СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B60T8/20 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано в пневматической тормозной системе с воздухораспределителем непрямодействующего типа, имеющим, например, рабочий орган двух давлений.

В частности, изобретение использует способ торможения железнодорожных транспортных средств, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства, и относится к пневматическим тормозным системам, снабженным запасным резервуаром и одним или несколькими тормозными цилиндрами, наполняемыми сжатым воздухом при торможении непосредственно через воздухораспределитель из запасного резервуара либо через пневматический повторитель реле давления из отдельного питательного резервуара в соответствии с изменением давления в специальном резервуаре, подключенном к реле давления и наполняемом через воздухораспределитель из запасного резервуара. В такой системе имеется два переключаемых режима - порожний и груженый, соответствующих порожнему и груженому транспортному средству и достигаемых изменением величины давления в тормозном цилиндре.

Указанная тормозная система отличается от других тем, что установившееся при торможении давление сжатого воздуха в тормозном цилиндре или специальном резервуаре в случае утечки из них не восстанавливается, а его величина непосредственно зависит от их объемов и объема запасного резервуара и при полном служебном или экстренном торможениях достигается выравниванием давлений в этих объемах. При этом величина снижения давления в тормозной магистрали при торможении, необходима для получения максимального давления в цилиндре или специальном резервуаре при полном служебном торможении, равна разности начального давления в магистрали и этого максимального давления.

Далее для простоты рассматривается тормозная система с одним тормозным цилиндром, наполняемым сжатым воздухом непосредственно через воздухораспределитель, однако все изложенное ниже полностью относится и к системам с несколькими тормозными цилиндрами, наполняемыми сжатым воздухом непосредственно через воздухораспределитель или через реле давления.

Известна тормозная система, содержащая воздухораспределитель с органом двух давлений, запасный резервуар, тормозной цилиндр и постоянно соединенный с цилиндром дополнительный резервуар переменного объема [1]. В этой системе порожний и груженный режимы торможения обеспечиваются соответственно увеличением или уменьшением объема дополнительного резервуара и тем самым суммарного объема этого резервуара и цилиндра, что соответственно уменьшает или увеличивает давление в тормозном цилиндре при торможении.

Существенным недостатком этой тормозной системы является то, что время изменения давлений в тормозном цилиндре на порожнем и груженом режимах отличается и тем больше, чем больше разница масс брутто и тары транспортного средства. Это приводит к значительной разнице удельных тормозных сил при торможении поезда, состоящего из транспортных средств с разной загрузкой, оборудованных указанной тормозной системой, и в целом к снижению тормозной эффективности поезда.

Известна тормозная система, содержащая воздухораспределитель с органом двух давлений, запасный резервуар, тормозной цилиндр и постоянно соединенный с цилиндром регулятор давления в нем [2]. Регулятор представляет собой клапан, отделяющий полость тормозного цилиндра от атмосферы и нагруженный пружиной, усилие которой прямо пропорционально загрузке транспортного средства. При торможении порожнего транспортного средства сжатый воздух поступает в тормозной цилиндр, отжимает клапан регулятора и выходит в атмосферу. Давление в цилиндре падает до величины, соответствующей порожнему режиму и определяемой усилием пружины клапана. При торможении полностью загруженного транспортного средства клапан не открывается и давление в тормозном цилиндре соответствует груженому режиму. К существенным недостаткам этой тормозной системы относится то, что при служебных торможениях порожнего или частично загруженного транспортного средства с давлением воздуха в тормозном цилиндре менее величины, при которой открывается клапан, торможение осуществляется на груженом режиме. Кроме того, время изменения давления воздуха в тормозном цилиндре до максимального значения на порожнем и груженом режимах при полных служебных и экстренных торможениях значительно отличается.

Наиболее близкой заявляемой тормозной системе по совокупности существенных признаков является тормозная система, использующая способ торможения железнодорожных транспортных средств, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства, и содержащая воздухораспределитель с органом двух давлений, запасный резервуар, тормозной цилиндр, переключатель порожнего и груженого режимов торможения, дополнительный резервуар, сообщенный через переключатель на порожнем режиме с тормозным цилиндром и отключенный от тормозного цилиндра переключателем на груженом режиме, устройство для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме [3] - прототип.

Переключатель режимов расположен на трубопроводе между тормозным цилиндром и дополнительным резервуаром. Устройство для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме представляет собой реле давления и имеет два чувствительных элемента - диафрагмы с разной площадью. Тормозной цилиндр соединен через одну полость реле давления с воздухораспределителем. Другая полость реле давления подключена к дополнительному резервуару. На груженом режиме дополнительный резервуар переключателем режимов отключен от тормозного цилиндра и при торможении давление в последнем устанавливается непосредственно воздухораспределителем, при этом сжатый воздух свободно проходит через реле давления от воздухораспределителя в тормозной цилиндр и обратно при отпуске тормоза. На порожнем режиме переключатель сообщает тормозной цилиндр с дополнительным объемом и реле давления. При торможении на порожнем режиме величина давления сжатого воздуха меньше, чем на груженом режиме за счет увеличенного объема тормозного цилиндра, а сам процесс наполнения тормозного цилиндра до промежуточных и максимального давления в нем на порожнем режиме происходит по времени идентично груженому режиму за счет регулирования этого давления через реле давления пропорционально давлению груженого режима.

Наличие дифференциального реле давления усложняет конструкцию тормозной системы и монтаж на транспортном средстве, а также исключает возможность регулировки, при необходимости, давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре на порожнем режиме в зависимости от тары транспортного средства.

Указанные недостатки устраняют заявляемые способ и тормозная система и, решая поставленную задачу, дают возможность реализовать одинаковые временные характеристики изменений давлений в тормозных цилиндрах при торможении порожних и груженных транспортных средств, а также величины давлений в тормозном цилиндре при служебных торможениях, пропорциональные загрузке транспортного средства. Достигаемый технический результат при реализации заявленных объектов заключается в упрощении конструкции тормозной системы, повышении плавности и эффективности торможения поезда, имеющего в своем составе порожние и груженые транспортные средства.

В качестве кратких сведений, раскрывающих сущность изобретения следует отметить, что достигаемый технический результат обеспечивают с помощью предложенного способа торможения железнодорожных транспортных средств, заключающегося в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства, тем, что в системе, содержащей n транспортных средств соответственно с массами m₁, m₂, ..., m_i, ..., m_n-1, m_n, где n выбирают в пределах 1 ≤ n ≥ 500, при торможении изменяют для k транспортных средств, где k выбирают в пределах (1 + 1/n) ≤ (k + n)/n ≤ 2, величину давления сжатого воздуха в их тормозных цилиндрах до значений соответственно P₁, P₂, ..., P_i, ..., P_k-1, P_k. Каждое из этих давлений выбирают в пределах от минимального Pmini

до максимального Pmaxi, которые в свою очередь выбирают в зависимости преимущественно от массы m_i транспортного средства в пределах 1 ≤ (Pmini+ Pmaxi)/Pmaxi≤ 2. Изменение давления сжатого воздуха в тормозной магистрали для этого поддерживают в диапазоне значений от первоначального зарядного P₀ до значения P_раб в пределах 1 ≤ (P_раб + P₀)/ P₀ ≤ 2 в течение промежутков времени от минимального tmini до максимального tmaxi значений, которые выбирают в пределах 1 ≤ (tmini+ tmaxi)/tmaxi≤ 2.
В качестве кратких сведений, раскрывающих сущность изобретения следует также отметить, что достигаемый технический результат обеспечивают, например, с помощью предложенной пневматической тормозной системы тем, что значения величин V_д - объема дополнительного резервуара, V_ц - объема тормозного цилиндра и V_р - объема запасного резервуара; взаимосвязаны между собой соотношением
V_д+ αV_ц= (ΔP_мV_p- αP_aV_ц)/Pmaxпор,
где α - экспериментальный коэффициент, выбранный в пределах 0,5 ≤ α ≤ 1,5 в основном в зависимости от жесткости пружин тормозного цилиндра и рычажной передачи, на которую он воздействует;
ΔP_м- минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали при торможении для получения в тормозном цилиндре на груженом режиме максимального давления, соответствующего груженому транспортному средству;
Pmaxпор- максимальное избыточное давление в тормозном цилиндре на порожнем режиме, соответствующее порожнему вагону;
P_а - атмосферное давление.

Достигаемый технический результат обеспечивают с помощью предложенной пневматической тормозной системы также тем, что регулятор сообщен полостью регулируемого давления с воздухораспределителем, а полостью за впускным клапаном - с тормозным цилиндром.

Следует обратить внимание, что в заявке соблюден принцип единства изобретения, так как предложенные способ и устройство имеют одно и тоже назначение, служат одной цели, обеспечивают достижение одного и того же технического результата и таким образом взаимосвязаны единым изобретательским замыслом, охарактеризованным формулой изобретения.

Предложенные способ и устройство целесообразно пояснить чертежом, на котором схематически изображена блок-схема фрагмента предложенной пневматической тормозной системы.

При изложении сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения целесообразно более детально описать предложенный способ торможения железнодорожных транспортных средств. При описании способа нецелесообразно детально останавливаться на известных из опубликованных данных особенностях выполнения его операций, в частности, изменения давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства.

Детально целесообразно остановиться только на отличительных существенных особенностях осуществления операций предложенного способа, заключающихся в том, что в системе, содержащей n транспортных средств соответственно с массами m₁, m₂, ..., m_i, ..., m_n-1, m_n, где n выбирают в пределах 1 ≤ n ≤ 500, при торможении изменяют для k транспортных средств, где k выбирают в пределах (1 + 1/n) ≤ (k + n)/n ≤ 2, величину давления сжатого воздуха в их тормозных цилиндрах до значений соответственно P₁, P₂, ..., P_i, ..., P_k-1, P_k. Каждое из этих давлений выбирают в пределах от минимального Pmini

до максимального Pmaxi, которые в свою очередь выбирают в зависимости преимущественно от массы m_i транспортного средства в пределах 1 ≤ (Pmini+ Pmaxi)/Pmaxi≤ 2. Изменение давления сжатого воздуха в тормозной магистрали для этого поддерживают в диапазоне значений от первоначального зарядного P₀ до значения P_раб в пределах 1 ≤ (P_раб + P₀)/P₀ ≤ 2 в течение промежутков времени от минимального tmini до максимального tmaxi значений, которые выбирают в пределах 1 ≤ (tmini+ tmaxi)/tmaxi≤ 2. Это означает, что количество транспортных средств, охватываемых единой тормозной системой, и масса каждого из транспортных средств могут быть выбраны в широких пределах. При этом в соответствии с заявленным способом величину давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах каждого из транспортных средств, а также временные интервалы достижения этих величин выбирают в заявленных пределах, обеспечивающих наибольшую эффективность торможения при избежании блокирования колес.

При описании предложенной пневматической тормозной системы как одного из вариантов практического осуществления заявленного способа торможения железнодорожных транспортных средств нецелесообразно детально останавливаться на известных из опубликованных данных конструктивных особенностях, в частности, следующих ее узлов: воздухораспределитель с органом двух давлений, запасный резервуар, тормозной цилиндр, переключатель порожнего и груженого режимов торможения, дополнительный резервуар, сообщенный через переключатель на порожнем режиме с тормозным цилиндром и отключенный от тормозного цилиндра переключателем на груженом режиме, устройство для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме. Детально целесообразно остановиться только на отличительных существенных конструктивных особенностях предложенного устройства, заключающихся в том, что значения величин V_д - объема дополнительного резервуара, V_ц - объема тормозного цилиндра и V_р - объема запасного резервуара; взаимосвязаны между собой соотношением
V_д+ αV_ц= (ΔP_мV_p- αP_aV_ц)/Pmaxпор

,
где α - экспериментальный коэффициент, выбранный в пределах 0,5 ≤ α ≤ 1,5 в основном в зависимости от жесткости пружин тормозного цилиндра и рычажной передачи, на которую он воздействует;
ΔP_м- минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали при торможении для получения в тормозном цилиндре на груженом режиме максимального давления, соответствующего груженому транспортному средству;
Pmaxпор- максимальное избыточное давление в тормозном цилиндре на порожнем режиме, соответствующее порожнему вагону;
P_а - атмосферное давление.

Указанные конструктивные особенности предложенной пневматической тормозной системы в виде варианта выполнения входящего в нее пневматического тормоза, как уже упоминалось, отображены на прилагаемом чертеже (см. фиг.). Тормоз состоит из воздухораспределителя 1, соединенного через разобщительный кран 2 с тормозной магистралью 3, запасного резервуара 4, соединенного с воздухораспределителем 1, тормозного цилиндра 5, постоянно сообщенного трубопроводами 6 и 7 с воздухораспределителем 1 через устройство 8 для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме, выполненное, в частности, в виде регулятора давления, дополнительного резервуара 9, переключателя 10, сообщающего трубопровод 7 либо с резервуаром 9 при перекрытом трубопроводе 11, либо с трубопроводом 11 при отключенном резервуаре 9. Регулятор 8 давления в тормозном цилиндре 5 регулируют на максимальное давление в последнем, соответствующее порожнему режиму.

Данная схема полностью относится и к тормозным системам, в которых вместо цилиндра 5 имеется специальный резервуар, а наполнение тормозного цилиндра сжатым воздухом при торможении осуществляется из отдельного резервуара через реле давления в соответствии с изменением давления в специальном резервуаре.

Пневматический тормоз работает следующим образом.

На груженом вагоне (груженый режим) переключателем 10 резервуар 9 отключен от трубопровода 7, а последний сообщен с трубопроводом 11 и далее с тормозным цилиндром 5. Процессы торможения происходят как и в обычной тормозной системе с непосредственным наполнением тормозного цилиндра 5 сжатым воздухом из запасного резервуара и выпуском воздуха из него в атмосферу через воздухораспределитель 1. Максимальное давление в цилиндре 5 определяется его объемом (выходом штока), а также начальным давлением в тормозной магистрали 3 и объемом запасного резервуара 4.

На порожнем вагоне (порожний режим) переключатель 10 разобщает трубопроводы 7 и 11, а резервуар 9 сообщен с трубопроводом 7 и далее через регулятор 8 и трубопровод 6 с цилиндром 5. При торможении воздух от воздухораспределителя 1 поступает через трубопровод 7 в резервуар 9 и через регулятор 8 в цилиндр 5 до тех пор, пока давление в цилиндре 5 и резервуаре 9 не достигнет величины, установленной регулятором 8. Последний закрывается и прекращает наполнение сжатым воздухом цилиндра 5.

Объем резервуара 9 выбирают так, что при торможении наполнение резервуара 9 и цилиндра 5 на порожнем режиме до величины, установленной регулятором 8, и наполнение одного цилиндра 5 до максимального давления в нем на груженом режиме при отключенном резервуаре 9 происходит практически при одной и той же величине снижения давления в тормозной магистрали. При этом оптимальные условия реализации заявленных способа и устройства достигаются, когда значения величин V_д - объема дополнительного резервуара, V_ц - объема тормозного цилиндра и V_р - объема запасного резервуара взаимосвязаны между собой вышеприведенным соотношением.

Для обеспечения надежного и стабильного выпуска воздуха из цилиндра 5 через воздухораспределитель 1 при отпуске тормоза регулятор 8 может быть подключен своей полостью регулируемого давления к трубопроводу 7, а полостью за впускным клапаном - к трубопроводу 6 и далее к тормозному цилиндру.

Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным детальным описанием заявленных объектов. Соответствие критерию промышленная применимость заявленных объектов доказывается как широким изготовлением и использованием различных тормозных систем в промышленных масштабах, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически трудно реализуемых признаков. Нижние и верхние значения заявленных пределов были получены на основе результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их и известных из опубликованных источников данных, исходя из условия достижения указанного технического результата, а также с использованием изобретательской интуиции.

Использованные источники
1. Патент США N 3960411, кл. 303-23R, МПК B 60 T 8/20, 28.07.75.

2. Патент США N 3929384, кл. 303-22R, МПК B 60 T 8/20, 09.10.74.

3. Книга "The Car and Lokomotive Cyc Lopedia", "Simmons-Boardman P.C., New-York, 1980, с. 556, 601 - прототип.

Способ торможения заключается в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым дозированно управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства. Для этого в предложенной пневматической тормозной системе значения величин V_д -объема дополнительного резервуара, V_ц - объема тормозного цилиндра и V_р - объема запасного резервуара, связаны между собой соотношением
V_д+ αV_ц= (ΔP_мV_p- αP_aV_ц)/Pmaxпор

,
где α - экспериментальный коэффициент, выбранный в пределах 0,5 ≤ α ≤ 1,5 в основном в зависимости от жесткости пружин тормозного цилиндра и рычажной передачи, на которую он воздействует; ΔP_м- минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали при торможении для получения в тормозном цилиндре на груженом режиме максимального давления соответствующего груженому транспортному средству; Pmaxпор- максимальное избыточное давление в тормозном цилиндре на порожнем режиме, соответствующее порожнему вагону; P_a - атмосферное давление. Достигаемый технический результат при реализации заявленных объектов заключается в упрощении конструкции тормозной системы, повышении плавности и эффективности торможения поезда, имеющего в своем составе порожние и груженые транспортные средства. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ торможения железнодорожных транспортных средств, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства, отличающийся тем, что в системе, содержащей n транспортных средств соответственно с массами m₁, m₂, ..., m_i, ..., m_n-1, m_n, где n выбирают в пределах 1 ≤ n ≤ 500, при торможении изменяют для k транспортных средств, где k выбирают в пределах (1 + 1/n)≤(k+n)/n ≤ 2, величину давления сжатого воздуха в их тормозных цилиндрах до значений соответственно P₁, P₂, ..., P_i, P_k-1, P_k, каждое из которых выбирают в пределах от минимального Pmini

до максимального Pmaxi, которые, в свою очередь, выбирают в зависимости преимущественно от массы m_i транспортного средства в пределах 1 ≤ (Pmini+ Pmaxi)/Pmaxi ≤ 2 при изменении давления сжатого воздуха в тормозной магистрали в диапазоне значений от первоначального зарядного P_о до значения P_раб. в пределах 1 ≤ (P_раб.+ P_о)/P_о≤2 в течение промежутков времени от минимального tmini до максимального tmaxi значений, которые выбирают в пределах 1 ≤ (tmini+ tmaxi)/tmaxi ≤ 2.
2. Пневматическая тормозная система для осуществления способа торможения железнодорожных транспортных средств, содержащая воздухораспределитель с органом двух давлений, запасный резервуар, тормозной цилиндр, переключатель порожнего и груженого режимов торможения, дополнительный резервуар, сообщенный через переключатель на порожнем режиме с тормозным цилиндром и отключенный от тормозного цилиндра переключателем на груженом режиме, устройство для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме, отличающаяся тем, что значение величин V_д - объема дополнительного резервуара, V_ц - тормозного цилиндра и V_p - объема запасного резервуара взаимосвязаны между собой соотношением
V_д+αV_ц = (ΔP_мV_p-αP_aV_ц)/Pmaxпор,
где α - экспериментальный коэффициент, выбранный в пределах 0,5 ≤ α ≤ 1,5 в основном в зависимости от жесткости пружин тормозного цилиндра и рычажной передачи, на которую он воздействует;
ΔP_м - минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали при торможении для получения в тормозном цилиндре на груженом режиме максимального давления, соответствующего груженому транспортному средству;
Pmaxпор - максимальное избыточное давление в тормозном цилиндре на порожнем режиме, соответствующее порожнему вагону;
P_a - атмосферное давление. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что устройство для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме выполнено в виде регулятора, сообщенного полостью регулируемого давления с воздухораспределителем, а полостью за впускным клапаном - с тормозным цилиндром.