АВАРИЙНОЕ ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО ТРАНСПОРТНОЙ ТЕЛЕЖКИ Российский патент 2004 года по МПК B61H11/00 

Предлагаемое изобретение относится к тормозным устройствам для рельсовых транспортных средств и может быть использовано в тележках для перевозки грузов, содержащих ядерно-радиационноопасные материалы, в условиях АЭС.

Известно аварийное тормозное устройство для рельсового транспорта, содержащее тормозной элемент, выполненный в виде обращенной вниз открытой частью Y-образной колодки, закрепленной на раме тележки, внутренние поверхности которой снабжены режущими зубьями, которые сопрягаются с эквидистантной поверхностью насадки, выполненной из более мягкого материала, и привод, установленный на раме тележки и выполненный в виде силового цилиндра, шток которого кинематически связан с колодкой (1).

Известная конструкция аварийного тормозного устройства для рельсового транспорта не может быть использована на АЭС при транспортировке отработанного топлива. Это обусловлено тем, что тормозное устройство работает от специального привода, который в случае обесточивания, что обязательно происходит на АЭС при возникновении аварийной ситуации, не обеспечит перемещения тормозных колодок к рельсам и необходимого усилия их прижатия. Таким образом, основная задача, поставленная перед предлагаемым аварийным тормозным устройством транспортной тележки, - исключение несанкционированного перемещения транспортного средства при аварийных ситуациях на АЭС - не решается.

Известен аварийный дисковый тормоз подвижного состава, который содержит ось колесной пары, на которой жестко установлен диск, и тормозные башмаки с фрикционными накладками, установленными шарнирно на концах симметричного U-образного силового рычага, выполненного из материала с обратимой термической памятью формы. Рычаг установлен на бобышке между колонок подвижного кронштейна, который может поворачиваться на угол α на оси, и опирается на несущую поперечную балку рамы тележки подвижного состава. Над бобышкой кронштейна на колонках установлена стойка с возвратной пружиной и управляющей тягой. В отключенном положении U-образный силовой рычаг повернут на угол α, и тормозные башмаки находятся над тормозным диском (2).

В работе аварийного дискового тормоза подвижного состава использован известный эффект нагрева металла с обратимой термической памятью формы. Нагрев в данном случае осуществляется за счет трения тормозных башмаков о диски колес подвижного состава. Данное устройство не может быть использовано на транспортных средствах, эксплуатирующихся на АЭС, ввиду того, что скорости их перемещения невелики, а допускаемая величина свободного перемещения после начала торможения незначительна. Наличие этих условий не обеспечит требуемый нагрев силового элемента, что исключает возможность использования аварийного дискового тормоза подвижного состава в транспортных тележках на АЭС.

Прототипом, являющимся наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков, служит техническое решение для фиксации перемещения контейнеров с отработанным ядерным топливом, содержащее тележки со средствами фиксирования их положения. Первая тележка движется по рельсам, проложенным по хранилищу топливных контейнеров, и на которой имеются опоры для установки поддона с контейнерами. Подъемник для подъема и опускания поддона находится на второй тележке, которая движется по рельсам, проложенным на первой тележке. На обеих тележках имеются средства фиксирования их положений, каждое из которых содержит механизм блокировки со стопором, перемещающимся относительно соответствующей тележки, и привод перемещения стопора. Обе тележки можно остановить в нужном месте введением стопора в соответствующее гнездо со скошенными поверхностями. Гнезда сформированы в определенных точках хранилища и первой тележке. Поддон, нагруженный контейнерами, подъемником снимается с опор и доставляется в заданное место (3).

В известной конструкции фиксация тележек осуществляется стопором, который под действием привода вводится в гнезда, расположенные в определенных местах вдоль рельсового пути. Такая конструкция не обеспечивает надежную остановку тележки в аварийных ситуациях в условиях АЭС по двум причинам. Во-первых, при аварийных ситуациях на АЭС обесточиваются практически все потребители, поэтому привод перемещения стопора не может быть использован. Во-вторых, размещение гнезд под стопоры в определенных местах исключает возможность их использования в любой момент времени движения тележки, например, в тот момент, когда она находится между гнездами.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения безопасности транспортирования грузов с ядерно-радиационноопасными материалами в условиях АЭС при возникновении аварийных ситуаций, когда тележка во избежание несанкционированного перемещения должна быть быстро и надежно заблокирована.

Для достижения указанного технического результата в аварийном тормозном устройстве транспортной тележки, включающем механизм блокировки движения тележки, выполненный в виде стопоров с гнездами, и привод, последний содержит червячный редуктор, соединенный с электромагнитной муфтой и связанный с ней барабан, механизм блокировки движения тележки снабжен двумя валами, расположенными на рамах модулей, с установленными на них кулачками для взаимодействия с планками, которые жестко закреплены посредством скалок на подвижных зубчатых полумуфтах, в диаметрально противоположных точках которых вмонтированы пружины сжатия, контактирующие с рамами модулей, а неподвижные зубчатые полумуфты размещены на колесах, оси которых закреплены в шлицевых втулках, установленных в рамах модулей, на которых с возможностью взаимодействия расположены подвижные зубчатые полумуфты, при этом валы связаны с приводом посредством канатно-рычажной системы, причем барабан привода через канаты и блоки соединен со стопорами, расположенными с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрических направляющих, закрепленных в рамах модулей с возможностью взаимодействия с гнездами, неподвижно установленными на полотне рельсового пути.

Отличительными признаками предлагаемого аварийного тормозного устройства транспортной тележки от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что для быстрого и надежного заблокирования транспортной тележки во избежание ее несанкционированного перемещения при возникновении аварийных ситуаций на рамах модулей установлены два вала. На каждом валу расположены кулачки, взаимодействующие с планками, которые жестко закреплены посредством скалок на подвижных зубчатых полумуфтах, в диаметрально противоположных точках которых вмонтированы пружины сжатия, находящиеся в контакте с рамами модулей. Неподвижные зубчатые полумуфты размещены на колесах, оси которых закреплены в шлицевых втулках, установленных в рамах модулей, на которых с возможностью взаимодействия расположены подвижные зубчатые полумуфты. Валы через систему тяг, рычагов и канатов связаны с приводом. Барабан привода через канаты и блоки соединен со стопорами, расположенными с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрических направляющих, закрепленных в рамах модулей, с возможностью взаимодействия с гнездами, неподвижно установленными на полотне рельсового пути. Привод содержит червячный редуктор, соединенный с электромагнитной муфтой и связанный с ней барабан.

Благодаря наличию этих признаков при возникновении аварийных ситуаций, например сейсмических воздействий, аварий на АЭС с оборудованием, появляется возможность быстрой и надежной блокировки транспортной тележки во избежание ее несанкционированного перемещения, что обеспечивает безопасность транспортирования грузов с ядерно-радиационноопасными материалами. Это достигается управлением энергий сжатых пружин с помощью червячного редуктора с электромагнитной муфтой, которая перемещает подвижные зубчатые полумуфты, обеспечивая фиксацию движения колес путем соединения их с рамами модулей, и перемещения стопоров, и создания на фиксированных колесах за счет массы груза (120 тонн) сопротивления перемещению вдоль оси рельса, достаточного для остановки.

Наличие червячного редуктора как самотормозящего механизма, соединенного с электромагнитной муфтой, связанной с барабаном, позволяет фиксировать пружины в сжатом состоянии или разрывать эту связь, что обеспечивает удержание подвижных и неподвижных зубчатых полумуфт в разомкнутом состоянии или их сцепление, когда требуется остановка тележки.

Наличие пружин сжатия, вмонтированных в диаметрально противоположных точках подвижных зубчатых полумуфт, обеспечивает создание необходимого усилия для перемещения подвижных зубчатых полумуфт для вхождения в зацепление с неподвижными зубчатыми полумуфтами.

Наличие двух валов с установленными на них кулачками, которые взаимодействуют с планками, жестко закрепленными посредством скалок на подвижных зубчатых полумуфтах, позволяет управлять расположением зубчатых полумуфт относительно друг друга на всех колесах одновременно.

Наличие шлицевых втулок, неподвижно закрепленных в рамах модуля, взаимодействующих с подвижными зубчатыми полумуфтами, способствует скольжению последних в качестве направляющих и исключает возможность их проворота при сцеплении с неподвижными зубчатыми полумуфтами.

Наличие канатно-рычажной системы, связанной с приводом, позволяет осуществлять одновременный поворот валов с кулачками в подшипниковых опорах, установленных на рамах модулей, и планок и управление стопорами, связанными канатами с барабаном.

Наличие связи барабана привода через канатно-рычажную систему и канатно-блочную систему между подвижной зубчатой полумуфтой и стопорами обеспечивает надежную блокировку транспортной тележки от перемещения одним приводом в местах длительной стоянки, где размещены гнезда стопоров, установленных на полотне рельсового пути, а также в зоне между ними.

Предлагаемое аварийное тормозное устройство транспортной тележки иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показан общий вид аварийного тормозного устройства, установленного на транспортной тележке

На фиг.2 - вид по стрелке А аварийного тормозного устройства, установленного на транспортной тележке.

На фиг.3 - в разрезе элемент аварийного тормозного устройства, установленный на одном колесе тележки, в положении разблокированного колеса, когда зубчатые полумуфты расцеплены.

На фиг.4 - в разрезе элемент аварийного тормозного устройства, установленный на одном колесе тележки, в положении заблокированного колеса, когда зубчатые полумуфты зацеплены.

На фиг.5 - расположение кулачка и рычага, установленных на валу.

На фиг.6 - расположение канатно-рычажной системы.

На фиг.7 - механизм взаимодействия стопора с гнездом полотна рельсового пути.

На фиг.8 - кинематическая схема механизма аварийного тормозного устройства.

На фиг.1-8 можно увидеть, что тележка, для которой предлагается аварийное тормозное устройство, конструктивно содержит четыре модуля, оснащенных колесами: два модуля правых 1 и два модуля левых 2 и раму 3 тележки, соединяющую их между собой (фиг.1 и 2). Модули 1 и 2 установлены на рельсовом пути и имеют, по меньшей мере, три колеса каждый. На раме 3 тележки размещен электродвигатель 4 с червячным редуктором 5, связанным с электромагнитной муфтой 6, на одной оси с которой установлен барабан 7 с закрепленным в нем канатом 8 одним концом, а второй конец каната 8 подсоединен к рычагу 9, установленному на кронштейне 10, закрепленном на раме 11 модуля (фиг.3 и 4). Посредством тяги 12 рычаг 9 соединен с рычагом 13, который закреплен на валу 14, установленном в подшипниковых опорах 15 и 16, закрепленных на раме 11 модуля (фиг.3 и 4). На валу 14 размещен кулачок 17 с возможностью контактирования с планкой 18 (фиг.5 и 6). Количество кулачков определяется количеством колес модулей, оснащенных элементами аварийного тормозного устройства. При необходимости установки аварийного тормозного устройства на разобщенные модули вал 14 может иметь промежуточный карданный шарнир 19 (фиг.1). Планка 18 посредством скалок 20 закреплена на подвижной зубчатой полумуфте 21. Между подвижной зубчатой полумуфтой 21 и рамой 11 модуля вмонтированы в диаметрально противоположных точках пружины сжатия 22 (фиг.3 и 4). В раме 11 модуля неподвижно закреплена ось 23, на которой установлены колесо 24 с возможностью вращения и шлицевая втулка 25 с возможностью взаимодействия с подвижной зубчатой полумуфтой 21. На колесе 24 закреплена неподвижная зубчатая полумуфта 26, взаимодействующая с подвижной зубчатой полумуфтой 21 (фиг.3 и 4). Канат 27 присоединен одним концом к барабану 7, а вторым - через блок 28 к стопору 29, расположенному в свободно подвешенном состоянии в цилиндрической направляющей 30, закрепленной в раме 3 тележки (фиг.7 и 8). Стопор 29 установлен с возможностью взаимодействия с гнездом 31, неподвижно закрепленным на полотне рельсового пути.

В процессе работы механизм аварийного тормозного устройства имеет два положения. Первое положение - исходное, когда элементы привода: электродвигатель 28 и электромагнитная муфта 6 обесточены и колеса 24 заблокированы зубчатыми полумуфтами 21 и 26, стопоры 29 введены в гнезда 31. Тележка находится в заблокированном состоянии. Второе положение, когда электродвигатель 28 и электромагнитная муфта 6 включены и колеса 24 разблокированы зубчатыми полумуфтами 21 и 26, стопоры 29 расположены в верхнем положении. Тележка находится в разблокированном состоянии.

При разблокировании колес тележки включается электромагнитная муфта 6, затем электродвигатель 4, вращение от которого через червячный редуктор 5 и включенную электромагнитную муфту 6 передается на барабан 7, который поворачивается на заданный электроконтактными датчиками (не показаны) угол, после чего питание от электродвигателя 4 отключается. Электромагнитная муфта 6 остается под напряжением во включенном состоянии, обеспечивая кинематическую связь канатно-рычажной системы с червячным редуктором (фиг.3). Канаты 27 через блоки 28 поднимают стопоры 29 в крайнее верхнее положение, и они, перемещаясь по цилиндрическим направляющим 30, выходят из гнезд 31 (фиг.7). Канаты 8 поворачивают рычаги 9, которые перемещают тягу 12. Направления движений рычага 9 и тяги 12 указаны на чертеже (фиг.3). Тяга 12, воздействуя на рычаг 13, поворачивает вал 14 в подшипниковых опорах 15 и 16. Одновременно с валом 14 поворачивается кулачок 17, который нажимает на планку 18 и перемещает ее совместно со скалками 20 и подвижной зубчатой полумуфтой 21. Пружины сжатия 22 взводятся, подвижная зубчатая полумуфта 21 скользит по шлицевой втулке 25 и, перемещаясь, выходит из зацепления с неподвижной зубчатой муфтой 26, колеса 24 модулей 1 и 2 разблокируются, тележка находится в разблокированном состоянии (фиг.3). Механизм аварийного тормозного устройства удерживается в таком положении червячным редуктором 5, который является самотормозящим устройством.

Для блокирования движения тележки отключается питание электромагнитной муфты 6, в результате чего разрывается кинематическая связь самотормозящегося червячного редуктора 5 с канатно-рычажной системой, и пружины сжатия 22 перемещают подвижную зубчатую полумуфту 21, осуществляя сцепление с неподвижной зубчатой полумуфтой 26. Стопоры 29 под собственным весом опускаются в гнезда 31. При этом канат 27 через блок 28 стремится повернуть барабан 7 в исходное положение. Одновременно планка 18, связанная скалками 20 с подвижной зубчатой полумуфтой 21, нажимает на кулачок 17, который поворачивает вал 14, и рычаг 13 перемещает тягу 12 и канат 8. Под суммарным воздействием усилий от канатов 8 и 27 барабан 7 возвращается в исходное положение (фиг.4). Тележка блокируется.

В положении тележки, когда происходит перемещение груза и тележка находится между гнездами, для гашения нагрузок, вызванных сейсмическими воздействиями и перемещающих тележку вдоль рельсового пути, используются массы транспортируемого груза и масса тележки, которые создают на заблокированных колесах в зоне контакта колес с рельсами силу, направленную в сторону, противоположную направлению движения тележки, равную массе груза плюс масса тележки, умноженные на коэффициент трения скольжения. Учитывая, что контейнер с радиоактивными отходами имеет массу около 120 тонн, а масса тележки около 20 тонн, получаем тормозное усилие 14 тонн, при коэффициенте трения скольжения стали по стали 0,1. Расчеты показывают, что этого усилия торможения достаточно, чтобы исключить несанкционированные перемещения тележки с грузом более чем на 200 мм при землетрясении до 8 баллов, что допустимо по условиям безопасности АЭС.

Таким образом, совокупность признаков, заложенная в данном техническом решении, позволяет быстро и надежно заблокировать транспортную тележку, исключить столкновение с оборудованием, расположенным в зоне перемещения, при возникновении аварийных ситуаций, сейсмических воздействий, что обеспечивает безопасность транспортирования грузов с ядерно- и радиационноопасными материалами.

Литература

1. РФ № 2051825 С1, МПК 6 В 61 Н 7/12, оп.10.01.96.

2. РФ № 2137639 С1, МПК 6 В 61 Н 5/00, оп.20.09.99.

3. Патент Японии № 3-3919В4, МПК 5 G 21 C 19/32, заявка № 57-73082 от 82.04.20, (65) 58-193802, (43)82.11.11, (40) 910121 N6-98.

Изобретение относится к тормозным устройствам для рельсовых транспортных средств и может быть использовано в тележках для перевозки в условиях АЭС грузов, содержащих ядерно-радиационноопасные материалы, когда при возникновении аварийных ситуаций тележка во избежание возможного падения груза должна быть быстро и надежно заторможена. Устройство содержит четыре колесных модуля и раму тележки с размещенными на ней приводом и механизмом блокировки движения тележки, который снабжен двумя валами, установленными в подшипниковых опорах, закрепленных на рамах модулей. На валах размещены кулачки, контактирующие с планками, которые посредством скалок закреплены на подвижных зубчатых полумуфтах. Между подвижными зубчатыми полумуфтами и рамами модулей вмонтированы в диаметрально противоположных точках пружины сжатия. В рамах модулей неподвижно закреплены оси с установленными на них колесами и шлицевыми втулками, которые взаимодействуют с подвижными зубчатыми полумуфтами. На колесах закреплены неподвижные зубчатые полумуфты, взаимодействующие с подвижными зубчатыми полумуфтами. Барабан привода канатно-рычажной системой связан с валами и канатно-блочной системой со стопорами, установленными с возможностью взаимодействия с гнездами, неподвижно закрепленными на полотне рельсового пути. Технический результат: обеспечение безопасности транспортирования грузов с ядерно-радиационноопасными материалами. 8 ил.

Аварийное тормозное устройство транспортной тележки, включающее механизм блокировки тележки, выполненный в виде стопоров с гнездами, и привод, отличающееся тем, что привод содержит червячный редуктор, соединенный с электромагнитной муфтой, и связанный с ней барабан, механизм блокировки движения тележки снабжен двумя валами, расположенными на рамах модулей, с установленными на них кулачками для взаимодействия с планками, которые жестко закреплены посредством скалок на подвижных зубчатых полумуфтах, в диаметрально противоположных точках которых вмонтированы пружины сжатия, контактирующие с рамами модулей, а неподвижные зубчатые полумуфты размещены на колесах, оси которых закреплены в шлицевых втулках, установленных в рамах модулей, на которых с возможностью взаимодействия расположены подвижные зубчатые полумуфты, при этом валы связаны с приводом посредством канатно-рычажной системы, причем барабан привода через канаты и блоки соединен со стопорами, расположенными с возможностью возвратно-поступательного перемещения в цилиндрических направляющих, закрепленных в рамах модулей с возможностью взаимодействия с гнездами, неподвижно установленными на полотне рельсового пути.