ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КАРЬЕРНОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 1995 года по МПК B60T13/24 B60T15/18 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а более конкретно к устройству воздухораспределителей, предназначенных для изменения давления в тормозных цилиндрах в зависимости от изменения давления в тормозной магистрали, применяемых в короткосоставных (до 20 вагонов) с часто изменяемой загрузкой поездах на промышленном транспорте.

Известны воздухораспределители тормозов ж/д подвижного состава, содержащие магистральную часть, имеющую корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую камеры, на которой расположен плунжер, сообщающий через дроссельные отверстия магистральную и золотниковую камеры, клапан разрядки золотниковой камеры, отделяющий канал дополнительной разрядки тормозной магистрали от атмосферной полости органа двух давлений, сообщаемой с атмосферой посредством дроссельного отверстия, главную часть, имеющую корпус с размещенной в нем подпружиненной подвижной перегородкой, разделяющей рабочую и золотниковую полости, соединенной с разделительным золотником, взаимодействующим с уравнительной подвижной перегородкой, сообщающий тормозной цилиндр с запасным резервуаром или с атмосферой через дроссельное отверстие, на которую воздействуют большая и малая режимные пружины, ограниченные упоркой эксцентрикового переключателя грузовых режимов.

Недостатки указанного типа воздухораспределителей - низкая тормозная эффективность, неистощимость и управляемость, особенно на уклонах свыше 40% , наличие ручного переключения грузовых режимов торможения.

Наряду с магистральным значительный объем перевозок грузов выполняет и промышленный, в том числе карьерный, железнодорожный транспорт, оборудованный указанным автоматическим тормозом. В то же время особенностью последнего вида транспорта является эксплуатация его вагонов (подвижных единиц) в двух крайних по загрузке состояниях: порожнем и груженом и использование сравнительно коротких поездов-вертушек из 10-12 вагонов. Такие поезда обращаются на крутых, 40% и более, уклонах.

Поскольку ручное пяти- и шестиразовое в течение суток переключение грузового режима торможения в соответствии с изменением загрузки вагонов - вертушек в условиях карьерного транспорта неприемлемо, то практикой эксплуатации, теоретическими расчетами и соответствующими инструкциями повсеместно установлена работа подвижного состава на одном среднем режиме торможения воздухораспределителей. При этом в порожнем состоянии вертушки ограничивают глубину разрядки тормозной магистрали до 0,08 МПа, обеспечивая необходимую тормозную эффективность. Однако в груженом состоянии ее вагонов (всегда более 150 кН/ось нетто) на среднем режиме торможения с композиционными тормозными колодками при полном или экстренном торможениях не обеспечивается требуемая тормозная эффективность, допустимая по условиям сцепления колес с рельсами. Использовать при этом постоянно режим торможения груженый нельзя, т.к. в порожнем поезде первое же регулировочное торможение может привести к заклиниванию колес.

Учитывая это, необходимо изменить характеристики воздухораспределителя так, чтобы устранить ручное переключение его режимов торможения обеспечив одновременно эффективную работу тормоза при существенно отличающейся загрузке в порожнем и груженом состояниях транспортных средств.

Темпы наполнения и опоражнивания тормозных цилиндров, приемлемые для магистральных поездов, чрезмерно затянуты для коротких составов, что не обеспечивает необходимую безопасность движения на уклонах 40% и более, снижает эффективность, управляемость и неистощимость тормозов и является крупной неразрешенной проблемой для карьерного транспорта.

Разработанный для крутых спусков быстродействующий жесткий воздухораспределитель имеет ряд существенных недостатков, одним из которых является необходимость прокладки электрических проводов по составу для переключения грузового режима порожний, груженый, и поэтому не находит широкого применения на карьерном транспорте. Таким образом, требуется существенное изменение характеристик воздухораспределителя.

Цель изобретения - повышение эффективности, управляемости и неистощимости тормоза, устранение ручного переключения его грузового режима и обеспечение безопасной эксплуатации короткосоставных поездов на уклонах свыше 40% .

Указанная цель достигается тем, что воздухораспределитель тормоза железнодорожных транспортных средств снабжен дополнительной пружиной, размещенной внутри комплекта большой и малой режимных пружин, взаимодействующей одним концом с центровой шайбой ниппеля уравнительной подвижной перегородки, а другим воздействующей на стакан упорки эксцентрикового переключателя.

В известном воздухораспределителе установленным путем увеличены определенные дроссельные отверстия, сообщающие: магистральную и золотниковую камеры в плунжере (за исключением осевого в клапанной части), атмосферную полость органа двух давлений с атмосферой, тормозной цилиндр с атмосферой в уравнительной подвижной перегородке, а также тормозную магистраль с запасным резервуаром.

Установка дополнительной пружины между центровой шайбой, смонтированной в ниппеле уравнительной подвижной перегородки, и упорным стаканом, размещенным на упоре эксцентрикового переключателя, позволяет определенным образом увеличить результирующую жесткость комплекта режимных пружин, а в конечном счете получать необходимое давление в тормозном цилиндре в соответствии с загрузкой вагонов в поезде от порожнего до груженого их состояния без переключения грузовых режимов торможения на воздухораспределителях и повысить эффективность тормоза. Увеличение дроссельных отверстий выполнено в строгой взаимосвязи между собой и в зависимости от уклона железнодорожного пути, на котором предполагается эксплуатация тормозных приборов. Необходимая величина (диаметр d) дроссельных отверстий определяется расчетным путем исходя из времени протекания процессов торможения и отпуска с использованием известных выражений, преобразованных в удобный вид:
d=2 где V - объем резервуара;
t - время перетекания воздуха из одного объема в другой;
μ- коэффициент расхода воздуха;
Т - абсолютная температура воздуха;
Φ_i - символы, обозначающие различные функции, зависящие от переменных величин P_α и P_β.

Максимальный темп изменения давления определяется по преобразованному выражению величиной допустимых продольно-динамических усилий, действующих в короткосоставном поезде:
t=AΣK где A - коэффициент, учитывающий состояние поезда;
К_р - расчетная сила нажатия тормозных колодок;
ϕ_кр - коэффициент трения тормозных колодок;
l_п - длина поезда;
ω_в - скорость тормозной волны;
R - величина продольно-динамических усилий.

Рассчитанные таким образом диаметры определенных дроссельных отверстий не нарушают последовательности протекания отдельных процессов в совокупности составляющих торможение или отпуск, а ускоряют их темп в соответствии с крутизной руководящего спуска. Этим значительно повышается управляемость и неистощимость, а в конечном итоге и эффективность тормоза.

Таким образом, предлагаемое решение отличается от известных из уровня техники конструкцией переключателя грузовых режимов торможения и существенным изменением газодинамических параметров воздухораспределителей в соответствии с требованиями эксплуатации короткосоставных поездов карьерного транспорта, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

Предлагаемая конструкция воздухораспределителя исключает ручное переключение грузового режима торможения и обеспечивает повышение тормозной эффективности загруженных поездов с одновременным значительным ускорением протекания процессов торможения отпуска и зарядки запасных резервуаров в зависимости от величины заданного предельного уклона. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен воздухораспределитель, общий вид; на фиг. 2 - характеристики воздухораспределителя.

Воздухораспределитель тормоза железнодорожного карьерного транспорта содержит главную 1 и магистральную 2 части. В корпусе главной части размещена подпружиненная подвижная перегородка 3, соединенная с распределительным золотником 4. Перегородка разделяет рабочую 5 и золотниковую 6 полости. Полости 5 и 6 сообщаются при помощи дроссельного отверстия 7, которое перекрывается подвижной перегородкой (при ее перемещении вправо). В золотнике 4 размещен клапан 8, взаимодействующий с уравнительной подвижной перегородкой 9. Подвижная перегородка отделяет полость 10, сообщенную каналом 11 с тормозным цилиндром (не показан), от атмосферной полости 12. В уравнительной подвижной перегородке 9 выполнены осевое дроссельное отверстие 13, сообщающее при открытом атмосферном клапане полости 10 и 12. На уравнительную подвижную перегородку 9 воздействуют большая 14, малая 15 и дополнительная третья 16 режимные пружины, причем третья взаимодействует с подвижной перегородкой через центровую шайбу 17, а с другой стороны ограничена упорным стаканом 18, установленным на упорке 19 эксцентрикового переключателя режимов торможения. Тормозная магистраль (не показана) через канал 20 с дросселем 21 и обратным клапаном 22 сообщена с каналом 23 к запасному резервуару (не показан) и с полостью 24. Канал 25 через золотник 4 подведен к полости 10 и через отверстие 13 к полости 12.

В корпусе 2 магистральной части размещена подвижная перегородка 26, отделяющая магистральную камеру 27 от золотниковой камеры 6. Подвижная перегородка 26 закреплена в штоке 28. Магистральная камера 27 постоянно сообщена каналом 29 с тормозной магистралью (не показана). В штоке 28 размещены плунжер 30, имеющий клапан 31 и дроссельные отверстия 32 в клапанной части, а также 33, 34, 35, сообщающие магистральную 27 и золотниковую 6 камеры, и стержень 36, упирающейся в клапан 37 дополнительной разрядки тормозной магистрали. Клапан 37 перекрывает сообщение между каналом 25 дополнительной разрядки тормозной магистрали и промежуточной полостью 38, которая отделена от магистральной камеры 27 посредством обратного клапана 39, имеющего уплотнительный элемент 40.

Между штоком 28 и корпусом 2 установлена пружина 41, которая в исходном положении отжимает подвижную перегородку 26 влево до упора клапана 31 плунжера в стержень 36, а стержня - в клапан 37 дополнительной разрядки.

Канал 25 дополнительной разрядки тормозной магистрали сообщен с органом трех давлений в главной части 1. Клапан 37 дополнительной разрядки тормозной магистрали имеет хвостовик 42, взаимодействующий на клапан 43 разрядки золотниковой камеры, перекрывающий сообщение между каналом 25 и атмосферной полостью 44 органа двух давлений. В корпусе 2 имеется дроссельное отверстие 45, постоянно сообщающее полость 44 с атмосферой.

Работа заявляемого ВР во всем диапазоне загрузок транспортных средств короткосоставных поездов должна происходить на одном среднем режиме торможения, который с предлагаемыми изменениями можно назвать универсальным. Первая ступень разрядки тормозной магистрали (ТМ) ΔРм в таких поездах в 0,04 МПа и две последующие по 0,02 МПа каждая, обеспечивают для порожних составов регулировочное и остановочное торможение с необходимым соответствующим ростом давления в тормозных цилиндрах (ТЦ) Рц до 0,14-0,18 МПа (фиг. 2).

При первой ступени разрядки ТМ подвижная перегородка 26, перемещаясь влево, откроет последовательно клапаны 37 дополнительной разрядки, 43 разрядки золотниковой камеры (ЗК) и клапан 31, которые соответственно обеспечивают: дополнительную разрядку ТМ за счет срабатывания уплотнительного элемента 40 по каналу 25 через дроссельное отверстие 13 в полость 12, сообщенную с атмосферой; разрядку ЗУ 6 через указанные выше три клапана и дроссельное отверстие 45 в атмосферу. За счет понижения давления в ЗК подвижная перегородка 3 переместится вправо и закроет правой крайней манжетой на распределительном золотнике 4 канал 25, что вызовет закрытие уплотнительного элемента 40.

Клапаном 8 вначале закроется дроссельное отверстие 13, а затем откроется сообщение запасного резервуара (ЗР) с ТЦ. Наполнение последнего приводит к перемещению уравнительной подвижной перегородки 9 вправо и сжатию большой 14, режимной пружины. Вторая и последующие ступени разрядки ТМ обеспечивают описанные выше процессы, кроме дополнительной разрядки ТМ.

При увеличении глубины разрядки ТМ более 0,08 МПа вплоть до полного служебного торможения (ПСТ) 0,15-0,17 МПа к большой 14 режимной пружине подключаются малая 15 и дополнительная 16, что обеспечивает линейный рост давления в ТЦ до уровня груженого режима 0,38-0,45 МПа необходимого для эффективного торможения груженых поездов (фиг. 2). Для того, чтобы время достижения промежуточных давлений в ТЦ груженых транспортных средств было минимальным при быстрой разрядке ТМ малого объема в коротких поездах и не затягивалось самим ВР, в его магистральной части 2 ускоренно происходит разрядка золотниковой камеры (ЗК) 6 через увеличенное дроссельное отверстие 45, сообщающее атмосферную полость органа двух давлений с атмосферой.

При отпуске давление в короткой ТМ быстро растет и через увеличенное отверстие в дросселе 21 и обратный клапан 22 ускоренно заряжается запасный резервуар, обеспечивая высокую неистощимость тормоза. В соответствии с этим процессом при перемещении подвижной перегородки 26 вправо через расширенные отверстия 33, 34, 35 плунжера 30 также быстро заряжается ЗК, перемещая влево подвижную перегородку 3 с распределительным золотником 4 в главной части 1.

Для согласования темпов отпуска тормоза выпуск воздуха из тормозного цилиндра осуществляется также через увеличенное дроссельное отверстие 13 в уравнительной подвижной перегородке 9, обеспечивая ее ускоренное перемещение в исходное положение.

Изменение диаметров отверстий рассчитывается по приведенным выше формулам, исходя из условия одновременно завершения процессов выпуска воздуха из ТЦ, дозарядки ЗР, продольно-динамических реакций в поезде при торможении, а также величины наибольшего заданного уклона.

Использование: в короткосоставных поездах на промышленном транспорте. Сущность изобретения: воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства снабжен дополнительной третьей пружиной, размещенной внутри комплекта большой и малой режимных пружин. Увеличены дроссельные отверстия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО КАРЬЕРНОГО ТРАНСПОРТА с часто изменяемой нагрузкой для короткосоставных поездов, содержащий магистральную часть, имеющую корпус, в котором размещена подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую камеры, на которой расположен плунжер, сообщающий через дроссельные отверстия магистральную и золотниковую камеры, клапан разрядки золотниковой камеры, отделяющий канал дополнительной разрядки тормозной магистрали от атмосферной полости органа двух давлений, сообщаемой с атмосферой посредством дроссельного отверстия, главную часть, имеющую корпус с размещенной в ней подпружиненной подвижной перегородкой, разделяющей рабочую и золотниковую камеры, соединенной с распределительным золотником, взаимодействующим с уравнительной подвижной перегородкой, снабженной центровой шайбой с ниппелем, сообщающей тормозной цилиндр с запасным резервуаром или атмосферой через дроссельное отверстие, и взаимодействующей с большой и малой режимными пружинами, ограниченными с другой стороны упоркой эксцентрикового переключателя, отличающийся тем, что внутри комплекта большой и малой пружин грузового режимного переключателя установлена третья пружина, одним концом взаимодействующая со стаканом упорки эксцентрикового переключателя, а вторым опирающаяся на центровую шайбу ниппеля уравнительной подвижной перегородки. 2. Воздухораспределитель по п.1, отличающийся тем, что диаметры дроссельных отверстий, сообщающих магистральную и золотниковую камеры в плунжере, составляют не более 1,5 мм (кроме осевого в клапанной части), атмосферную полость органа двух давлений с атмосферой - не более 2,1 мм, тормозной цилиндр с атмосферой в уравнительной подвижной перегородке - не более 4 мм, а тормозную магистраль с запасным резервуаром - не более 3,5 мм для соблюдения взаимозависимости этих дроссельных отверстий, обеспечивающей допустимые продольно-динамические усилия на автосцепках и неистощимость тормоза.