СБРАСЫВАЮЩИЙ КЛАПАН Российский патент 2005 года по МПК F16K17/10 

Предложенное устройство относится к клапанам сбрасывающим трехпозиционным, предназначенным для сброса давления сжатого воздуха из тормозных цилиндров по командам противоюзной защиты с последующим их наполнением. Оно может быть использовано в тормозных системах железнодорожного транспорта.

Существующая ситуация в этой области деятельности характеризуется следующим образом. Противоюзные системы посредством клапана управляют тормозом транспортного устройства. Так как торможение быстротечно, то эта система должна обладать быстродействием, то есть тормозной цилиндр должен быстро наполняться воздухом и быстро сбрасываться (это главное). Скорость заполнения и сброса напрямую зависит от быстродействия клапана управления (сбрасывающего). В общем случае при торможении по команде машиниста обеспечивается через сбрасывающий клапан приложение тормозной колодки к колесу. Из-за инерции при плохом сцеплении колеса с рельсом (дождь, лед) происходит блокирование колеса, что ведет к износу колеса, рельса и снижению эффективности торможения. Средств контроля этого процесса нет. Система противоюзового контроля содержит на всех колесах датчики поворота (сигнал о вращении колеса) и электронный блок отслеживания. Если все колоса вращаются примерно с одной скоростью, то сигнал торможения не изменяется. Если какое-то колесо начинает вращаться медленнее, то система противоюзового контроля подает сигнал на клапан этой колесной пары для сброса воздуха из тормозных цилиндров (чтобы выравнивать скорости вращения колес без участия машиниста). Однако это не устраивает, так как процесс должен быть быстрым. В частности, рекомендуется обеспечивать сброс давления с 4 кгс/см² до 0,2 кгс/см² за 400 мс, но на практике до последнего времени удавалось достигать параметров 500-900 мс, что явно недостаточно для повышение безопасности движения и эффективности торможения. Это прямо влияет на средние экономические показатели движения на отдельных перегонах, приводя к их уменьшению и снижению экономичности перевозок. Такова история вопроса.

Известен клапан сброса давления (см. а.с.СССР №1810700, F 16 K 17/10), содержащий корпус с выхлопным отверстием, закрепленный на рабочей емкости посредством патрубка, и запорный механизм.

Известен также комбинированный клапан (см. патент РФ №2000973, В 60 Т 11/32), содержащий корпус, установленный в пневмомагистрали, запорный элемент в виде тарелки, на которой выполнено отверстие с клапаном, поджатым пружиной, золотник.

Из всех устройств подобного назначения самым близким по технической сущности к предложенному изобретению является клапан трехходовой сбрасывающий(см. Каталог изделий Московского тормозного завода (ОАО”Трансмаш”), с.56-57). Он выбран в качестве прототипа ввиду того, что обладает совокупностью существенных признаков, близкой к предложенному изобретению.

Указанное устройство содержит корпуса, крышки и переходные шпильки, причем на одном корпусе располагаются клапан управляющий нормально закрытый, состоящий из электромагнитной катушки, якоря, втулки с седлом и пружины, и клапан управляющий нормально открытый, состоящий из электромагнитной катушки, якоря, втулки и пружины. На другом корпусе располагаются клапан основной нормально закрытый, состоящий из мембраны, седла и пружины, и клапан основной нормально открытый, состоящий из мембраны, седла и пружины. Первый клапан основной установлен в основной магистрали и обеспечивает связь источника давления с исполнительным механизмом. Надмембранная полость(полость управления) первого клапана основного связана с входом основной магистрали посредством канала управления, в котором установлен дроссель, а также с атмосферой посредством канала управления, в котором установлен клапан управления нормально открытый. Второй клапан основной установлен в магистрали сброса, связанной с выходом основной магистрали и обеспечивает связь исполнительного механизма с атмосферой. Надмембранная полость(полость управления) второго клапана основного связана с выходом основной магистрали посредством канала управления, в котором установлен дроссель, а также с атмосферой посредством канала управления, в котором установлен клапан управления нормально закрытый.

Такое конструктивное исполнение указанного устройства реализует торможение железнодорожных транспортных средств. Однако прототип не обеспечивает технического результата, выраженного в повышении быстродействия тормозных средств.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном сбрасывающем клапане, содержащем корпуса, крышки, основные клапаны с запорными элементами и управляющие клапаны, основную магистраль, связывающую полость входа в устройство и полость подачи среды к исполнительному механизму, магистраль сброса, связывающую полость подачи среды и полость сброса среды в атмосферу, магистраль управления, в основной магистрали между источником давления и исполнительным механизмом установлен первый основной клапан, полость управления которого связана со входом основной магистрали через магистраль управления, в которой установлен клапан управления нормальнооткрытый и выходом магистрали сброса через магистраль управления с установленным в ней дросселем, между исполнительным механизмом и атмосферой в магистрали сброса, связанной с выходом основной магистрали, установлен второй основной клапан, полость управления которого связана с входом основной магистрали через магистраль управления, в которой установлен клапан управления нормально закрытый, и с выходом магистрали сброса через магистраль управления с установленным в ней вторым дросселем, причем каждый запорный элемент выполнен в виде золотника, связанного с поршнем и установленного с возможностью поджатия к седлу.

Кроме того, в полости подачи среды к исполнительному механизму выполнена полость для установки датчика давления.

На фиг.1 показана функциональная схема клапана по прототипу.

На фиг.2 показана конструкция сбрасывающего клапана по прототипу.

На фиг.3 показана функциональная схема сбрасывающего клапана по предлагаемому изобретению.

На фиг.4 а, б, в показана конструкция сбрасывающего клапана по предложенному изобретению в разных проекциях.

На фиг.5 показана выдержка из каталога изделий ОАО “Трансмаш”, Москва, 1999, где приведены данные по прототипу.

Устройство сбрасывающего клапана по предложенному изобретению характеризуется следующим образом (см. фиг.3). В него входят два основных клапана, нормально открытый клапан управления, нормально закрытый клапан управления, основная магистраль и магистраль сброса (показаны жирной линией), а также магистраль управления (показаны тонкой линией).

В предложенном изобретении используются следующие обозначения:

- полость I - вход в устройство;

- полость II - подача среды к исполнительному механизму;

- полость III - сброс рабочей среды в атмосферу от исполнительного механизма;

- полость IV - запоршневая полость от поршня 24;

- полость V - запоршневая полость от поршня 20;

- полость VI - установка датчика 26.

Клапан 1 основной установлен в основной магистрали и обеспечивает связь источника давления (на фиг.не показан) с исполнительным механизмом (тормозной цилиндр 5). Полость IV управления первого клапана основного связана с входом основной магистрали посредством магистрали управления, в которой установлен клапан 3 управления нормально открытый, а также с выходом магистрали сброса посредством магистрали управления, в которой установлен дроссель первый. Клапан 2 основной установлен в магистрали сброса, связанной с выходом основной магистрали и обеспечивает связь исполнительного механизма с атмосферой. Полость V управления клапана 2 основного связана с входом основной магистрали посредством магистрали управления, в которой установлен клапан 4 управления нормально закрытый, а также с выходом магистрали сброса посредством магистрали управления, в которой установлен дроссель второй. Тормозной цилиндр 5 установлен с возможностью взаимодействия с колесом 6.

Клапан сбрасывающий состоит из корпусов 7 и 8, крышек 9 и 10, переходника 11 (например, в виде шпилек).

Внутри корпуса 8 располагаются клапан 3 управляющий нормально открытый и клапан 4 управляющий нормально закрытый. Клапан 4 состоит из электромагнитной катушки, якоря 12, крышки с седлом 13, пружины 14. Клапан 3 состоит из электромагнитной катушки, якоря 15, штока 16, пружины 17. Внутри корпуса 7 располагаются клапан 1 основной и клапан 2 основной. Клапан 2 основной состоит из золотника 18, являющегося запорным элементом, седла 19, поршня 20, пружины 21. Клапан 1 основной состоит из золотника 22, являющегося запорным элементом, седла 23, поршня 24, пружины 25.

В полости VI, связанной с полостью II (подача рабочей среды к исполнительному механизму), установлен датчик 26 давления, выполненный, например, типа 4040РС 150G4D фирмы Honeywell (США).

Основная магистраль и магистраль сброса представляют собой отверстия в корпусе клапана с одинаковым условным проходом. Магистраль управления представляет собой отверстия в корпусах клапана с меньшим условным проходом. Дроссели первый и второй представляют собой отверстия в поршнях с условным проходом меньше, чем в магистралях управления.

Устройство работает следующим образом. Воздух с рабочим давлением подается в клапан через полость I (входное отверстие) корпуса 8. По управляющим каналам он поступает к входам клапанов управляющего нормально закрытого 4 и управляющего нормально открытого 3. Затвор клапана 3 в исходном состоянии открыт, поскольку пружина 17 через шток 16 отжимает якорь 15 от седла. Воздух через клапан 3 поступает в полость IV управления (запоршневую полость) поршня 24.

За счет давления рабочей среды поршень 24 перемещает золотник 22 от седла 23, сжимая при этом пружину 25. Основной затвор клапана 1 основного открывается, сообщая полости I (полость входа в клапан) и II (полость подачи среды к исполнительному механизму). Воздух подается в полость тормозного цилиндра. Затвор клапана 4 в исходном состоянии закрыт, поскольку пружина 14 поджимает якорь 12 к седлу 13. Под действием пружины 21 и давления среды в полостях I и II, золотник 18 поджимается к седлу 19. Поршень 20 находится в исходном состоянии. Золотник 18 разобщает полости II и III (полость сброса рабочей среды в атмосферу от исполнительного механизма).

При подаче тока на катушку клапана 3 управляющего нормально открытого якорь 15 за счет электромагнитных сил перемещается к седлу, сжимая через шток 16 пружину 17. При этом якорь 15 перекрывает затвор клапана 3 управляющего нормально открытого. Воздух из запоршневой полости IV поршня 24 по магистрали управления поступает в полость III. За счет усилия пружины и давления среды золотник 22 совместно с поршнем 24 перемещаются. Золотник 22 поджимается к седлу 23 и разобщает полости 1 и II. Полость тормозного цилиндра отсекается от источника давления.

При подаче тока на катушку клапана 4 управляющего нормально закрытого якорь 12 за счет электромагнитных сил перемещается, сжимая пружину 14. Воздух через каналы клапана поступает в запоршневую полость V поршня 20. За счет давления рабочей среды поршень 20 перемещает золотник 18 от седла 19, сжимая при этом пружину 21. Основной затвор клапана 2 основного открывается, сообщая полости II и III. Воздух сбрасывается из полости тормозного цилиндра 5 в атмосферу.

При прекращении питания катушки клапана 4 управляющего нормально закрытого якорь 12 за счет усилия пружины 14 и давления среды перемещается к седлу, перекрывая затвор. Воздух из запоршневой полости V поршня 20 по сбрасывающим каналам поступает в полость III. За счет усилия пружины и давления среды золотник 18 совместно с поршнем 20 перемещаются. Золотник 18 поджимается к седлу 19 и разобщает полости II и III. Сброс воздуха из тормозного цилиндра 5 прекращается.

При прекращении питания катушки клапана 3 управляющего нормально открытого якорь 15 за счет усилия пружины 17 и давления среды перемещается от седла, открывая затвор. Воздух через клапан 3 поступает в запоршневую полость IV поршня 24. За счет давления рабочей среды поршень 24 перемещает золотник 22 от седла 23, сжимая при этом пружину 25. Основной затвор клапана 2 основного открывается, сообщая полости I и II. Воздух подается в полость тормозного цилиндра 5.

Компоновка позволяет комплектовать клапан датчиком 26 давления, для чего предусмотрена полость VI. В процессе испытания устройства по предложенному изобретению получены следующие основные показатели.

ТаблицаПоказательЗаявкаПрототипБыстродействие, с0,270,58ГАБАРИТЫ:
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм125
132
120160
160
185Масса, кг4,637,68

В качестве примера конкретного выполнения можно указать следующее. При изготовлении корпусов клапана используется материал - алюминиевый сплав Д16Т. Изготовление золотника и поршня обеспечивается из стали 20Х13. Датчик давления воздуха в тормозном цилиндре, например, 4040PC150G4D производства фирмы Honeywell, США. (В существующей системе отдельно ставят клапан и индикатор давления). Остальные детали могут быть изготовлены в условиях обычного машиностроительного завода на стандартном оборудовании.

Как видно из описанного выше, именно совокупность существенных признаков предложенного изобретения позволяет обеспечить технический результат, выраженный в повышении быстродействия тормозного средства. Указанный технический результат не достигается в прототипе и других устройствах аналогичного назначения. Кроме того, конструктивные признаки предложенного изобретения обеспечивают уменьшение габаритов и снижение веса устройства.

Сбрасывающий клапан предназначен для использования в тормозных системах железнодорожного транспорта. Сбрасывающий клапан содержит первый основной и второй основной клапаны. Полость управления первого основного клапана связана с выходом магистрали сброса, а также полостью входа через магистраль управления. Полость управления второго основного клапана связана с выходом магистрали сброса, а также полостью входа через магистраль управления. Запорный элемент каждого основного клапана выполнен в виде золотника. Последний связан с поршнем и установлен с возможностью поджатия к седлу. Обеспечивается повышение быстродействия тормозного средства и уменьшение габаритов и веса устройства. 4 ил., 1 табл.

Сбрасывающий клапан, содержащий корпуса, крышки, основные и управляющие клапаны с запорными элементами, основную магистраль, связывающую полость входа в устройство и полость подачи среды к исполнительному механизму, магистраль сброса, связывающую полость подачи среды к исполнительному механизму и полость сброса среды в атмосферу, магистраль управления, причем в основной магистрали между источником давления и исполнительным механизмом установлен первый основной клапан, полость управления которого связана со входом основной магистрали через магистраль управления, в которой установлен первый дроссель и нормально открытый управляющий клапан, между исполнительным механизмом и атмосферой в магистрали сброса, связанной с выходом основной магистрали, установлен второй основной клапан, полость управления которого связана с выходом основной магистрали через магистраль управления, в которой установлен второй дроссель и нормально закрытый управляющий клапан, отличающийся тем, полость управления первого основного клапана связана с выходом магистрали сброса, а также полостью входа через магистраль управления, полость управления второго основного клапана связана с выходом магистрали сброса, а также полостью входа через магистраль управления, причем запорный элемент каждого основного клапана выполнен в виде золотника, связанного с поршнем и установленного с возможностью поджатия к седлу.