствующих осей крепления в плоскостях, параллельных плоскости перемещения защелки 1.
Кривошип 20 кривошипно-шатунного механизма 16 связан с двигателем 14, а шатун 21 шарнирно соединен с шипом 22 кривошипа 20 и осью 23, закрепленной параллельно шипу 22 в проушине 24, расположенной на конце двуплечего рычага 15. На другом плече рычага 15 шарнирно установлена на оси 25 с возможностью поворота в плоскости поворота защелки приводная собачка 26.
а
Деблокирующий рычаг 17 снабжен двумя рабочими поверхностями 27 и 28 для механического взаимодействия, соответственно, с приводной собачкой 26 и запирающей собачкой 3 (фиг 3). Форма, расположение и протяженность рабочих поверхностей 27, 28 обусловлены кинематикой механизма. Свободный конец деблокирующего рычага связан посредством тяги с механизмом деблокировки (не показано) и может перемещаться в направлении стрелки  (фиг.1).
На приводной собачке 26, для взаимодействия с деблокирующим рычагом 17 и защелкой 1, выполнены два контактных элемента, соответственно: опорный конец 29 и зуб 30 (фиг.3, 4). На оси 25 приводной собачки 26 установлена пружина 31 для поджатия зуба 30 собачки 26 к защелке 1 при зацеплении с последней.
Для вывода запирающей собачки 3 из зацепления с защелкой 1 собачка 3 снабжена пальцем 32 (фиг.3, 4).
В одном из вариантов конструкции устройства зуб 8 защелки 1 выполнен меньшей ширины, а зуб 30 приводной собачки 26 расположен относительно защелки 1 так, что имеет возможность перемещения вдоль зуба 8, по краю наружной поверхности зуба 9, до зацепления с зубом 9 (фиг.6). Для более компактного размещения устройства в проеме двери защелка 1 установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости, а ось 33 вращения ротора двигателя расположена вертикально. Ротор электродвигателя 14 соединен с кривошипом 20 через планетарный редуктор (не показано).
Перед закрытием двери защелка 1 удерживается пружиной 12 или/и 13 в открытом положении (фиг.5), собачка 3 удерживается пружиной 12 или/и 11 около защелки 1, деблокирующий рычаг 17 - в свободном (опущенном) положении, двуплечий рычаг 15 - в произвольном положении.
При закрытии двери фиксирующий элемент 5 створки входит в паз 4 защелки 1, поворачивая ее под воздействием перемещающейся створки вокруг оси 6 в направлении к собачке 3. При этом собачка 3, прижимаемая пружинами 11 или/и 12 к защелке 1, перемещается по наружной поверхности зуба 8 защелки 1 и входит с ним в зацепление, удерживая защелку 1 в положении полублокировки (фиг.7). Створка фиксируется в проеме двери. Для поджатия створки к уплотнению по сопрягаемой поверхности включается электродвигатель 14, который поворачивает кривошип 20. При этом шип 22 перемещает шатун 21, который передает движение двуплечему рычагу 15 через ось 23. Рычаг 15 поворачивается вокруг оси 18, перемещая приводную собачку 26. Когда приводная собачка 26 движется в направлении к створке двери, ее зуб 30 приближается к защелке 1 и, прижимаемый пружиной 31, входит с зубом 9 в зацепление. При этом зуб 30 собачки 26 поворачивает защелку 1. Собачка 3 выходит из зацепления с зубом 8, скользит по боковой поверхности зуба 9 и входит с ним в зацепление, располагаясь рядом с зубом 30 приводной собачки 26 (фиг.6). Рычаг 15, перемещаясь, занимает крайнее положение, при котором кривошипно-шатунный механизм занимает положение, близкое к «мертвой точке», а усилие, передаваемое электродвигателем 14 на защелку 1, достигает наибольшего значения. Затем шатун 21 под воздействием кривошипа 20 меняет направление движения рычага 15, и приводная собачка 26 также меняет направление перемещения. Зуб 30 приводной собачки 26 выходит из зацепления с зубом 9 защелки 1, которая фиксируется собачкой 3 в положении блокировки (фиг.1), приводная собачка 26 разгружается, а створка двери с большим усилием остается поджатой к сопрягаемой поверхности. Как только собачка 26 выходит из зацепления с защелкой 1, электродвигатель 14 отключается. Для контроля положения кривошипно-шатунного механизма и защелки 1 используются датчики, связанные с системой управления приводом (не показаны).
а
Для открытия двери приводится в движение механизм деблокировки, перемещающий свободный конец деблокирующего рычага 17 по стрелке  (фиг.1) к собачкам 3 и 26 (фиг.3). Его рабочая поверхность 28 входит в контакт с пальцем 32 собачки 3, а рабочая поверхность 27 - с опорным концом 29 собачки 26. Обе собачки перемещаются вместе с рычагом 17 и выходят из зоны зацепления с защелкой 1. Защелка 1 под воздействием пружин 12 или/и 13 быстро занимает открытое положение, выталкивая фиксирующий элемент 5 из паза 4 вместе со створкой (фиг.5). Створка отделяется от сопрягаемой поверхности и готова к дальнейшему перемещению. После этого деблокирующий механизм, под воздействием возвратной пружины (не показано), возвращается в исходное положение и освобождает деблокирующий рычаг 17, который отпускает собачки 3 и 26. Пружина 11 или/и 12 возвращает собачку 3 к защелке 1, и запирающее устройство готово к работе.
В отличие от прототипа в приводе запирающего устройства может быть использован маломощный электрический двигатель, что делает конструкцию устройства пригодной для функционирования с электрическими системами управления. Низкий уровень потребления электроэнергии электродвигателем в течение кратковременных включений дает возможность использовать запирающее устройство двери с таким двигателем в пассажирских железнодорожных вагонах, для которых характерны условия дефицита мощностей электрических систем.
Предложенная конструкция компактно размещается в дверном проеме и позволяет использовать электродвигатель постоянного вращения, что дополнительно упрощает и делает более надежным управление запирающим устройством.
Выполнение предложенного технического решения не ограничивается приведенным в описании вариантом конструкции. Элементы и механизмы устройства могут иметь различные эквивалентные формы воплощения.