ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к элементам пневматических систем тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, а более конкретно к воздухораспределителям тормоза железнодорожных транспортных средств, предназначена для управления изменением давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах тормоза и может быть использована для оснащения тормозной магистрали отдельной единицы подвижного состава.
7
Известен воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства, состоящий из главной и магистральной частей, устанавливаемых на двухкамерном резервуаре. Главная часть при этом включает в себя подпружиненный главный поршень со штоком, уравнительный поршень, выполненный с возможностью разобщения тормозной камеры, связанной с тормозным цилиндром, от атмосферной полости, размещенной в двухкамерном резервуаре, питательный клапан, взаимодействующий со штоком и уравнительным поршнем с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр. (Патент РФ №2578400, МПК В60Т 15/18, 05.11.2014).
Недостатком известного воздухораспределителя является наличие большого числа уплотнительных манжет на штоке главного поршня, создающее значительное сопротивление движению главного поршня при осуществлении ступенчатого торможения, в процессе которого величина снижения давления в тормозной магистрали может оказаться недостаточной для перемещения главного поршня со штоком в положение перекрыши (низкая чувствительность тормоза). Следовательно, в тормозном цилиндре возможно установление максимально допустимого давления, которое может привести к давлению в тормозном цилиндре, сопоставимому с давлением полного служебного торможения подвижного состава вместо требуемого регулировочного снижения скорости его движения. Так как краном машиниста в данном случае установлено снижение давления в тормозной магистрали только на заданную величину ступени торможения, то кран машиниста в положении перекрыши начнет поднимать давление (подпитывать сжатым воздухом) в тормозной магистрали до установленной им величины давления. Воздухораспределитель при этом начнет самопроизвольно снижать давление в тормозном цилиндре. Таким образом, нарушается процесс регулировочного торможения. Также, в процессе эксплуатации, возможно дальнейшее увеличение сопротивлению движения главного поршня (увеличение коэффициента трения), например в связи с уменьшением количества смазки или корродирования поверхностей трения манжет, что приводит к изменению настроенного давления и даже его выхода за предельные значения нормативного диапазона. Высокий коэффициент трения может привести, в том числе, и к отсутствию полного отпуска тормоза на горном режиме эксплуатации воздухораспределителя, в случае, если сила трения превысит усилие возвратной пружины.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства, состоящий из главной и магистральной частей, устанавливаемых на двухкамерном резервуаре. Главная часть включает в себя подпружиненный главный поршень со штоком, уравнительный поршень, выполненный с возможностью разобщения тормозной камеры, связанной с тормозным цилиндром, от атмосферной полости, размещенной в двухкамерном резервуаре, питательный клапан, взаимодействующий со штоком и уравнительным поршнем с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр. При этом в главной части известного воздухораспределителя уменьшено количество манжет на штоке главного поршня и снижена площадь трущихся поверхностей имеющихся на штоке манжет (статья «Серия воздухораспределителей для грузовых вагонов» ОАО «МТЗ Трансмаш», журнал «Вагоны и вагонное хозяйство», №1, 2010 год).
Снижение количества манжет позволило стабилизировать отпуск воздухораспределителя. Однако при уменьшении количества смазки выходное давление может колебаться в пределах всего допустимого диапазона значений выходного давления и даже выходить за его предельные значения. Таким образом, проблема нарушения процесса торможения сохраняется, что снижает надежность действия воздухораспределителя при осуществлении процессов торможения железнодорожных транспортных средств. Также, большой дисбаланс по давлению в тормозных цилиндрах по всему составу, может привести к снижению эффективности тормоза и увеличению динамических сил в составе в процессе торможения.
При создании полезной модели решалась задача обеспечения надежной и стабильной работы воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства и, вследствие этого, повышению эффективности торможения состава.
Технический результат, который будет получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в повышении надежности и эффективности работы воздухораспределителя путем снижения коэффициента трения его подвижных частей в течение всего срока эксплуатации.
согласно полезной модели
Указанный технический результат достигается тем, что воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства состоит из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре пневматически связанных между собой магистральной части и главной части. Главная часть при этом включает подпружиненные главный и уравнительный поршни, размещенные в корпусе с возможностью продольного перемещения в соответственно большой и малой цилиндрических полостях корпуса, связанных между собой каналом, в котором установлена направляющая втулка для размещения штока, с которым жестко связан главный поршень, при этом уравнительный поршень выполнен с возможностью разобщения тормозной камеры, связанной с тормозным цилиндром, от атмосферной полости, размещенной в двухкамерном резервуаре, а питательный клапан, установленный в полости штока со стороны уравнительного поршня, выполнен взаимодействующим со штоком и уравнительным поршнем с обеспечением в открытом состоянии прохода сжатого воздуха из запасного резервуара в тормозной цилиндр, при этом , на внутренние боковые поверхности направляющей втулки, большой и малой полостей, взаимодействующие с поверхностями размещенных в них соответственно штока, главного и уравнительного поршней нанесено покрытие, обладающее антифрикционными свойствами.
согласно полезной модели
При этом, , покрытие выполнено из фторопласта (тефлона) с толщиной нанесения на поверхность 20-30 мкм.
согласно полезной модели
При этом, , на поверхностях главного поршня, уравнительного поршня и штока, взаимодействующих с корпусом и направляющей втулкой в предусмотренных для этого посадочных канавках размещены соответствующие направляющие, выполненные с возможностью скольжения по внутренним боковым поверхностям большой и малой полостей корпуса и направляющей втулке.
согласно полезной модели
При этом, , направляющие главного поршня, уравнительного поршня и штока выполнены из наполненного бронзой политетрафторэтилена.
согласно полезной модели
При этом, , направляющие главного поршня, уравнительного поршня и штока выполнены из наполненного бронзой фторопласта.
согласно полезной модели
При этом, , направляющие главного поршня, уравнительного поршня и штока выполнены из упрочненной ткани с антифрикционным наполнением.
согласно полезной модели
При этом, , направляющие главного поршня, уравнительного поршня и штока выполнены с плоской поверхностью у контактирующей с дном посадочной канавки стороны.
согласно полезной модели
При этом, , направляющие главного поршня, уравнительного поршня и штока выполнены с бочкообразной поверхностью у контактирующей с дном посадочной канавки стороны.
согласно полезной модели
При этом, , направляющая втулка выполнена из латуни.
Процесс торможения железнодорожных транспортных средств выполняется путем изменения давления в тормозной магистрали, содержащей воздухораспределитель, посредством которого осуществляется управление давлением сжатого воздуха, поступающим в тормозные цилиндры указанных транспортных средства. При этом от надежной и эффективной работы воздухораспределителя зависят параметры торможения.
Регламентирующая работу тормоза инструкция задает разброс допустимых давлений на выходе воздухораспределителя. Установлено что, верхний предел по давлению исключает возможность блокирования колес и их перегрев при торможении. Тогда нижний предел заведомо исключает недоиспользование тормозных сил при торможении. Применение антифрикционного покрытия на взаимодействующих с главным поршнем со штоком и уравнительным поршнем поверхностей позволило уменьшить разброс допустимого выходного давления за счет повышения чувствительности (снижения коэффициента трения) главного поршня со штоком и уравнительного поршня на перепад давлений в камерах главной части, вызванный процессами торможения. Причем указанная чувствительность со временем не утрачивается и, более того, как показали сравнительные испытания воздухораспределителя, сохраняется при полном отсутствии смазки.
В главной части воздухораспределителя шток главного поршня выполняет роль распределительного золотника, имеет сквозные каналы и поперечные отверстия, уплотненные манжетами, размещенными на штоке. Манжеты штока уплотняют также каналы, выполненные в корпусе главной части и подведенные к штоку. Предлагаемое решение направлено на снижение сопротивления движению (снижение коэффициента трения) штока вместе с главным и уравнительным поршнями, вызванного большим числом уплотнительных манжет на штоке и шероховатостями корпуса главной части воздухораспределителя для стабилизации процесса регулировочного торможения.
Благодаря покрытию взаимодействующих с главным поршнем со штоком и уравнительным поршнем поверхностей сопротивление движению штока и связанного с ним главного поршня уменьшается (снижается коэффициент трения), поэтому для приведения в действие главного поршня со штоком необходимо меньше усилий - главный поршень быстрее реагирует на изменение давления в главной и золотниковой камерах главной части, т.е. повышается чувствительность воздухораспределителя на перепад давления в процессе его работы, а, следовательно, эффективность его работы.
Величина выходного давления стабильна и не изменяется на протяжении всего срока службы воздухораспределителя, поскольку антифрикционные и антикоррозионные свойства поверхностей сохраняются в жестких условиях эксплуатации: при уменьшении количества смазки, при низких и высоких температурах или при высоком зарядном давлении (например, при горном режиме эксплуатации). Кроме того, увеличивается долговечность воздухораспределителя, поскольку из-за снижения коэффициента трения уменьшается износ манжет штока, главного и уравнительного поршней.
Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает повышение надежности и эффективности работы воздухораспределителя путем снижения коэффициента трения его подвижных частей в течение всего срока эксплуатации.
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера ее выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где на:
фиг. 1 изображен общий вид воздухораспределителя тормоза железнодорожного транспортного средства;
фиг. 2 - вид фиг. 1 (предпочтительная форма направляющих главного поршня, уравнительного поршня и штока главной части воздухораспределителя);
фиг. 3 - график изменения выходного давления у известных воздухораспределителей и заявленного.
Воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства состоит из устанавливаемых на двухкамерном резервуаре 1 пневматически связанных между собой главной части 2 и магистральной части 3.
Главная часть 2 включает в себя размещенные в собственном корпусе 4 главный поршень 5 с пружиной 6 и штоком 7, питательный клапан 8, уравнительный поршень 9. Для размещения главного 5 и уравнительного 9 поршней в корпусе 4 главной части 2 предусмотрены аксиально расположенные цилиндрические полости: большая 10 и малая 11. Полости 10 и 11 связаны между собой каналом, в котором установлена направляющая втулка 12, изготовленная, например, из латуни.
В большой полости 10 размещен с возможностью продольного перемещения главный поршень 5, образующий рабочую камеру 13 и золотниковую камеру 14. Главный поршень 5 жестко связан со штоком 7, размещенным в направляющей втулке 12.
Рабочая камера 13 главной части 2 сообщена каналом 15 с рабочей камерой 16 двухкамерного резервуара 1, которая пневматически связана с рабочей камерой магистральной части 3 воздухораспределителя. Золотниковая камера 14 главной части 2 сообщена каналом 17 с золотниковой камерой 18 двухкамерного резервуара 1, которая пневматически связана с золотниковой камерой магистральной части 3 воздухораспределителя, связывающей золотниковую камеру с тормозной магистралью 19.
В малой полости 11 размещен с возможностью продольного перемещения в ней уравнительный поршень 9, который образует тормозную камеру 20 и атмосферную полость 21, размещенную в двухкамерном резервуаре 1, и имеет атмосферное отверстие 22. Тормозная камера 20 постоянно сообщена каналом 23 с тормозным цилиндром 24. В атмосферной полости 21 расположены режимные пружины 25 с опорой на уравнительный поршень 9.
Питательный клапан 8 выполнен подпружиненным и установлен в полости 26 штока 7 со стороны уравнительного поршня 9. В торце штока 7 со стороны уравнительного поршня 9 установлена посредством резьбы втулка с центральным сквозным отверстием, являющаяся седлом 27 питательного клапана 8, который перекрыт под воздействием пружины, установленной в полости 26 штока 7, препятствуя проходу воздуха из запасного резервуара 28 в тормозной цилиндр 24. В открытом состоянии под воздействием уравнительного поршня 9 питательный клапан 8 обеспечивает проход сжатого воздуха из запасного резервуара 28 по каналу 29 через поперечные отверстия 30, 31, полость 26 в штоке 7 и далее через тормозную камеру 20 по каналу 23 в тормозной цилиндр 24.
Устье 32 атмосферного отверстия 22 уравнительного поршня 9 является седлом атмосферного отверстия 22, которое перекрывается при взаимодействии устья 32 с подпружиненным питательным клапаном 8. В открытом состоянии атмосферное отверстие 22 уравнительного поршня 9 обеспечивает выход воздуха из тормозного цилиндра 24 по каналу 23 через тормозную камеру 20 и далее через атмосферную полость 21 в атмосферу.
На внутренние боковые поверхности направляющей втулки 12, большой 10 и малой 11 полостей, взаимодействующие с поверхностями размещенных в них соответственно штока 7, главного 5 и уравнительного 9 поршней нанесено покрытие, обладающее антифрикционными свойствами. Например, в качестве покрытия может быть использован фторопласт, который в некоторых источниках известен как тефлон, отличающийся от известных доступных конструкционных материалов наименьшим на сегодняшний день коэффициентом трения скольжения и обладающий антикоррозионными свойствами. Толщина покрытия поверхностей фторопластом равная или большая величины износа, допускаемого при ремонте главной части воздухораспределителя и составляет 20-30 мкм.
На поверхностях главного поршня 5, уравнительного поршня 9 и штока 7, взаимодействующих с соответствующими внутренними боковыми поверхностями большой 10 и малой 11 полостей корпуса 4 и направляющей втулкой 12 в предусмотренных для этого посадочных канавках размещены направляющие 33 главного поршня 5, направляющие 34 уравнительного поршня 9 и направляющие 35 штока 7, выполненные с возможностью скольжения по внутренним боковым поверхностям большой 10 и малой 11 полостей корпуса 4 и направляющей втулке 12.
Для обеспечения наилучшего скольжения направляющие 33, 34, 35 выбираются с низким коэффициентом трения. Например, направляющие 33, 34, 35 могут быть выполнены из политетрафторэтилена (PTFE), наполненного бронзой либо наполненного бронзой фторопласта, либо из упрочненной ткани с антифрикционным наполнением. При этом форма направляющих 33, 34, 35 в поперечном сечении может быть прямоугольной с плоской или бочкообразной поверхностью у контактирующей с дном посадочной канавки 36 стороны (фиг. 2). При этом использование бочкообразной поверхности предпочтительней, поскольку предусматривает равномерное распределение нагрузки на направляющие 33, 34, 35 и исключает пиковое напряжение на область кромки направляющих 33, 34, 35 в случае их перекоса, в результате чего существенно снижаются трение и износ направляющих 33, 34, 35.
Воздухораспределитель действует следующим образом. При зарядке происходит подача сжатого воздуха из источника сжатого воздуха (не показан) в тормозную магистраль 19. Тормозная магистраль 19 заряжается до требуемого зарядного давления. Сжатый воздух заполняет рабочие камеры и золотниковые камеры. В главной части 2 главный поршень 5 со штоком 7 под воздействием пружины 6 находится в крайнем левом положении (по чертежу), питательный клапан 8 закрыт, тормозной цилиндр 24 посредством канала 23 и атмосферного отверстия 22 уравнительного поршня 9 сообщен с атмосферой. Запасной резервуар 28 пополняется воздухом из тормозной магистрали 19.
При торможении давление в тормозной магистрали 19 снижается, следовательно, и в золотниковой камере 14 главной части 2 также снижается давление. Главный поршень 5 под усилием давления сжатого воздуха в рабочей камере 13 перемещается вправо по чертежу вместе со штоком 7 до перекрытия питательным клапаном 8 атмосферного отверстия 22 в уравнительном поршне 9. То есть до перекрытия сообщения тормозного цилиндра 24 с атмосферой и сообщения его с запасным резервуаром 28. Далее главный поршень 5 и уравнительный поршень 9 перемещаются вправо на величину хода, соответствующего заданной ступени торможения продолжая наполнять воздухом из запасного резервуара 28 тормозной цилиндр 24. При этом, выход воздуха из запасного резервуара 28 в тормозную магистраль 19 блокируется посредством установленного на канале, связывающим тормозную магистраль 19 и запасной резервуар 28, обратного клапана.
В случае отпуска тормозов при перемещении главного поршня 5 влево по чертежу подпружиненный питательный клапан 8 сядет на седло 27, препятствуя тем самым проходу воздуха в тормозной цилиндр 24. Произойдет увеличение давления в тормозной магистрали 19 относительно давления в запасном резервуаре 28, благодаря чему обеспечивается подпитка воздухом запасного резервуара 28 из тормозной магистрали 19.
вых.
0
1
Благодаря нанесению на поверхности, взаимодействующие с главным поршнем со штоком и уравнительном поршнем, антифрикционного покрытия повысилась чувствительность главного поршня со штоком и уравнительного поршня независимо от наличия смазки и ее количества во всех режимах работы (как торможение, так и отпуск), а также стабилизировалось выходное давление (Р): на графике (фиг. 3) пунктиром обозначено изменение в процессе эксплуатации выходного давления в известных конструкциях воздухораспределителя, сплошной линией - изменение давления в заявленном решении. Стабилизация выходного давления позволяет сузить настроечный диапазон давления тормозного цилиндра (ΔР). На фиг. 3 показан настроечный диапазон: ΔР - в известных конструкциях воздухораспределителя, ΔP - в заявленном решении. Причем указанные характеристики сохраняются при всех режимах торможения на протяжении всего срока эксплуатации воздухораспределителя. Кроме того, уменьшено влияние внешних воздействующих факторов (температурный диапазон эксплуатации, влажность и пр.) на выходные технические характеристики воздухораспределителя.
В результате средство, воплощающее полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата: повышения надежности и эффективности работы воздухораспределителя путем снижения коэффициента трения его подвижных частей в течение всего срока эксплуатации.