КОНЦЕВОЙ КРАН ТОРМОЗНОЙ МАГИСТРАЛИ Российский патент 2023 года по МПК F16K31/52 B61H13/00 B60T17/04 

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к элементам пневматических систем тормозного оборудования подвижного состава рельсового транспорта (железнодорожного, метрополитена), в частности к концевым кранам тормозных магистралей, и может быть использовано для перекрытия тормозной магистрали отдельной единицы железнодорожного подвижного состава.

Известен концевой кран тормозной магистрали, содержащий полостной двухседельный тарельчатый клапан, жестко соединенный с одной стороны с толкателем и закрытый с другой стороны подпружиненным через жесткое кольцевое основание внутренним уплотнительным кольцом. На толкателе закреплен хвостовик с головкой, имеющей отражательную поверхность и прилегающей к поверхности внутреннего уплотнительного кольца двухседельной тарелки, причем двухседельная тарелка со стороны толкателя снабжена внешним уплотнительным кольцом (Патент РФ №2180629, МПК 7 В60Т 17/04, 2002 (прототип)).

Недостатком известного концевого крана является ограниченная способность обеспечения герметичного опирания двухседельного тарельчатого клапана на седло закрытого состояния концевого крана в течение срока его службы, а также ограниченная возможность обеспечения надежного взаимодействия элементов концевого крана и двухседельного клапана в процессе перехода концевого крана от закрытого состояния к открытому и наоборот.

Известен двухседельный тарельчатый клапан концевого крана тормозной магистрали с внутренним и внешним уплотнительными кольцами, содержащий толкатель, закрепленную в толкателе головку с отражательной поверхностью, соединенную с хвостовиком. Внутреннее уплотнительное кольцо выполнено С-образной формы в поперечном сечении с обхватом жесткого кольцевого основания. Внутреннее уплотнительное кольцо выполнено с лепестком, взаимодействующим в внутренней стенкой тарелки двухседельного клапана. При этом внешнее уплотнительное кольцо выполнено с уменьшением его наружного диаметра от тарельчатого затвора к толкателю. (Свидетельство РФ на полезную модель №42490, МПК 7 В60Т 17/04, 2004 (аналог)).

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы, связанная с повышенным износом в связи с его допустимой подвижностью посадки при обхвате кольцевого основания, а также вероятность выворачивания лепестка под воздействием давления при открытии концевого крана. В результате чего снижается надежность работы концевого крана вплоть до полного выхода его из строя, особенно, в жестких условиях эксплуатации (при попадании в корпус крана различных загрязнений, в условиях низких температур).

Известен концевой кран тормозной магистрали, содержащий корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном с толкателем, взаимодействующим с ручным приводом с обеспечением продольного перемещения в корпусе полостной двухседельной тарелки с поочередным герметичным перекрытием его седел. При этом двухседельная тарелка закрыта внутренним уплотнительным кольцом с С-образным поперечным сечением, охватывающим жесткое кольцевое основание, выполненным из полиуретана. Поджатие к жесткому кольцевому основанию у внутреннего уплотнительного кольца со стороны толкателя обеспечивается посредством валика, окаймляющего контур внутреннего уплотнительного кольца. (Патент РФ на изобретение № 2334636, МПК⁶ B60T 17/04, B61H 13/00, F16K 31/52, 27.09.2008).

Известный концевой кран обладает хорошими эксплуатационными характеристиками и на протяжении многолетней эксплуатации зарекомендовал себя как высоконадежное устройство для перекрытия потока воздуха в тормозной магистрали. Вместе с тем, в настоящее время возникла потребность замены полиуретана, используемого в качестве материала для уплотнений, на резину, являющуюся более доступным и недорогим материалом. При этом такая замена не должна ухудшать технические характеристики концевого крана, влиять на его эксплуатационную надежность.

Наиболее близким к заявляемому является концевой кран, содержащий разъемный корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном с толкателем, взаимодействующим с ручным приводом с обеспечением продольного перемещения в корпусе с поочередным герметичным перекрытием его седел. При этом разъемный корпус снабжен кольцевыми уплотнениями, выполненными из резины. (Патент РФ на полезную модель №65466, МПК⁶ B60T 17/04, B61H 13/00, 10.08.2007).

Недостатком известного концевого крана является повышенный износ деталей тарельчатого клапана при переключении концевого крана из закрытого состояния в открытое и наоборот, влияющий на обеспечение герметичности перекрытия седел концевого крана на протяжении всего срока службы. В данной конструкции концевого крана герметичность достигается исключительно за счет упругой деформации резиновых кольцевых уплотнений. В условиях работы при низких отрицательных температурах твердость резины резко повышается, что снижает ее герметизирующую способность. Кроме того, повышается нагрузка на ручной привод, что ведет к увеличенному износу деталей трения, снижению деформационного натяга на резиновом уплотнении седла закрытого состояния и, как следствие, к потере герметичности концевого крана. Кроме того, в результате эксплуатации концевого крана в неблагоприятных условиях снижается надежность работы концевого крана вплоть до полного выхода его из строя по причине сильного износа резиновых уплотнений, подверженных высоким линейным деформациям. В корпусе концевого крана между кольцевыми уплотнениями размещена втулка, которая при поджатии кольцевых уплотнений деформирует их. Деформируемые уплотнения вследствие полученных при поджатии втулкой напряжений частично теряют свою эластичность и, тем самым, ухудшается герметичность посадки двухседельного клапана на седло открытого или закрытого состояний. Таким образом, использование только упругих свойств резины в уплотнительных элементах приводит к негативному эффекту - снижению герметичности и повышенному износу деталей ручного привода.

При создании изобретения решалась задача повышения безопасности движения подвижного состава за счет повышения надежности работы и эксплуатационного ресурса концевого крана тормозной магистрали с использованием в качестве уплотнений традиционный материал - резину.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения - повышение эксплуатационной надежности взаимодействия элементов концевого крана между собой путем обеспечения герметичности концевого крана в закрытом состоянии при работе в тяжелых условиях эксплуатации: в широком диапазоне рабочих температур от -60°С до +80°С в условиях загрязненной рабочей среды под воздействием вибрационных и динамических нагрузок.

Технический результат достигается тем, что концевой кран тормозной магистрали содержит корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном в виде полостной тарелки и толкателем, связанным с ручным приводом, двухседельный клапан выполнен с возможностью продольного перемещения в корпусе под воздействием ручного привода с поочередным герметичным перекрытием седел открытого и закрытого состояния концевого крана, при этом, согласно изобретению, двухседельный клапан снабжен установленным со стороны седла закрытого положения концевого крана подпружиненным клапаном, выполненным в виде жесткого кольцевого основания и охватывающего его с трех сторон С-образного уплотнения, причем на боковой поверхности С-образного уплотнения выполнен эластичный кольцевой лепесток.

При этом, согласно изобретению, С-образное уплотнение установлено на жестком кольцевом основании путем вулканизации.

При этом, согласно изобретению, тарелка со стороны толкателя снабжена внешним уплотнительным кольцом с эластичным кольцевым лепестком по наружному диаметру.

При этом, согласно изобретению, штуцер выполнен с наружной резьбой и снабжен накидной гайкой, внутренняя поверхность которой выполнена в виде конической поверхности, сужающейся от торца штуцера.

При этом, согласно изобретению, в качестве материала для эластичных уплотнений выбран эластомер на основе бутадиен-нитрильного каучука.

Особенностями заявленного изобретения является использование в конструкции клапана закрытого положения концевого крана, выполненного в виде подпружиненного жесткого кольцевого основания и охватывающего его с трех сторон С-образного уплотнения, которое может быть установлено путем вулканизации. Предпочтительно использовать в качестве уплотнения герметизирующий материал на основе бутадиен-нитрильного каучука.

С одной стороны С-образное уплотнение с жестким кольцевом основанием подпружиненного клапана выполнено с возможностью упора в седло закрытого положения концевого крана для герметичного перекрытия тормозной магистрали, с другой стороны обеспечивается герметичность прилегания подпружиненного клапана закрытого положения концевого крана к внутренним стенкам тарелки двухседельного клапана, в особенности при минусовых рабочих температурах благодаря эластичным свойствам резины, а также конфигурации активной кромки уплотнения в форме лепестка. Форма уплотнения, включающая тонкий (немассивный) лепесток, ввиду отсутствия избыточной материалоемкости обеспечивает компенсацию линейных деформаций активной кромки прилегания, тем самым достигается герметичность по внутренней поверхности тарелки в условиях низких температур. Изменение формы уплотнения и применение нового материала (резины) для уплотнения позволили обеспечить надежность (герметичность) крана при предельно низких рабочих температурах. В совокупности наличие в конструкции подпружиненного элемента клапана снижает нагрузку на упругую деформацию резины клапана в закрытом положении крана, что снижает износ механизма ручного привода.

Тарельчатый клапан сконструирован таким образом, чтобы в закрытом состоянии концевого крана плотность прилегания клапана усиливалась избыточным давлением, образованным в полости тарелки двухседельного клапана из-за разницы площадей, получившейся в результате того, что площадь подпружиненного клапана со стороны пружины больше площади входного отверстия в торце седла, предназначенного для посадки подпружиненного клапана. При этом форма С-образного уплотнения с лепестком, создающее дополнительное поджимающее усилие подпружиненного клапана, способствует интенсивному прилеганию упора упомянутого клапана в седло при закрытии концевого крана под воздействием рабочего давления. Предложенные конструктивные особенности способствуют надежной работе концевого крана, исключая утечки сжатого воздуха.

При этом обрезиненное жесткое кольцевое основание сохраняет стабильную посадку уплотнения, независимо от температуры, снижающую упругую деформацию и, связанные с ней внутренние напряжения эластичного материала, что в значительной степени влияет на эксплуатационный ресурс концевого крана. Также обрезиненное жесткое основание исключает выворачивание уплотнения, поскольку обладает большим удерживающим усилием.

Воздействию давления подвергается только уплотняющий лепесток подпружиненного клапана, остальная часть клапана остается статичной во время работы.

Кроме того, обрезиненное жесткое кольцевое основание подпружиненного клапана позволяет упростить сборку концевого крана благодаря уменьшению количества сборочных деталей.

Таким образом, новая конструкция концевого крана позволит эксплуатировать его в требуемом диапазоне температур под воздействием вибрационных и динамических нагрузок, в том числе в условиях загрязненной рабочей среды.

Изобретения поясняются описанием примера выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых на:

фиг. 1 - изображен концевой кран тормозной магистрали в открытом состоянии (общий вид);

фиг. 2 - вид А фиг. 1 (подпружиненный клапан закрытого положения концевого крана, взаимодействующий с тарелкой двухседельного клапана);

фиг. 3 - подпружиненный клапан закрытого положения концевого крана в свободном состоянии;

фиг. 4 - концевой кран в закрытом состоянии.

Осуществление изобретения

Концевой кран тормозной магистрали содержит корпус 1 (фиг. 1) с входным отверстием 2 и проходным каналом 3. Корпус выполнен в виде двух смежных сообщающихся полостей: атмосферной 4 и центральной 5. В корпусе 1 крана аксиально размещен двухседельный клапан 6, выполненный в виде полостной двухседельной тарелки 7, размещенной в центральной полости 5 корпуса 1, с головкой 8, имеющей отражательную поверхность, и толкателем 9, взаимодействующим с ручным приводом 10 с обеспечением продольного перемещения в корпусе 1 двухседельного клапана 6 с поочередным герметичным перекрытием седла открытого состояния 11 и седла закрытого состояния 12 концевого крана в центральной полости 5.

Тарелка 7 снабжена внешним уплотнительным кольцом 13 с эластичным кольцевым лепестком по наружному диаметру, выполненным с возможностью эластичного поджатия к седлу 11 открытого состояния концевого крана.

Для герметичного перекрытия седла 12 закрытого состояния концевого крана двухседельный клапан 6 снабжен установленным со стороны седла 12 закрытого состояния концевого крана клапаном 14, выполненным в виде жесткого кольцевого основания 15, подпружиненного пружиной 16, установленной в полости тарелки 7 с опиранием на толкатель 9.

Диаметр жесткого кольцевого основания 15 подобран таким образом, чтобы обеспечить зазор между ним и внутренним диаметром тарелки 7.

Таким образом, для герметичного перекрытия седла закрытого положения концевой кран снабжен подпружиненным клапаном, в виде жесткого кольцевого основания, установленным в полости двухседельной тарелки 7 с возможностью перемещения под воздействием ручного привода, пружины сжатия 16, упора в седло 12.

Для обеспечения герметичного перекрывания седла 12 закрытого состояния концевого крана жесткое кольцевое основание 15 снабжено С-образным уплотнением 17, выполненным с обхватом с трех сторон жесткого кольцевого основания 15. С-образное уплотнение 17 установлено на жестком кольцевом основании путем вулканизации, т.е. плоские поверхности и цилиндрическая боковая поверхность жесткого кольцевого основания 15 покрыты слоем резины посредством вулканизации, с образованием С-образного уплотнения 17.

В качестве герметизирующего материала может быть использован тип резины, позволяющий сохранять герметичность соединения в требуемом диапазоне температур от минус 60°С до плюс 80°С в условиях загрязненной рабочей среды при наличии вибрационных и динамических нагрузок. Например, в качестве герметизирующего материала может быть выбран эластомер на основе бутадиен-нитрильного каучука.

Слой резины С-образного уплотнения 17 со стороны седла 12 закрытого состояния выполняет поджимающую функцию и поэтому толще по сравнению со слоем резины со стороны пружины 16 (фиг. 2), где он выполняет удерживающую функцию, поэтому нанесен тонким слоем. Боковая поверхность 18 С-образного уплотнения 17 клапана 14 является поверхностью вращения, на которой выполнен эластичный кольцевой лепесток 19 для обеспечения наилучшего поджатия боковой поверхности 18 клапана 14 к внутренней поверхности тарелки 7 двухседельного клапана 6.

Площадь клапана 14 со стороны пружины 16 больше площади входного отверстия 2 в торце седла 12, предназначенного для посадки подпружиненного клапана 14. Разность площадей в совокупности с формой С-образного уплотнения 17 клапана 14 обеспечивает наилучшее поджатие С-образного уплотнения с жестким кольцевым основанием 15 со стороны толкателя 9 к седлу 12 в закрытом состояния концевого крана (фиг. 4).

Ручной привод 10 состоит из кривошипа 21 и рукоятки 22, установленной на валике кривошипа 21 (фиг. 1).

Во входное отверстие 2 корпуса 1 ввернут штуцер 23, торец которого со стороны входного отверстия 2 является седлом 12 закрытого состояния концевого крана. Штуцер 23 может быть выполнен с наружной резьбой и снабжен накидной гайкой 24, внутренняя поверхность которой выполнена в виде конической поверхности, сужающейся от торца штуцера 23.

Корпус 1 концевого крана может быть выполнен как в правом, так и в левом исполнении.

Концевой кран работает следующим образом.

Концевой кран тормозной магистрали посредством штуцера 23 соединяется с тормозной магистралью (на чертеже не показано).

В открытом состоянии концевого крана тормозной магистрали (фиг.1) тарелка 7 двухседельного клапана 6 герметично перекрывает седло 11, посредством прижатия уплотнительного кольца 13 к седлу 11.

Рабочая среда, сжатый воздух, из тормозной магистрали свободно через штуцер 23 и проходной канал 3 поступает в меж вагонный рукав (на фиг. не показан). При этом головка 8 с отражательной поверхностью направляет воздушный поток в сторону проходного канала 3.

В открытом состоянии концевого крана рукоятка 22 ручного привода 10 толкателя 9 находится в нижнем положении (фиг. 1).

Для переключения концевого крана из открытого состояния в закрытое необходимо рукоятку 22 ручного привода 10 перевести в вертикальное положение (фиг. 4).

Подпружиненный клапан 14 упрется в седло 12 закрытого состояния концевого крана. Пружина 16 начнет сжиматься, а головка 8 под действием толкателя 9 пройдет в полость штуцера 23, отходя от клапана 14. Клапан 14 при этом переместится в полости двухседельной тарелки 7 под действием седла 12 закрытого состояния, тем самым предотвращается излишняя упругая деформация уплотнения клапана 14.

В то же время сжатый воздух из тормозной магистрали поступает в полость тарелки 7, выравнивая давление внутри полости тарелки 7 и воздействуя на клапан 14 со стороны пружины 16. Рабочая среда тормозной магистрали и пружина 16 дополнительно начинают поджимать клапан 14 к седлу 12 закрытого состояния концевого крана. Давление рабочей среды внутри тарелки 7 обеспечивает плотное поджатие эластичного кольцевого лепестка 19 к внутренней поверхности тарелки 7 двухседельного клапана 6. За счет обеспеченной возможности линейного перемещения подпружиненного клапана 14 внутри тарелки 7 обеспечивается одинаковое усилие воздействия уплотнения клапана на седло 12 закрытого состояния, одинаковая деформация С-образного уплотнения клапана, что обеспечивает надежную герметичность крана в независимости от износа деталей ручного привода в течение всего периода эксплуатации крана.

С другой стороны, при перемещении двухседельного клапана 6 вдоль центральной полости 5 внешнее уплотнительное кольцо 13 отходит от седла открытого состояния 11 и открывает сообщение между атмосферной полостью 4 и проходным каналом 3, выпуская оставшийся воздух из проходного канала 3, связывающего отсекаемые от давления элементы тормозной магистрали, в атмосферу.

Для перехода концевого крана из закрытого состояния в открытое рукоятку 22 ручного привода 10 возвращают в нижнее положение, двухседельный клапан 6 возвращается в исходное положение.

Заявленная конструкция концевого крана обладает повышенными показателями эксплуатационной надежности благодаря обеспечению герметичности концевого крана в необходимом диапазоне температур в более тяжелых условиях эксплуатации в сравнении с известной конструкцией концевого крана. Также позволила упростить сборку концевого крана за счет упрощения конструкции и сокращения количества деталей.

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к концевым кранам тормозных магистралей. Концевой кран тормозной магистрали содержит корпус с размещенным в нем двухседельным клапаном в виде полостной тарелки и толкателем, связанным с ручным приводом. Двухседельный клапан выполнен с возможностью продольного перемещения в корпусе под воздействием ручного привода с поочередным герметичным перекрытием седел открытого и закрытого состояния концевого крана. При этом двухседельный клапан снабжен установленным со стороны седла закрытого положения концевого крана подпружиненным клапаном, выполненным в виде жесткого кольцевого основания и охватывающего его с трех сторон С-образного уплотнения, причем на боковой поверхности С-образного уплотнения выполнен эластичный кольцевой лепесток. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Концевой кран тормозной магистрали содержит корпус с размещенным в нём двухседельным клапаном в виде полостной тарелки и толкателем, связанным с ручным приводом, двухседельный клапан выполнен с возможностью продольного перемещения в корпусе под воздействием ручного привода с поочередным герметичным перекрытием сёдел открытого и закрытого состояния концевого крана, отличающийся тем, что двухседельный клапан снабжен установленным со стороны седла закрытого состояния концевого крана подпружиненным клапаном, выполненным в виде жесткого кольцевого основания и охватывающего его с трех сторон С-образного уплотнения, причем на боковой поверхности С-образного уплотнения выполнен эластичный кольцевой лепесток.

2. Концевой кран по п.1, отличающийся тем, что С-образное уплотнение установлено на жестком кольцевом основании путём вулканизации.

3. Концевой кран по п.1, отличающийся тем, что тарелка со стороны толкателя снабжена внешним уплотнительным кольцом с эластичным кольцевым лепестком по наружному диаметру.

4. Концевой кран по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве материала для эластичных уплотнений выбран эластомер на основе бутадиен-нитрильного каучука.

5. Концевой кран по п.1, отличающийся тем, что во входное отверстие корпуса ввёрнут штуцер, торец которого со стороны входного отверстия является седлом закрытого состояния концевого крана.

6. Концевой кран по п.5, отличающийся тем, что штуцер выполнен с наружной резьбой и снабжён накидной гайкой, внутренняя поверхность которой выполнена в виде конической поверхности, сужающейся от торца штуцера.

7. Концевой кран по п.1, отличающийся тем, что ручной привод состоит из кривошипа и рукоятки, установленной на валике кривошипа.