ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ КЛАПАН АВТОСТОПА Российский патент 2008 года по МПК B60T15/36 B60T13/68 B60T7/12 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано на тяговом подвижном составе для осуществления регулируемого выпуска воздуха из тормозной магистрали локомотива.

Автостопы представляют собой систему приборов и устройств, которые в необходимых случаях без участия машиниста производят остановку поезда. Автостоп автоматически экстренным торможением останавливает поезд перед запрещающим сигналом в тех случаях, когда машинист при появлении свистка автостопа в течение 7-8 с не нажмет на специальную рукоятку, т.е. не подтвердит свою бдительность по наблюдению за сигналами. Работа автостопа основана на индуктивном взаимодействии путевых и локомотивных индукторов, запитываемых генератором.

Электропневматический клапан автостопа обеспечивает связь между электрической частью устройств безопасности локомотива и тормозной системой за счет срабатывания в нем срывного (сбрасывающего) клапана, связанного с атмосферой и сбрасывающего давление в тормозной магистрали при экстренном торможении. Рукоятка бдительности служит также для включения автостопа в работу путем подачи напряжения на катушку электромагнитного вентиля. Световой индикатор предназначен для контроля включенного состояния автостопа.

Известен электропневматический клапан автостопа (ЭПК №150) железнодорожного тягового средства в виде управляемого пневматического повторителя, содержащий кронштейн с камерой выдержки времени, а также местами присоединения трубопроводов и корпусом, в котором расположен срывной клапан экстренной разрядки тормозной магистрали, клапан с плунжером для свистка; электромагнитного вентиля, расположенного над клапаном с плунжером и под замком, промежуточной части с возбудительным клапаном и механизмом переключателя (Иноземцев В.Г, Абашкин И.В. «Тормозное и пневматическое оборудование подвижного состава» М., Транспорт, 1984 г., 241-242). Камеры над срывным клапаном и под ним сообщены между собой посредством дросселя и давления устанавливаются здесь равными величине магистрального. В предупредительном положении после получения от устройств безопасности локомотива сигнала на торможение при обесточивании вентиля камера выдержки времени разряжается через устройство подачи сигнала, и если не привести вентиль в рабочее состояние, то произойдет сообщение тормозной магистрали через срывной клапан, открывающийся при уменьшении величины давления над ним.

Недостатком известного клапана автостопа является применение для выдержки времени между моментом получения импульса от путевого устройства и моментом срабатывания срывного клапана пневматического устройства в виде камеры выдержки времени с дросселем. Данная камера занимает определенное место на кронштейне, существенно увеличивая вес и габариты прибора. На разрядку и зарядку камеры могут влиять внешние факторы. Кроме того, это устройство имеет однонаправленность действия - только экстренное торможение.

Известен электропневматический клапан автостопа, отличающийся от известных тем, что выдержка во времени между моментом получения импульса от путевого устройства и моментом срабатывания срывного клапана автостопа определяется включением медленно действующего электромагнитного реле, при этом одновременно другое быстро действующее электромагнитное реле управляет работой свистка, действующего под напором воздуха тормозной магистрали (А.с. №79890, кл. 20f, 34 от 18.07.1947).

Недостатком этого клапана является вопрос реализации используемого здесь медленно действующего реле: требуется или большая индуктивность, или емкость, или то и другое. Время срабатывания не регулируется и зависит от внешних условий, например температуры. Подключение устройства подачи предупредительного сигнала к тормозной магистрали приводит к необоснованному изменению давления в ней и размывает начало процесса экстренного торможения.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности к заявляемому является электропневматический клапан автостопа (ЭПК) №153 (ТУ 3184-002-05756760-98, найдено http://www.mtz-transmash.ru/, каталог). Указанный ЭПК отличается от модели №150 тем, что имеет дополнительное резьбовое отверстие для подключения срывного клапана, вызывающего экстренную разрядку тормозной магистрали без выдержки времени. При этом не используется камера выдержки времени, но все равно она присутствует для использования в обычном режиме. И этому устройству присущи недостатки вышеописанной модели №150 (например, масса устройства в чугунном исполнении достигает 15 кг).

Технической задачей изобретения является расширение технических возможностей с одновременным уменьшением материалоемкости изделия.

Решение указанной задачи достигается тем, что электропневматический клапан автостопа в виде пневматического повторителя и средства, выполняющего функцию выдержки времени между моментом получения сигнала от устройства безопасности локомотива, отмечаемого предупредительным сигналом путем прерывания цепи питания срабатывания срывного клапана повторителя на экстренное торможение, имеет в камерах пневматического повторителя установленные датчики давления, выходы которых подключены к входному устройству электронного микроконтроллера, данные с которых используются при выполнении клапаном функции ступенчатого служебного торможения для выработки соответствующего выходного сигнала микроконтроллера на линию управления электромагнитного вентиля для изменения давления в управляющей камере повторителя, при этом необходимость этого вида торможения вырабатывается микроконтроллером с учетом данных от других датчиков и устройств, обеспечивающих безопасность локомотива, а при экстренном торможении с использованием указанного электромагнитного вентиля для выполнения функции создания указанного временного промежутка после начала подачи предупредительного сигнала использован тот же микроконтроллер, позволяющий задавать необходимую величину этого интервала, кроме того, устройство подачи предупредительного сигнала управляется также указанным микроконтроллером за счет открытия соответствующего электромагнитного вентиля, связанного с устройством подачи предупредительного сигнала и питательной магистралью.

Электропневматическим клапаном автостопа для выработки сигнала на проведение служебного торможения микроконтроллером могут быть использованы данные с датчиков скорости, локомотивного светофора и сигналов других устройств, используемых для обеспечения безопасности движения.

Достигаемый технический результат обеспечивают с помощью предложенного технического решения также тем, чтов электропневматическом клапане автостопа указанный временной интервал и функции управления пневматическим повторителем могут быть реализованы программируемым микроконтроллером.

Также в электропневматическом клапане автостопа управление пневматическим повторителем может осуществляться двумя различными электромагнитными вентилями, управляемыми микроконтроллером, при этом один из вентилей может перекрываться краном и в режиме постоянной подачи напряжения не работает, а другой приводится в действие после подачи соответствующего электрического напряжения.

Электропневматический клапан автостопа может быть выполнен также в таком виде, что при подаче на микроконтроллер соответствующих сигналов давления в тормозном цилиндре и скорости движения одним из электромагнитных вентилей может исполнять функцию КОН (несанкционированного отключения клапана ключом) разрядкой управляющей камеры повторителя.

Кроме того, в электропневматическом клапане автостопа пневматический повторитель содержит управляющую камеру с возвратной пружиной над рабочим поршнем, сообщающуюся с тормозной магистралью посредством блока дросселей с междроссельными камерами, межпоршневую камеру между рабочим и компенсационным поршнем, соединенную с тормозной магистралью через дроссель, сбрасывающий (срывной) клапан, отделяющий тормозную магистраль от атмосферы, и пневматические линии сообщения с вентилями и датчиками.

Это объясняется тем, что микропроцессорное или электронное управление позволяет задавать произвольные времена задержки исполнения команд. При этом управление с помощью микроконтроллера более предпочтительно из-за гибкости перенастройки. Кроме того, такое управление позволяет программно учитывать комплекс данных, поступающих от разного рода датчиков и устройств, а затем вырабатывать команды исполнительному устройству.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая конструкция отличается введением новой схемы исполнения для достижения требуемого режима срабатывания электропневматического клапана автостопа при исполнении функции экстренного, служебного торможения и функции КОН после получения соответствующих управляющих сигналов.

Таким образом, заявляемая тормозная система соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что отличительные признаки предлагаемого технического решения, а именно наличие электронного микроконтроллера, получающего данные с датчиков давления и других устройств безопасности локомотива и реализующего функцию требуемого вида торможения путем регулируемого изменения давления в камерах пневматического повторителя, и его использование для создания выдержки времени при срабатывания автостопа на экстренное торможение, не совпадают с известными и не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На чертеже схематично представлен предпочтительный вариант выполнения электропневматического клапана автостопа, рабочий орган которого представляет собой пневматический повторитель, передающий значение давления управляющей камеры (УК) в тормозную магистраль (ТМ).

Функциональная схема ЭПК автостопа представлена на чертеже: здесь 1 - корпус пневматического повторителя, 2 - возвратная пружина, 3 - управляющая камера, 4 - рабочий поршень, 5 - дроссель, 6 - компенсационный поршень, 7 - тормозная магистраль (ТМ), 8 - выход в атмосферу, 9 - сбрасывающий (срывной) клапан, 10 - соединительная трубка (канал), 11 - разобщительный вентиль, 12 - вентиль электропневматический, 13 - датчик давления (другие датчики давления не показаны), 14 - контроллер микропроцессорный, 15 - сигнал от датчика скорости, 16 - сигнал торможения от АЛСН, 17 - сигнал от локомотивного светофора, 18 - линия связи, 19 - межпоршневая камера с давлением ТМ в уравновешенном состоянии. Питание камеры 3 производится от 7 через соединительную трубку 10 и установленный в трубке дроссель 5. Питательная магистраль, от которой приводится в действие устройство подачи предупредительного сигнала (свисток), и соответствующий электромагнитный вентиль на схеме не показаны. Имеющиеся в конструкции приборы управления (устройства безопасности локомотива) клапаном автостопа также на принципиальной схеме не приводятся.

Высокая чувствительность повторителя достигнута за счет значительной площади рабочего поршня и компенсации силы, действующей на сбрасывающий клапан от давления ТМ, за счет применения компенсирующего поршня 6. Применение программируемого микроконтроллера позволяет задавать любой необходимый временной интервал после начала подачи предупредительного сигнала до приведения тормозов в состояние экстренного торможения.

Глубина и темп разрядки тормозной магистрали определяется количеством сброшенного воздуха из управляющей камеры 3 и производится при помощи электропневматического вентиля 12, сигнал на управление которым вырабатывается микропроцессорным контроллером 14. Предусмотрена возможность осуществления управления пневматическим повторителем клапана двумя различными электромагнитными вентилями, управляемыми микроконтроллером, при этом один из вентилей может перекрываться краном и в режиме постоянной подачи напряжения не работает, как показано на чертеже, а другой приводится в действие после подачи соответствующего электрического напряжения (на схеме не показан). В случае подачи на микроконтроллер сигнала давления в тормозном цилиндре и скорости движения этим электромагнитным вентилем может исполняться функция КОН (несанкционированного отключения клапана ключом) разрядкой управляющей камеры повторителя. Действие электропневматического клапана автостопа осуществляется следующим образом. При отсутствии необходимости регулирования давления тормозной магистрали вентиль 12 перекрывает выпуск воздуха из управляющей камеры 3. В управляющей камере 3 устанавливается давление, равное давлению ТМ, и сбрасывающий клапан 9 под действием возвратной пружины 2 разобщает тормозную магистраль 7 от атмосферы.

При регулировании давления в режиме служебного торможения контроллер 14 получает сигнал от датчика давления 13, преобразует его в цифровой код и сравнивает с значением заданной величины давления. По результату сравнения 14 вырабатывает сигнал управления электропневматическому вентилю, направленный на компенсацию отклонения давления от заданной величины. Требуемую величину давления управляющей камеры 3 контроллер 14 выбирает в зависимости от сигналов датчика скорости 15, сигналов локомотивного светофора 17, команд, поступающих по линии связи 18, и сигнала на торможение 16 от АЛСН (устройств безопасности локомотива).

После включения автостопа в рабочее состояние давление, имеющееся в тормозной магистрали, устанавливается в межпоршневой камере 19 и в управляющей камере 3. За счет большого сечения сбрасывающего клапана 9 повторитель удерживает давление ТМ на заданном уровне в условиях значительной подпитки ТМ от крана машиниста локомотива (не показан). После получения сигнала 16 микроконтроллер 14 подает команду на отключение питания клапана свистка (не показаны) и происходит его сообщение с питательной магистралью: подается предупредительный сигнал. Если отсутствует реакция машиниста через заданный промежуток времени, микроконтроллер отключает питание электропневматического вентиля 12. Давление в управляющей камере резко уменьшится и из-за нарушения условий равновесия система клапанов переместится вверх. Открывшийся при этом сбрасывающий (срывной) клапан 9 сообщит тормозную магистраль с атмосферой: произойдет экстренное торможение.

Функция ступенчатого служебного торможения осуществляется по аналогичной схеме с использованием линии этого же злектропневматического вентиля. В этом случае после изменения давления на величину ступени торможения, контролируемого датчиками в камерах повторителя, микроконтроллер выдает команду исполнительному устройству и вентиль прекращает сообщение управляющей камеры с атмосферой. Возможен вариант реализации, когда функции служебного и экстренного торможения выполняются разными электромагнитными вентилями с их соответствующим запитыванием. На приборе реализована также функция КОН (несанкционированного отключения клапана ключом).

По сравнению с известным решением заявляемое устройство позволяет снизить вес по сравнению с прототипом с приобретением дополнительных функций по управлению торможением. Прибор прошел испытания и готовится к серийному производству под рабочим названием - устройство принудительного торможения (УПТ-150).

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к тормозным системам железнодорожного подвижного состава. В камерах пневматического повторителя электропневматического клапана автостопа установлены датчики давления, выходы которых подключены к входному устройству электронного микроконтроллера, данные с которых используются при выполнении клапаном функции ступенчатого служебного торможения для выработки соответствующего выходного сигнала микроконтроллера на линию управления электромагнитного вентиля для изменения давления в управляющей камере повторителя. Необходимость этого вида торможения вырабатывается микроконтроллером с учетом данных от других датчиков и устройств, обеспечивающих безопасность локомотива, а при экстренном торможении с использованием указанного электромагнитного вентиля для выполнения функции создания указанного временного промежутка после начала подачи предупредительного сигнала использован тот же микроконтроллер, позволяющий задавать необходимую величину этого интервала. Устройство подачи предупредительного сигнала управляется также указанным микроконтроллером за счет открытия соответствующего электромагнитного вентиля, связанного с устройством подачи предупредительного сигнала и питательной магистралью. Достигается расширение технических возможностей с одновременным уменьшением материалоемкости изделия. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электропневматический клапан автостопа в виде пневматического повторителя и средства, выполняющего функцию выдержки времени между моментом получения сигнала от устройства безопасности локомотива, отмечаемого предупредительным сигналом путем прерывания цепи питания электромагнитного вентиля устройства подачи предупредительного сигнала, и моментом срабатывания срывного клапана повторителя на экстренное торможение, отличающийся тем, что в камерах пневматического повторителя установлены датчики давления, выходы которых подключены к входному устройству электронного микроконтроллера, данные с которых используются при выполнении клапаном функции ступенчатого служебного торможения для выработки соответствующего выходного сигнала микроконтроллера на линию управления электромагнитного вентиля для изменения давления в управляющей камере повторителя, при этом необходимость этого вида торможения вырабатывается микроконтроллером с учетом данных от других датчиков и устройств, обеспечивающих безопасность локомотива, а при экстренном торможении с использованием указанного электромагнитного вентиля для выполнения функции создания указанного временного промежутка после начала подачи предупредительного сигнала использован тот же микроконтроллер, позволяющий задавать необходимую величину этого интервала, кроме того, устройство подачи предупредительного сигнала управляется также указанным микроконтроллером за счет открытия соответствующего электромагнитного вентиля, связанного с устройством подачи предупредительного сигнала и питательной магистралью.2. Электропневматический клапан автостопа в соответствии с п.1, отличающийся тем, что для выработки сигнала на проведение служебного торможения микроконтроллером используются данные с датчиков скорости, локомотивного светофора и сигналов других устройств, используемых для обеспечения безопасности движения.3. Электропневматический клапан автостопа в соответствии с п.1, отличающийся тем, что указанный временной интервал и функции управления пневматическим повторителем реализуются программируемым микроконтроллером.4. Электропневматический клапан автостопа в соответствии с п.1, отличающийся тем, что управление пневматическим повторителем осуществляется двумя различными электромагнитными вентилями, управляемыми микроконтроллером, при этом один из вентилей может перекрываться краном и в режиме постоянной подачи напряжения не работает, а другой приводится в действие после подачи соответствующего электрического напряжения.5. Электропневматический клапан автостопа в соответствии с п.1, отличающийся тем, что при подаче на микроконтроллер соответствующих сигналов давления в тормозном цилиндре и скорости движения одним из электромагнитных вентилей исполняется функция несанкционированного отключения клапана разрядкой управляющей камеры повторителя.6. Электропневматический клапан автостопа в соответствии с п.1, отличающийся тем, что пневматический повторитель содержит управляющую камеру с возвратной пружиной над рабочим поршнем, сообщающуюся с тормозной магистралью посредством блока дросселей с междроссельными камерами, межпоршневую камеру между рабочим и компенсационным поршнем, соединенную с тормозной магистралью через дроссель, сбрасывающий (срывной) клапан, отделяющий тормозную магистраль от атмосферы, и пневматические линии сообщения с вентилями и датчиками.