ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВОЗДУШНЫХ ТОРМОЗОВ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОВОЗОК Советский патент 1936 года по МПК B60T15/20 

Предлагаемый воздухораспределитель для автоматических воздушных тормозов имеет целью, избегая введения в устройство воздухораспределителя особо сложной конструкции регуляторов, дополнительных резервуаров и пр., свойственных существующим системам автоматических воздушных тормозов, создать систему без этих усложняющих конструкцию деталей, которая давала бы при абсолютной неистощимости тормоза следующие возможности: возможность перехода с высшего зарядного давления на низшее при торможении; возможность производить работу при любом зарядном давлении, независимо от первоначального давления в магистрали; сохранять режим торможения независимо от утечек; производить быстро разрядку магистрали всех тормозных единиц в поезде; возможность избежать влияния на тормозные органы вагонов, в случае медленного понижения давления в магистрали; производить ступенчатое торможение и отпуск при незначительном понижении или повышении давления в магистрали; возможность поддерживать, смотря по потребности, или порожний, или груженый, или пассажирский режим торможения; производить полный отпуск давлением ниже зарядного на 0,2-0,3 атм.; избежать чрезмерно напряженной работы отдельных органов воздухораспределителя в периоды зарядки, торможения и отпуска, вызывающей быстрый износ и порчу этих органов.

Намеченная заявителем цель в главнейшем осуществляется устройством четырех не связанных между собою механически органов, из коих один передаточный орган непосредственно питает тормозный цилиндр, находясь в то же время под управлением другого главного управляющего органа. Роль главного управляющего органа заключается в обеспечении неизменного режима торможения (абсолютной неистощимости) при различных зарядных давлениях, независимо от первоначального давления в магистрали, от утечек обеспечения перехода с высшего зарядного давления на низшее в период торможения и пр., что достигается с помощью диференциальных поршней, пружин и диафрагм, взаимно воздействующих друг на друга, причем поршни, находясь одновременно под действием давления магистрали, пружины и давления органа, питающего тормозный цилиндр, в процессе торможения и отпуска находятся в уравновешенном спокойном состоянии. При этом все манипуляции, зависящие от изменения давлений, выполняются пружинами и диафрагмами - органами чувствительными и легко подвижными, что и создает мягкость тормоза.

Третий орган играет роль возбудителя, так как при посредстве распределительных поршня и золотников через систему каналов этот орган производит зарядку сжатым воздухом всех остальных органов, дополнительную разрядку вдоль поезда магистрали, а при отпуске и торможении производит различные комбинации в действии каналов по выпуску или впуску воздуха из того или другого в тот или другой из остальных трех органов.

Четвертый орган играет роль распределительного органа между тремя остальными органами с помощью комбинаций действия каналов и обеспечивает нормальный и всегда определенный скачок первоначального давления и отпуск пониженным давлением на 0,2-0,3 атм.

Режимным клапаном устанавливается порожний или груженый или пассажирский режим торможения.

На фиг. 1-4 воздухораспределитель изображен в схематическом виде в разрезе. Воздухораспределитель состоит из четырех не связанных между собою механически органов I, II, III и IV.

В корпусе органа I, играющего роль главного управляющего органа, расположены два дифференциальных поршня 33-35 и две диафрагмы 34, 36. Рабочая площадь поршня 33 равна рабочей площади диафрагмы 34, а поршня 35 - площади диафрагмы 36. Между поршнями 33-35 и диафрагмой 34 помещена пружина 32; диафрагмы 34-36 снабжены пружиной 37. Камера Н через клапан 59 может быть приведена в сообщение с камерой Г запасного резервуара, а через клапан 60 - с атмосферой.

Пружина 32 рассчитана на максимальную силу сжатия 7-7 атмосфер, при нормальной же работе тормоза сила сжатия пружины зависит от степени давления в запасном резервуаре.

Цель и назначение управляющего органа заключается в распределении давления в камере Е органа IV в зависимости от снижения или повышения давления в магистрали и в поддержании в течение длительного времени давления в камере В, управляющей давлением в тормозном цилиндре. В отпущенном состоянии тормоза все части органа I находятся под атмосферным давлением, его вступление в работу зависит от органа II. В корпусе органа II, играющего роль возбудительного органа, расположены поршень 1, жестко связанный с золотником 7, свободно скользящий золотник 6 и регулирующая пружина 42. Назначение этого органа состоит во включении в работу всех остальных органов воздухораспределителя, как-то: производить дополнительную разрядку магистрали при торможении, а при отпуске способствовать быстрому распространению опускной волны вдоль поезда и одновременной зарядки запасного резервуара. Камера М перед поршнем органа II соединена с магистралью.

В корпусе органа III, играющего роль распределительного органа, расположен поршень 41, жестко связанный с золотником 12 и находящийся под действием пружины 40, каковая при отпущенном тормозе держит поршень в его крайнем верхнем, а при торможении - в крайнем нижнем положении. Назначение этого органа заключается в обеспечении и закреплении работы управляющего органа I и в разобщении запасного резервуара от магистрали, в то же самое время сообщая через обратный клапан эту магистраль с запасным резервуаром после произведенного первоначального торможения, чем обеспечивается неистощимость тормоза и управляемость его вследствие отсутствия возможного перехода воздуха в магистраль при торможении.

В корпусе органа IV, играющего роль передаточного органа, расположены две диафрагмы 38, 39 и жестко с ними связанный золотник 17. Назначение этого органа, главным образом, заключается в том, чтобы сохранить постоянство времени наполнения тормозных цилиндров без особых дополнительных камер, а также питания и регулирования давления в тормозном цилиндре независимо от места нахождения прибора в голове или в хвосте.

Действие всего устройства при зарядке тормоза заключается в следующем; воздух из магистрали, поступая в камеру М возбудительного органа II, своим давлением на поршень 1 передвигает поршень в его нижнее положение, шток поршня, сжимая пружину 2 и давя на клапан 3, прекращает сообщение камеры А с камерой Е, имеющей сообщение с запасным резервуаром; восстановив в то же время сообщение магистрали с камерой А через канал 4, соединяющий камеру М с камерой А и при нижнем положении поршня через открытое отверстие 5 в золотнике 6; зарядка же запасного резервуара не будет происходить до тех пор, пока давление в камерах А и М не сравняется. Тогда под действием пружины 2 поршень 7 с золотником 7 передвинется несколько вверх и займет положение, указанное на схеме (фиг. 2 - орган II), перекрывая отверстие 5 в золотнике 6 и сообщая канал 4 через выемку 8 в золотнике 7 с каналом 9 в золотнике 6, идущем в канал 10 распределительного органа III, дав возможность начать зарядку запасного резервуара сжатым воздухом из магистрали через каналы 4, 8, 9, 10, 11, 13, 14 через полость О соединенной с камерой В передаточного органа IV и с камерой Г запасного резервуара, а из камеры В через калиброванное отверстие 15 в камеру Б и в запасный резервуар. Когда давление в запасном резервуаре и камере Б сравняется с давлением в камере А, клапан 3 под действием своей пружины 2а поднимется вверх, установив сообщение камеры А с камерой Б, а следовательно и с запасным резервуаром. В это время с атмосферой сообщаются следующие части воздухораспределителя:

1) тормозный цилиндр и камера Д органа IV через канал 16, выемку в золотнике 17, расположенном в камере В, через канал 16а в атмосферу;

2) камера Е передаточного органа IV, камера Ж распределительного органа III и камера З управляющего органа I, через каналы 18-19, 20 и 21 в режимном клапане Р, через канал 22, выемку 23 в золотнике 12 и канал 24 органа III, через канал 25, выемку 26 в золотнике 6 органа II в атмосферу;

3) камеры И и К главного управляющего органа I, соединенные общим каналом, через канал 27, выемку 28 в золотнике 12, канал 29 органа III, далее через канал 30, выемку 31 в золотнике 7 органа II в атмосферу.

Постепенная разрядка тормоза, не производя торможения, с переходом на нижние давления вплоть до нуля, осуществляется таким способом, что вместе с магистралью разряжаются и камера А и запасный резервуар через отверстие 15 в камере В органа IV, через камеру О, через канал 14, выемку 11 в золотнике 12, канал 10 органа III и далее через канал 9, выемку 8 в золотнике 7 и канал 4 органа 2 в камеру М, соединенную с магистралью (фиг. 2).

Полное служебное торможение осуществляется следующим способом. При снижении давления в магистрали от 0,1 до 0,2 атм. получится также снижение давления в камере М органа II, а потому, вследствие избыточного давления со стороны камеры Б, сообщающейся с запасным резервуаром, поршень 7, передвинувшись до упора в пружину 42, перекроет золотником 7 канал, идущий в атмосферу, разобщив его от канала 30, идущего от камер И и К, следовательно, по этому каналу обратным путем в эти камеры начнет поступать сжатый воздух из запасного резервуара через камеры Б и А, быстро заряжая обе камеры И и К органа I; при этом вследствие равенства рабочих площадей поршня 33 и диафрагмы 34 они будут находиться в уравновешенном состоянии. Одновременно золотник 7, установившись выемкой 31 над каналом 4, сообщает магистраль с атмосферой, разобщив ее от камеры А и запасного резервуара. При дальнейшем понижении давления в магистрали от 0,4 до 0,5 атм. поршень 1, сжав пружину 42 и увлекая с собою золотник 6, станет в верхнее крайнее положение, произведя следующие изменения в действиях каналов (фиг. 2). 1) перекрыв золотником 6 канал 4, разобщает магистраль от атмосферы; 2) перекрытием канала 25 разобщает соединение камер Е, Ж и З с атмосферой; 3) перекрыв золотником 6 канал 30, разобщает камеры К и И от запасного резервуара, восстанавливая в то же время сообщение этих камер с магистралью через канал 30, выемку 46 в золотнике 6 и канал 45; 4) установив выемкой 48 золотник 6 над каналом 49, сообщает камеру Н с камерами Е, Ж и З, каналом 47, через выемку в золотнике 48, каналом 49 в органе И и далее через канал 50, выемку 51 в золотнике 21 органа III и каналом 52 с камерой 3 и через каналы 21, 20, 19, 18 в Ж и Е режимного клапана. Вследствие падения давления в камерах И и К до давления магистрали пружина 32 начнет развертываться, нажимая на диафрагму 34, которая, в свою очередь, воздействуя на диафрагму 36 выгибая последнюю вправо, открывает клапан 59, сообщая камеру Г запасного резервуара с камерой Н, находящуюся при верхнем крайнем положении поршня 1 органа II в сообщении с камерами Е, Ж и З. Давление в этих камерах начнет повышаться, а в камерах И и К понижаться, но поршни 33 и 35, несмотря на разность их площадей и действие давления в камере З, все таки будут продолжать находиться в спокойном состоянии и уравновешенными благодаря трению в манжетах, разной чувствительности диафрагм 34 и 36, воздействию диафрагмы 36 на 34, и, наконец, противодействию пружин 32 и 37 сжатию (фиг. 1).

Как только давление в камерах Ж и Е достигнет 0,6-0,8 атм., то поршень 41, жестко связанный с золотником 12, опустится вниз, преодолев упругость пружины 40, рассчитанной на предельное давление 0,6 атм., при котором она держит поршень 40 в его верхнем положении. При нижнем положении поршня 41 произойдут следующие изменения в действии каналов (фиг. 3): 1) золотник 12 разобщит каналы 14 и 13 в органе III для того, чтобы при втором случае торможения воздух из запасного резервуара не мог переходить в магистраль, что было необходимо при постепенной разрядке тормоза; 2) разобщит каналы 27 и 29 в органе III, но в то же время сообщит канал 27 с калиброванным отверстием 53 для того, чтобы не прерывать сообщения камер И и К с магистралью; 3) разобщит отверстия 50 и 52, что прекратит быстрый впуск воздуха в камере Е, необходимый для скачка после полученного давления в камерах Ж и Е, равное 0,6 атм.; 4) разобщит отверстие 22 от отверстия 24, сообщив последнее с отверстием 47, с целью дальнейшего медленного впуска воздуха через канал 19 режимного крана Р в камеру Е и питание ее органом I. Таким образом орган I является через камеру Н управляющим органом в установлении давления в камере Е, находясь под действием пружины, давления в магистрали и камере Е.

Питание тормозного цилиндра сжатым воздухом и регулирование давления в цилиндре осуществляется через камеру Е, являющуюся в данном устройстве передаточным органом, следующим образом. При повышении давления в камере Е диафрагмы 38 и 39 с жестко связанным с ними золотником 17 перемещаются вправо (фиг. I - орган IV), разобщая между собою каналы 16 и 16а, прекращают сообщение тормозного цилиндра с атмосферой. Одновременно золотник прекратит сообщение между отверстиями 57 и 55, но через выемку 56 в нем восстанавливает сообщение отверстия 55 с отверстием 54, через которое воздух из камеры Е начнет поступать в камеру Д и тормозный цилиндр. Вследствие того, что в камеру Е поступает сжатый воздух через отверстия 50 и 52 органа III диаметра, чем отверстия 55 и 54 в органе IV, то в камере Е всегда образуется несколько повышенное против камеры В давление, под действием коего диафрагма 38 и 39 с золотником 17 перемещается в крайнее правое положение или, смотря по размерам тормозного цилиндра, немного не доходя до этого положения, открывая сообщение тормозного цилиндра с запасным резервуаром через отверстие 16 и камеру Д, быстро наполняя цилиндр. С помощью режимного крана, установленного в таком положении, чтобы воздух поступал в камеру Е через малое отверстие 19 режимного крана, имеющее немного больший диаметр, чем отверстие 54, через которое создается сообщение камеры Е с камерой Д тормозного цилиндра - повышение давления в камере Е будет идти более медленным темпом, благодаря чему большой разницы давлений в камерах Е и Д не будет, что видно при товарном режиме.

Такой перепуск рассчитывается по самому малому объему и выходу поршня тормозного цилиндра с таким расчетом, чтобы цилиндр наполнялся за 35-40 секунд. Если же объем тормозного цилиндра будет велик, то повышение давления в камере тормозного цилиндра Д будет запаздывать от повышения давления в камере Е, вследствие чего диафрагма 38-39 совместно с золотником 17, все более и более передвигаясь вправо (фиг. 4 - орган IV), откроет канал 16 камеры В, создавая тем самым дополнительное сообщение тормозного цилиндра с запасным резервуаром. В зависимости от разности изменений давления в камере Д эти изменения, благодаря чувствительности диафрагмы 38 и 39, вызывают реагирование диафрагм, выражающееся в перемещении всего распределительного органа, расположенного в камере В, то открывая, то закрывая канал 16 полностью или частично, то прекращая, то восстанавливая сообщение камеры Е с тормозным цилиндром через каналы 54, 55, 57. Таким образом, действием устройства в органе IV осуществляется мысль автора создать неистощимость тормоза, мягкость торможения и быстрого и автоматического восстановления требуемого режима торможения в случае нарушения такового по каким-либо причинам, например, вследствие пропусков в частях тормозного цилиндра и т.п. без установки особых резервуаров или других добавочных органов. При увеличении объема камеры Е до 3 литров клапан 58, отверстия 54, 55, 57 и канавки 56 в золотнике 17 могут быть устранены. Тогда камера Е будет наполняться и опорожняться тоже за определенное время, т.е. 30-40 секунд.

Ступенчатое торможение производится обычным способом, постепенным понижением равновесия в магистрали и связанных с нею в это время камерах И и К от нуля до 1,2 атм., причем первоначальное снижение должно быть от 0,4 до 0,5 атм. с целью быстрого приведения всех органов воздухораспределителя в состояние, готовое в каждый момент последующих снижений и повышений давления в магистрали, хотя бы и в самых незначительных размерах, быстро реагировать на эти изменения режима и отпуска после первого скачка, что достигается благодаря чувствительности диафрагм, связанных с распределительными и регулирующими органами в виде золотничков, поршней и клапанов, создавая тем самым без всяких перепадов питание тормозного цилиндра и пополнение утечек. С целью не допускать давления в тормозном цилиндре свыше нормального 3,8 атм., по которому рассчитывается вся тормозная система каждого подвижного состава, что может вредно отразиться на ходовых частях (например, вызывать скольжение колес по рельсам), размеры площадей диафрагм 34 и 36 относятся, как 1:3, а потому при максимальном снижении давления в магистрали с 5 до 3,8 атм. в камерах Н, З, Ж и Е получится давление в 3,6 атм. Если снижение в магистрали упадет до 3 атм. и ниже, то в камерах Н, З, Ж и Е все таки давление не превысит 3,8 атм., так как пружина 34 органа 1 рассчитывается на это давление.

Отпуск тормоза производится следующим образом. В процессе торможения камеры К и Н соединены с магистралью через каналы 53 и 27 органа III и канал 4 органа II. При отпуске с повышением давления в магистрали воздух, поступая в камеру М и действуя на поршень 1, перемещает его вниз, перекрывая золотником 6 канал 9, прекращает на некоторое время сообщение с запасным резервуаром через камеру А и Б, так как шток поршня 7, нажимая на тарелку пружины 2 камеры Б, закрывает клапаны 3, благодаря чему, в первый период отпуска воздух из магистрали через канал 4, выемку 8 в золотнике 7 и калиброванное отверстие 5 начнет поступать в камеру А, медленно пополняя ее, чем достигается быстрое распространение отпускной волны по всей сети, вследствие того, что в этот период запасные резервуары не питаются; кроме того, после зарядки камер А во всех тормозных единицах, когда явится возможность питать запасный резервуар через канал 9, зарядка во всех запасных резервуарах будет происходить одновременно. С повышением давления в камерах И и К диафрагмы 34 и 36 начнут приближаться к своему нормальному положению в период отпуска (фиг. I); тогда диафрагма 36, двигаясь влево, захватывает клапан 60, камера которого соединена с камерой Н и с атмосферой, воздух из камеры Н начнет выходить наружу до тех пор, пока давление в камере Н не достигнет атмосферного, и клапан 60 под действием своей пружины сядет на свое гнездо, прекратив сообщение камеры Н с атмосферой; одновременно прекращается сообщение между камерами Н и Г, так как под действием пружины клапан 59 сядет также на свое гнездо. Начавшееся разряжение камеры Н, находившейся в период торможения в сообщении с камерой Е, вызовет также разряжение и этой камеры, вследствие чего под действием превышенного давления на диафрагму 39 со стороны камеры Д тормозного цилиндра, диафрагмы 39 и 38 передвинутся влево и в первую очередь разобщат отверстие 54 от отверстия 55, сообщая последнее с отверстием 57, давая этим самым возможность сжатому воздуху из тормозного цилиндра протекать в камеру Е, а из нее через калиброванное отверстие 19 режимной пробки Р через камеру Н в атмосферу. Благодаря тому, что отверстие 57 в органе IV больше отверстия 19 в режимной пробке, падение давления в камере Д будет несколько отставать от падения давления в камере Е, создавая некоторый избыток давления в камере Д, под действием которого диафрагмы, связанные с золотником 17, будут перемещаться все время влево, открыв каналы 16 и 16а, через которые произойдет дополнительная разрядка тормозного цилиндра; в дальнейшие периоды отпуска действия этого распределительного органа IV будут совершенно аналогичны с действиями его в период торможения, в зависимости от колебаний давлений в камерах Е и Д и создающейся при этом разницы в давлении в ту или другую сторону.

При снижении давления в камерах Е и Ж до 0,6-0,4 атм., поршень 4 с золотником 12 под действием пружины 40 переместится в верхнее крайнее положение, указанное на фиг. 4.

К этому времени закончится и зарядка запасного резервуара через каналы 4, 8, 9, 29 и т.д., как это описано в процессе, и зарядка тормоза. Разрядка камеры Е продолжается так же как и зарядка ее при торможении в течение 30-35 секунд.

Таким образом, при отпуске возможно установить или режим ступенчатого или полного оттормаживания.

Порожний и груженый режим осуществляется благодаря разобщению или сообщению камер Д через режимную пробку (фиг. 3), через нее же осуществляется и пассажирский режим, сообщая отверстие 21 с отверстием 18.

1. Воздухораспределитель для автоматических воздушных тормозов для железнодорожных повозок, отличающийся тем, что поршень (или диафрагма) распределительного органа, питающего непосредственно тормозные цилиндры, находящийся с одной стороны под влиянием "камеры тормозного цилиндра", с другой стороны управляется такой камерой, которая в свою очередь управляется особым главным распределительным органом, работа которого подчинена пружине, воздействующей на управляющие соответствующими клапанами (или золотниками) поршни, находящиеся с взаимно противоположных сторон под равными давлениями, но обладающими различной чувствительностью к изменениям давлений, применением каковой пружины предусматривается обеспечить неизменный режим тормоза при различных зарядных давлениях, а наличием различной чувствительности поршней избежать влияния на процессы торможения при утечках ("мягкость тормоза").

2. Форма выполнения воздухораспределителя по п. 1, отличающаяся тем, что камеры K и И, образованные поршнями 33 и 34, находящимися под влиянием указанной в п. 1 пружины 32, питаясь через самостоятельные распределительные органы II и III, в период отпуска имеют давление атмосферы, а в период торможения - давление запасного резервуара, переключаясь затем на давление магистрали.

3. Форма выполнения воздухораспределителя по п. 2, отличающаяся тем, что распределительный орган II включает в себя золотники 6 и 7, взаимодействием каковых в период отпуска, с целью ускорения распространения волны по главному воздухопроводу вдоль всего поезда, запасные резервуары для их наполнения воздухом включаются в сообщение с главным воздухопроводом с должным опозданием.

4. Применение в воздухораспределителе по пп. 1-3 крана Р "режима торможения".