Электромеханический тормоз Советский патент 1932 года по МПК B60T13/74 B61H13/20 

Одним из недостатков широко применяемых пневматических тормозов (Вестингауза, Кунце-Кнррра, Казанцера и др. являются, во-первых, медленность действия, обусловливаемая сравнительно небольшой, скоростью распространения воздушных волн в главярм трубопроводе, во-вторых, возможность замерзания влаги, содержащейся в воздухе, и, в третьих, то, что надежность вся-кого,-пяевматическ6го тормоза основывается, главным образом, на работе его компрессора. Естественно поэтому .стремление заменить а тормозах воздух электричеством. Но попытки в этом надравлении были неудачны, главным образом, потому, что тормозные колодки должны иметь перемещение около одного сантиметра, между тем ка,к сила притяжения обыкновенного электромагнита, якорь которого движется параллельно силовым линиям , чрезвычайно быстро падает с удалением якоря от магнита. Известно, что если обозначить расстояние между якорем и магнитом через х, то сила притяжения

Р

/ «

где г -сила

- постоянные. Поэтому при. больших значениях х расход электрической энергии получается чрезмерно большим. В пневматических же тормозах сила, переда аемая тормозными поршйями, а, следовательно и расход анергии зависит только от разности давлений по обе стороны этих поршней, т.-е. совершенно не за висит от их перемещения. Этому свойству пневматические тормозы и обязаны своим распространением. Из сказанного ясно, что техническое решение задачи электрических тормозов связано с осуществлением такого электромагнита или соленоида, у которого сила притяжения якоря не зависела бы п емещения, а еще лучше, у она изменялась бы в зависимости от него не по выше приведенной формуле, а по любому заранее заданному закону. Одновременно с этим необходимо, чтобы такого рода тормозы, в применении их к железнодорожным поездам и трамваям, удовлетворяли требованиям железнодерожной службы, главным из которых является требование, чтобы при разрыве поезда обе части его автоматически затормозились. Это условие выполняется применением электрической системы тормозов, при Которой торможение производите пружинами, а лишь

оттормаживание и регулирование электрическим током.

Предлагаемое изобретение касается устройства электромеханического тормоза, в котором торможение осуществляется действием пружин, а. оттормаживание-электромагнитами.. и предусматривается также автоматическое- затормаживание вагонов оторвавшейся части поезда, в каковом тормозе, с целью использовать для увеличения плавности торможения образующиеся в катушках электромагнитов, при движении в последних якорей, индукционные токи, применены специальной конструкции тормозный контроллер и реле.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает схему тормозного устройства вагона; фиг. 2-деталь установленного приспособления тормозного механизма; фиг. 3-электромагнит и притягиваемый им якорь, связанный с тормозным механизмом, в двух вариантах в разрезе (один из вариантов пояснен левой половиной фигуры 3, а другой - правой ее половиной); ,фиг. 4 - схему электрических соединений тормозного устройства.

Электромеханический состоит из установленных на каждом вагоне двух электромагнитов, якори 2 которых расположены на концах шарнирных рычагов 4, вращающихся на осях 5, укрепленных на раме вагона и помощью шарнирных тяг 6 соединенных с рычагами 8, вращающимися на осях,. также укрепленных на раме. Рычаги 8 в точках 10 шарнирно связаны с тягами И, а шарниры- 12 соединягот рычаги 8 с пружинами 13, фторые своим другим концом креплены в раме при помощи шарнира 14. Рычаги 8 на концах снабжены стрелками 15, перемещающимися над щкалами 16 с нанесенными на них делениями для определения степени нажатия колодок 26 на ; колеса 30. Для регулирования степени торможения и для выключения тормоза служит механизм, состоящий из муфт 17 с насаженными на iHHX шестернями 18, сцепляющимися с шестернями 19, насаженными на вал 20, приводимыйво вращение ручным приводом, . состоящим из пары конических шестерен, оси 22 и съемной рукоятки 23. На концах муфты 17Снабжены внутренней нарезкой, в которую ввинчены концы тормозных тяг 24, связанных с балками 25, несущими тормозные колодки 26. На вал 20 насажена червячная передача 27, 28, червячный вал которой приводится во вращение съемной рукояткой 29, установленной в вагоне. Вращением муфты 17 можно регулировать расстояние тормозных колодок 26 от колес 30 и тем самым регулировать степень торможения.

Тормозные электромагниты 1 состоятТ каждый, из сердечника, катушки возбуждения 50 и тарелочного якоря 2, связанного с тягой 3, ведущей к тормозному механизму. На якоре 2 имеется полая, стаканообразная часть 32 и направляйщий штифт 33, для которых в теле, электромагнита предусмотрены соответствующие прорези и отверстия (фиг. 3), Тормозный электромагнит 1, согласно второму варианту, может быть снабжен вспомогательной катущкой 34, состоящей из небольшого числа витков и предназначенной для удержания якорей 2-в притянутом к сердечнику 1 электромагнита положении при полном оттормаживании.

Контроллер, изображенный на фиг. 4, состоит из ручного .рьгчага 35, вращаемрго вокруг оси 06 и имеющего две соединительные контактные пластинки 37 и 38, При вращении рычага контактная пластинка 37 поочереди соединяет полосу 39 с пятью отдельными контактами 40 - 44, в то время как пластинка 38 одновременно соединяет вторую полосу 45 сперва с отдельным, контактом 46, а затем с контактной полосой 47. Обе полосы 39 и 45 проводами 48, 49 соединены с катушками 50 тормозных электромагнитов поезда, соединенных в данном случае паследовате,;|ьно. Контакты 40-44 соединены проводами 51 - 55 с одним полюсом 56 сети, контакт 46 проводом 57 соединен со вторым полюсом 59 сети и контактная полоса 47-проводом 58 с реле 65- 70. Последовательно, с проводом 51 соединено сопротивление 60, которое может быть включено переключателем 61 непосредственно от руки или от рычага 35. Последовательно с проводами 53, 54, 55 влючены соответствующие сопротивления 62, 63, 64. В провод 58 включена катушка 65, при возбуждении которой втягивается сердечник 66, преодолевая действие пружины 67 и переключая при этом контактный рычаг 68 с контакта 6§ на контакт 70. Контакт 69 соединен с проводом 52, т.-е. с полюсом 56 сети, контакт ,70 через провод 71 и сопротивление 72 соединен с другим полюсом 59 сети. Контактный рычаг 68 i вращается на шарнире 73. Действие электромеханического тормоза следующее. Нормально при движении поезда пружины 13 (фиг. 1) стремятся прижать тормозные колодки 26 к колесам 30 помощью р ычага 8, тяг 11 и 24 и муфты 17, а электромагниты противоij,, действуют этому натяжению пружинБ1, - притягивая якорь 2, при чем машинист, регулируя силу тока в катушках 50 помощью контроллера, может регулировать это противодействие ,и, .следовательно, степень нажатия колодок на колеса. Механизм йежду колодками, пружинами и электромагнитами может быть варьирован изменением плеч рычагов соответственно конструкции повозки, независимо от допустимого максимального нажатия колодок. При отсутствии тока в электромагнитах происходит немедленно полное торможение в виду отсутствия противодействия. При разрыве поезда разъединенные части его автоматически затормаживаются, так как разрывается цепь тока, питающего обмотки тормозных электромагнитов. В то время как, при воздушных тормозах в оторванной от локомотива части поезда, вследствие потери воздуха, тормозное усилие постепенно уменьшается и минут через 10 - 15 совершенно прекращается, в электромагнитном тормозе тормбжение остается без изменения, пока тормозы не оттормаживаются от руки или электромагнитами. Во время маневров поезда, когдавагоны отцеплены От локомотива и электромагниты не возбуждены, отторможение осуществляется помощью руко ятки 23 со стороны, при чем одновре менно может быть проверено состояние тормозных устройств. После составления нового поезда, тормозные колодки каж дого вагона рукояткой 23 опять уста навлйваются на нажатие, соответствую ее нагрузке каждого вагона, при чем аксимальная сила нажатия отсчитыается по шкале 16. При этом мертвый од,механизма и износ колодок автоатически уничтожается тем, что растяение пружин 13 начнется лишь после ого, как колодки плотно прижаты к ко- есам. Если надо выключить неисправный ормоа в поезде во время движения, то то может быть сделано подобным же бразом при помощи рукоя к 23 или 29, .-е. изнутри вагона через 4ервячную передачу 2В, 27. Этим же механизмом можно с вагона тормозить, например, при порче электрического устройства на локомотиве. Для пассажирских поездов дальнего хода максимальную, силу нажатия можно тем же приспособлением менять при переходе с горных участков на равнинные и обратно. Для одновременного регулирования всех тормозов поезда служат контроллер и электромагниты. Электромагниты соответствуют тройным клапанам пневматических тормозов, а контроллер-крану машиниста такого же тормоза. Необходимая сила притягивания электромагнитом зависит не только от силы тока в их обмотке, но и от ширины того воздущного пространства, через которое замыкаются их силовые линии. Как было уже сказано jsbime, приданием соответственного профиля части 32 якоря 2 электромагнита 1 и щели, в которой он движется, можно достигнуть того, что сила притяжения магнита будет находиться в определенной зависимости от положения якоря по отношению к магниту. Этим достигается плавность и устойчивость регулировки. Когда якорь 2 находится в соприкосновении с телом электромагнита 1, тормоз совершенно отторможен, При таком положении силовые линии замыкаются через тарелку якоря и для удержания его в таком полож,ении нужна значительно меньшая сила тока. Вспомогательная катушка 34 электромагнита достаточна Для этого при незначительном количестве ампервитков. Главная катушка 50 служит для регулирования силы торможения, т.-е. для противодействия натяжению пружин При отсутствии вспомогательных катушек катушки 50 вагонных электромагнитов вклю1

чаются последовательно, при наличии вспомогательных катушек - параллельно.

Контроллер, как и у пневматических тормозов, допускает пять различных положений ручки 35 соответственно контактам 40-44. На фиг. 4 показано первое положение, соответствующее совершенно отпущенным .тормозам, при котором якори 2 прижаты к телам 1, Ток, в -этом случае, идет от сети 56 через сопротивление 60,- провод 51, контакт 40, контактную пластинку 37, полосу 39, провод 48, через катушки 50 и обратно через провод 49, полосу 45, контактную, пластинку 38, контакт 46, провод 57 к сети 59, Сопротивление 60 подобрано так, чтобы ток был достаточен удержания якоря 2 в соприкосновении с магнитом. Так как для оттормаживания нужна значительно большая сила тока, сопротивление 60 может быть выключено, как это было сказано, переключателем 61 от руки. Положение третье, четвертое и пятое соответственно контактам 42, 43 и 44 суть положейия различной степени торможения. Соответственно этому и сопротивления 62, 63 и 64 различны: сопро тивление 64 больще, сопротивление 63, а последнее больше, чем сопротивление 62. Пятое положение соответствует самому сильному торможению, так называемому, экстренному, а третье-гслужебному.

Второе положение, соответствующее контакту 41, как и в воздушных тормозах, являетсй подготовительным к тормойению. Сопротивление 72 подобрано так, что сила притяжения электромагнита уравновешивает силу пружины, поэтому колодки находятся уже в соприкосновении с колесами, но еще не прижаты к ним. Если бы при этом йоложении схема соединений для второго положения была такая же, как и для третьего, четвертого и пятого, то надо бь1ло бы начинать торможение с пятого положения, ибо вследствие остаточного магнетизма 1корная тарелка прилипала бы к магнитному телу до тех пор, пока сила тока в катушке не уменьшилась почти до нуля. В результате, в особеннЬсти при малых скоростях, торможение начиналось бы сильными толчками. Это избегается особым реле, составляющим

главную отличительную особенность рассматриваемого контроллера. Ново в нем то, что оно использует индукционные токи в тормозных электромагнитах. Устройство этого реле таково: контактный рычаг 68 сначала удерживается пружиной 67 на контакте 69 и в катушке 66 нет тока. Но в тот момент, когда ручка 35 оставляет первое положение, ток в катушках 50 прерывается и пружины, не встречая больше сопротивления, отрывают якорь 2 с тормозным механизмом от тела электромагнитов 1. Часть 32 якоря 2 начинает двигаться в магнитном поле, т.-е. в щели магнитного тела, что вызывает возникновение индукционного тока в катушке 50. Между тем ручка 35 прибыла во второе положение, так что индукционный ток из катущек 50 замыкается через цепь 49, 45, 38, 47, 58, 65, 68, 69, 52, 41, 37, 39, 48; реле 66 возбуждается и переключает контактный рычаг 68, преодолевая действие пружины 67, с контакта 69 на контакт 70. Вследствие этого замыкается цепь 56, 41, 37, 39, 48, 50, 49, 45, 38, 47, 58, 65, 68, 70, 71, 72, 59 и магнитная катушка получает другой ток, регулируемый сопротивлением 72, так что силе пружин вновь противопоставляется соответственно подобранная сила электромагнита и тормоз не может затормозить, а задерживается магнитом. Переключающий рычаг реле остается в этом положении и при остальных положениях контроллера, ибо ток течет теперь постоянно через катушку 65. При этом, как и при воздушных тормозах, на контроллере предусматривается устройство, предохраняющее ручку 35 от останавливания в промежутке между двумя контактами. Целесообразно промежз гок этот делать, по возможности, малым. Для того, чтобы возбужденные при прерывании главного тока катушки индукционные токи в обмотке 50 не нейтрализовались токами Фуко, возникающими в железе магнита, в последнем предусматриваются особые поперечные вырезы, заполненные изоляцией. Время использования индукционных токов, конечно, очень коротко и составляет лишь доли секунды.

Во всяком пневматическом тормозе волевые импульсы машиниста передаются от ручки контроллера, находящейся у него в руке, к органам торможения посредством волны сжатого или разреженного воздуха. Скорость распространения этих волн не превосходит 160л в секунду. Поэтому при длине поезда в 750 м как это имеет место в СССР и САСШ, об одновременном действии всех тормозов в поезде говорить уже нельзя. В результате при недостаточной опытности и недостаточной выдержке машиниста бывают случаи, -когда одна часть длинного поезда энергично тормозится, а другая в то же время не менее энергично оттормаживается. Подобные случаи ведут обычно к катастрофам. В электромеханических же тормозах движение ручки контроллера передается тормозам со скоростью, приближающейся к скорости света, т.-е. более, чем в миллион раз скорее,, чем у пневматических. При скорости, более чем достаточной для практики, можно сказать, что все тормоза в поезде действуют одновременно. Надежность действия всякого пневматического тормоза основывается на работе его компрессора. Если на уклоне компрессор испортится или вследствие сильной, утечки количество сжимаемого им воздуха окажется недостаточным для всех тормозов, машинист теряет власть над поездом, а это при длинном и крупном уклоне неизбежно влезет за собой катастрофу. Главное преимущество тормозов КунцеКнорра и Казанцева перед Вестингаузом в том и состоит, что у них имеется некоторый запас воздуха на случай „истощения компрессора. Что же касается электромагнитных тормозов, то они этим недостатком не обладают, так как торможение у них производится пружинами.

Последнее обстоятельство имеет еще и другое преимущество: если вследствие неисправности локомотив вынужден бросить поезд на подъеме, при пневматических тормозах, вследствие неизбежной утечки, воздуха хватает на минут, по истечении которых тормозы сами собой отпускаютсз. Поэтому в таких случаях приходится прибегать к ручным тормозам и подкладывать под колеса камни и шпалы. При электромеханических же тормозах весь поезд в этом

случае остается заторможенным до тех пор, пока к нему не подъедет новый локомотив. В воздухе всегда содержится влага. При морозах она замерзает, что вызывает порчу частей пневматических тормозов. В Сибири и Канаде это явление зимой принимает массовый характер и сильно понижает безопасность движения. При электромеханических тормозах оно совершенно не может иметь места.

Во избежание скольжения колес сила нажатия на них тормозных колодок не должна превышать 90% нагрузки на колесо, которая в товарных вагонах в зависимости от нагрузки колеблется в отношении 2:7. А так как в тормозах Вестингауза наибольшее нажатие колодок есть величина постоянная, то там ее приходится делать равной 90% от веса порожнего вагона. Иными словами полезная нагрузка вагонов при тормозах Вестингауза совершенно пропадает для торможения. В тормозах Кунце-Кнорра предельному нажатию можно сообщить одно из двух постоянных значений; в электромеханических же тормозах помущью муфты 17, изображенной на фиг. 2, ему можно дать любое значение, т.-е. полностью использовать полезную нагрузку вагона.У тормозов всех систем от трения колодки довольно быстро изнашиваются, что неблагоприятно отражается на торможении, несмотря на применяемые компенсационные приспособления. При электромеханических тормозах предлагаемой системы все они становятся излишними, ибо в цих влияние износа колодок и другихластей компенсируется применением муфт 17 (фиг. 2). Отсутствие резиновых рукавов, резервуаров с сжатым воздухом, тройных клапанов, а также простота конструкции электромагнитов и стяжных муфт 17 значительно упрощает конструкцию тормоза. Что же касается некоторого усложнения контроллера по сравнению с краном машиниста и пневматических тормозов, то оно не представляет особых неудобств, ибо контроллер находится непрерывно под надзором машиниста.

Предмет изобретения.

1. Электромеханический тормоз, в котором торможение осуществляется действием пружин, а оттормаживание- электромагнитами, и предусматрива.ется также автоматическое затормаживание вагонов оторвавшейся части поезда, отличающийся тем, что тормозный контроллер 35-47 так устроен, что при переводе его рукоятки на второе положение, соо тветствующее началу торможения, образуется замкнутая цепь из отсоединенных от источника тока последовательно между собой соединенных катушек 50 оттормаживающих электромагнитов 1, с целью использовать для величения плавности торможения образующийся в этой це,пи электрический ток, индуктированный в катушках 50 при движении в электромагнитах 1 якорей 7, оттягиваемых тормозными пружинами 12 после перевода контроллера с первого положения на второе (фиг. 4).

Форма выполнения тормоза по п. 1,, отличанидаяся применением реле 65-70, включенного в цепь,- создаваемую контроллером 5-47 на втором положении, возбуждаемого ;ИН4уктированным в катушках 50 током и предназначенного для автоматического размыкания, на

указанном положении контроллера, цепи катушек 50 и для переключения этих

катушек на источник 56, 59 тока (фиг. 4).

3. Форма выполнения тормоза по п.п. 1-2, отличающаяся тем, что управ 1яемые контроллером электромагниты I расположены на-концах шарнирных рычагов 4, а тормозные .рружины расположены на концах рычагов 8, поворотных на осях 9 и в средних 1|астях связанных с тормозными) тягами 11-24, а концами, через посредство шарнирных тяг 6, соединенных с указанными рычагами 4, поворотными на осях 5 (фиг. 1).

4.При тормозе по п. 3 применение механизма, предназначенного для выключения тормоза и для регулирования степени торможения и состоящего из стягивающих части И и 24 тормозных тяг муфт 17 (фиг. 2) с ндсаженНыми на них шестернями 18, сцепленными с шестернями 19, приводимыми во вращение ручным приводом.

5.Прк тормозе по п.п. 3--4 применение шкал 16 для определения по ним, при помощи укрепленных на концах рычагов 8 стрелок 15, степени нажатия колодок 26 на колеса 30 (фиг. 1).

6.При тормозе -ПО п.п. 1-5 применение тормозных алектролиагнитов 1 с тарелочными якорями 2, главные части которых, IB случае движения, перемещаются в направлении, перпендикулярном к силовым линиямпотока, возбуждаемого катушками 50 (фиг. 2).

7.При тормозе по п. 6 применение у электромагнитов 1 якорей 2, некоторые части которых перемещаются в щели, устроенной в теле электромагнита 1 (фиг. 3).

8.При тормозе по п.п. 6-7 применение в тормозных электромагнитах вспомогательных катушек 34, служащих для уд,ержания якоря 2 в положении, соответствующем полному оттормаживанию (фиг. 3).

9.При тормозе по п.п. 1-8 применение электрических .выключателей, служащих для шунтирования включенных в цепь катушек 50 сопротивлений 60 с целью получить . полное оттормаживание (фиг. 4). Фиг.1 фиг. 4