ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВКЛЮЧАЮЩИМИ МЕХАНИЗМАМИ ФРИКЦИОННОЙ ИЛИ ТОМУ ПОДОБНОЙ ПЕРЕДАЧИ ВОЗДУШНЫХ НАСОСОВ, РАБОТАЮЩИХ ПРИВОДОМ ОТ ОСЕЙ ИЛИ ДРУГИХ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ САМОДВИЖУЩИХСЯ ПОВОЗОК Советский патент 1936 года по МПК B61C17/12 

В самодвижущихся повозках имеют применение воздушные насосы, например, для воздушных тормозов, работающих приводом от осей или других движущихся частей повозки и снабженных регулятором давления, выключающим насос из работы при достижении давлением нагнетаемого воздуха определенного предела. В приводе к таким насосам употребляются различного рода передачи (зубчатые, ременные, эксцентриковые и т.д.) с муфтами включения. Такого рода насосы, работающие на ходу паровоза и являющиеся вспомогательными к обычным паровым насосам для использования инерции движущихся повозок и экономии пара, требуют за собою наблюдения для своевременного включения и выключения в зависимости от езды паровоза с паром или без пара.

Предлагаемое приспособление дает возможность автоматического включения насоса при езде паровоза без пара и автоматического же выключения его из работы при переходе на езду с паром. Кроме того, приспособление может переводить насос на холостой ход при достижении в главном резервуаре воздушного тормоза предельного давления, а также регулировать работу компрессора (ход его поршня) при помощи переставной цапфы качания.

На чертеже фиг. 1 изображает примерную схему привода к насосу от оси паровоза; фиг. 2 - схему компрессора с фрикционным приводом; фиг. 3 - разрез выключающего цилиндра с отъемной крышкой цилиндра компрессора; фиг. 3а - разрез цилиндра компрессора; фиг. 3б - вид сверху по фиг. 3а; фиг. 4 - разрез цилиндра компрессора с постоянным движением поршня; фиг. 5 - схему компрессора с приводом от кулисы, связанной со сцепными осями паровоза; фиг. 6 - схему расположения приборов и трубопроводов компрессорной установки; фиг. 7 - разрез приспособления для включения насоса при езде паровоза без пара и связь его с паровозным регулятором; фиг. 8 - разрез крана на регуляторном валу; фиг. 9 - боковой вид с частичным разрезом зубчатой передачи на приводе к компрессору; фиг. 10 - разрез по АОВ на фиг. 9; фиг. 11 - разрез по CD на фиг. 9; фиг. 12 - вид приспособления для включения передачи; фиг. 13 - боковой вид части рычага по фиг. 12; фиг. 14 и 15 - вид измененного свободно подвешенного привода в двух проекциях; фиг. 16 и 17 - вид установки с приводом от крейцкопфа в двух проекциях; фиг. 18 - то же для случая применения кулачной муфты; фиг. 18, - деталь устройства по фиг. 18; фиг. 19 - осевой разрез комбинированного паровоздушного насоса.

Под паровозом или под тендером, там, где позволит место, или в крайнем случае под первым от паровоза вагоном, устанавливается насос мощности, достаточной для быстрого наполнения сжатым воздухом главного резурвуара, приводимый в движение следующим образом. На ось колеса надевается ведущая шестерня а (вращающаяся при движении колес), которая ведет шестерню б, свободно сидящую между направляющими стопорными кольцами Z, Z₁ на валу с. Вал с вращается в подшипниках стоек d, d, укрепляемых на раме. На часть вала с, выходящую из подшипника, надевается кривошип е, на палец которого надевается шатун штока или шток у поршня насоса. С другой стороны шестерни б на валу с сидит продольно-подвижная кулачковая муфта к, передвигающаяся на шпонках, намертво укрепленных на валу. Кулачки муфты при ее передвижении вдоль вала с входят в отверстия шестерни б и сцепляют шестерню с валом с. Таким образом, при движении поезда ведущая шестерня а ведет и шестерню б, вал с и кривошип е, который и заставляет воздушный насос работать и нагнетать сжатый воздух в главный резервуар.

Разъемное сцепление между шестерней б и валом с через продольно-подвижную кулачковую муфту дает возможность при повышении давления в главном резервуаре до расчетного производить автоматическое выключение насоса из работы.

При падении в главном резервуаре давления ниже расчетного кулачковая муфта автоматически должна сцепляться с шестерней б и приводить в движение вал с и через него насос. Для возможности автоматического включения и выключения муфта к соединена со шкивом поршня отдельного небольшого цилиндра М, имеющего через распределитель Н и воздухопровод О и О¹ соединение с главным резервуаром и атмосферой. При давлении в главном резервуаре ниже расчетного поршень цилиндра М прижимается пружиной к крышке цилиндра и прижимает кулачковую муфту к к шестерне б, включая насос. При достижении в главном резервуаре расчетного давления распределитель Н отключает цилиндр М от атмосферы и соединяет его с главным резервуаром через трубопровод О. Давлением сжатого воздуха, поступающего в цилиндр М, поршень перемещается и, выводя из сцепления кулачковую муфту, выключает насос.

Для автоматического плавного и постепенного включения и выключения насоса (компрессора) вместо описанной кулачковой муфты целесообразнее применять фрикционную коническую муфту, вследствие чего описываемый компрессор (фиг. 2) будет иметь фрикционную передачу непосредственно от оси а колес паровоза на шкив b, сидящий на оси, укрепленной в подшипниках стойки d. В нерабочем состоянии действием отжимающей пружины р, действующей на поршень q цилиндра М, который усилие отжимающей пружины передает рычагу n-m и , вся система отключена от оси а. При включении системы в работу воздух из главного резервуара, поступая в цилиндр М и действуя на поршень q через связанную со шкивом поршня рычажную передачу, прижимает шкив b к оси а плавно с постепенно увеличивающейся силой, по мере увеличения давления в цилиндре М. Когда сцепляющее давление достигнет силы, достаточной для преодоления противодавления на поршень компрессора, то последний начнет нагнетать воздух в главный резервуар. По автоматическом отклонении давление в цилиндре М начнет уменьшаться, вместе с этим будет уменьшаться сцепляющее давление и компрессор плавно отключится. Подобрав соотношение плеч n и m рычага, можно иметь всегда известную разницу в величине давления сцепляющего и противодавления при работе на поршень компрессора. Сделав сцепляющее давление на известную величину больше, возможно иметь плавную работу включения и выключения системы при всяком давлении в главном резервуаре.

В виду того, что движение поршня в. цилиндре компрессора при соответствующей смазке не требует такого усилия, которое практически могло, хотя бы в самой незначительной степени, повлиять на мощность паровоза, возможно это поступательно-возвратное движение поршня компрессора сделать постоянным на все время движения паровоза. Накачивание же воздуха в главный резервуар следует производить только при закрытом регуляторе, от живой силы состава, с автоматическим же отключением при достижении главным резервуаром давления. Для этого (фиг. 3, 3а, 3б) верхняя крышка цилиндра К насоса насаживается на шток поршня цилиндра М. Цилиндр К при оттянутой верхней крышке U открыт и через широкое отверстие z воздух при движении поршня компрессора К не оказывает ему никакого противодействия. При включении компрессора цилиндр М, соединяясь с главным резервуаром (трубопровод о), постепенно прижимает крышку U к седлу на цилиндре компрессора К и, создавая постепенно сопротивление поршню е компрессора, в некоторое время преодолеет противодавление главного резервуара поршню компрессора, который начнет накачивать воздух через клапан X в главный резервуар. При отключении компрессора крышка U отойдет от цилиндра компрессора и поршень будет передвигаться без всякого усилия и противодействия.

Поршень е при правильной смазке требует для своего передвижения в цилиндре К только незначительной затраты энергии на преодоление трения поршня о стенки цилиндра (фиг. 4) и при оттянутой (открытой) верхней крышке U для передвижения поршня е потребуется очень небольшое усилие в цилиндре К. Если весь компрессор будет заключен в кожух j, то при оттянутой крышке U воздух будет свободно при движении поршня е переходить из пространства по одну сторону поршня е в пространство по другую его сторону (своего рода байпассирование) и, следовательно, в цилиндре К не будет никакого противодавления движению его поршня е.

Площадь поршня t включающего - выключающего цилиндра М должна быть больше, чем площадь поршня е компрессорного цилиндра К, а так как и цилиндр М и компрессор соединены с главным резервуаром, то при увеличении давления на площадь поршня компрессора, что будет при увеличении давления в главном резервуаре, увеличится давление и в цилиндре М на поршень t, и крышка U будет прижата к цилиндру К вне зависимости от давления в этом цилиндре. Перемещения же крышки U от цилиндра K могут управляться при помощи приспособления, описанного ниже, вне зависимости от давления в главном резервуаре.

Для приведения в действие компрессора возможно использовать привод от связанной со сцепными осями кулисы (фиг. 5).

В этом случае система получает движение от кривошипа а, укрепленного ими на оси колеса паровоза или на сцепном дышле и шатуном передающего движение кулисе b, качающейся на неподвижной оси о. В прорези кулисы b может передвигаться камень шатуна г, сочлененного со штоком л поршня компрессора Р. Шатун г через рычажную систему д, ж сочленен со штоком поршня цилиндра М. Связь эта будет осуществлена тоже через шатун.

При нахождении шатуна г в точке U никакого движения штока л и поршня компрессора происходить не будет. При нахождении шатуна г в точке n шатун г приводит в движение шток л и компрессор будет совершать работу.

Изменением величины у, т.е. перестановкой камня кулисы, служащего переставной цапфой качания, может быть произведено изменение величины хода шатуна г и связанного с ним штока л компрессора. За время прохождения шатуна г от точки U до точки n произойдет увеличение длины хода поршня компрессора от нуля до требуемой величины; при обратном движении шатуна г произойдет соответственно уменьшение длины хода поршня компрессора от наибольшей величины до нуля.

Включение и выключение компрессора, сводящееся в данном случае к изменению величины у от точек U до n и наоборот, будет производиться автоматически при перемещениях поршня цилиндра М. Включение будет иметь место при закрытом регуляторе пара и давлении в главном резервуаре ниже расчетного, а выключение - при давлении в главном резервуаре, достигающем расчетного, а также выключение всей системы из работы при езде с открытым регулятором пара.

Компрессор должен выключаться из работы при достижении в главном резервуаре расчетного давления и при езде паровоза с паром вне зависимости от давления в главном резервуаре. Включение же происходит при езде без пара.

Такое управление включающим механизмом передачи к компрессору, как указывалось, производится распределителем Н (фиг. 1 и 4). По схеме управления и связи между всеми частями компрессорной установки (фиг. 6) распределитель Н состоит из двух частей регулятора давления А и вспомогательного воздушного цилиндра Б. Для перестановки органов управления помощью сжатого воздуха в будке машиниста от трубопровода, подводящего сжатый воздух из главного резервуара (ГР) к крану машиниста (Kp. М) делается отвод, по которому воздух подается в регулятор давления А имеющий две воздушные камеры. Из нижней камеры воздух подается в цилиндр M (фиг. 1, 4, 6), включающий компрессор. В верхней камере сжатый воздух давит на подпружиненный диференциальный поршень-клапан 14-22, стремясь перекрыть гнездо клапана, через которое поступает воздух для цилиндра М. Поршень 14 удерживается регулирующей пружиной 9, которая может быть точно установлена регулирующей гайкой 8 с контр-гайкой 7. Хомутом 6 с вырезом по квадрату 5 поршень 14 удерживается от проворачивания в своей камере. Регулятор работает разностью давления сжатого воздуха на разные площади самого поршня 14 и его клапана 22 и противодавлением пружины 9. Предположим, что площадь поршня 14, на который давит сжатый воздух, в два раза больше площади клапана 22, а пружина отрегулирована на противодавление в 7 кг. Тогда при давлении в 5 атм клапан 22, имеющий площадь в 1 см², будет оказывать противодавление поршню 14 в 5 кг плюс противодавление пружины 7 кг, а всего 12 кг; на площадь же поршня 14 в 2 см² сжатый воздух будет давить с силой в 10 кг. Следовательно, клапан будет поднят, в цилиндре, М будет воздух и компрессор будет работать. Подъем давления в ГР до шести атмосфер отразится и в регуляторе, где противодавление пружины в 7 кг и давление на клапан в 6 кг дадут 13 кг, а на поршень 14 воздух уже будет давить с силой в 12 кг. При дальнейшем увеличении давления до 7 атмосфер давление и противодавление уравняются и поршень, преодолевая сопротивление пружины и клапана, перекроет клапаном 22 его гнездо, прекратив доступ воздуха в нижнюю камеру регулятора А, и вместе с этим через коленчатый канал 13 в теле поршня 14 и канал 15 в стенке цилиндра регулятора соединит цилиндр М с атмосферой, из которого воздух начнет уходить и компрессор выключится. При понижении давления противодавление пружины плюс противодавление клапана превысят давление на поршень 14, который, поднимаясь, откроет доступ сжатого воздуха в цилиндр М и компрессор начнет работать.

Таким образом будет происходить включение и выключение компрессора при езде без пара. При езде же с паром компрессор будет выключаться из работы трехходовым краном В с конической притертой пробкой, укрепленной на хвостовике 21 рукоятки 18 регуляторного вала (по схеме РП-регулятора пара). При закрытом паре вспомогательный цилиндр Б через кран В соединен с атмосферой (сплошные линии на фиг. 8). При переводе рукоятки 18 на открытие пара цилиндр Б через кран В отсоединяется от атмосферы и соединяется с главным резервуаром (показано пунктиром на фиг. 8) и давлением воздуха его поршень 2, имеющий площадь, достаточную для предоления противодавления пружины 9, нажмет своим штоком 3 на шток 10 регулятора А и перекроет гнездо клапана 22, который, перейдя из положения б в положение а и соединив цилиндр М с атмосферой, выключит компрессор. Таким образом, управление производится несложными мелкими приборами, помещающимися в будке машиниста.

При применении ременной передачи на штоке поршня цилиндра М может быть укреплен натяжной ролик и плавное управление включением и выключанием компрессора будет происходить вследствие изменения натяжения ремня передачи.

Для случая применения в приводе зубчатой передачи (фиг. 9-11) на поперечной балке, лежащей на раме паровоза, укреплена через свое основание ƒ серьга z, позволяющая подвеске t иметь некоторое перемещение параллельно оси U паровоза, что необходимо как при боковых смещениях оси U относительно рамы, так и при том положении, когда одна сторона оси U станет несколько выше другой стороны оси. В подшипниках нижней части подвески t вращается вал с с шестерней b, сцепляющейся с разъемной шестерней а, закрепленной на оси U, паровоза. Шестерня а имеет широкое основание ω, стянутое теми же болтами, что и шестерня b на валу с. Кожух х служит не только для закрывания шестерен а и b, но и для их жесткого сцепления друг с другом. Дня предохранения оси U от изнашивания кожух в части, сидящей на оси U, с укрепленными на нем подшипниками d (фиг. 11) вращается на части тела ω шестерни а, отсюда поверхность оси колеса не имеет с кожухом непосредственного соприкосновения. В части, сидящей на валу с, кожух х (фиг. 10) опирается своими подшипниками одной стороной на вал с, а другой стороной через подшипник на часть з шестерни b. В нерабочем состоянии шестерня b свободно поворачивается на валу с. В рабочем состоянии шестерня b включается через сцепление своего конуса с конусом фрикционной муфты, передвигаемым на шпонках на валу с вилкой i, переставляемой штоком поршня цилиндра М. По включении муфты шестерня b начинает вести вал с с кривошипом е и шатуном у и компрессор K приводится в действие. В это время шестерня b другой стороной опирается на кожух х и через него на стойку подвески t, нисколько не смещая ни вала с, ни сидящего на нем кривошипа е. При всех боковых смещениях оси паровоза относительно рамы кожух х, опирающийся своими рабочими поверхностями на тело ω шестерни а и на вал с, отводит подвеску t в нужное положение, которое подвеска t может принять в виду наличия серьги z. Шестерни а и b постоянно работают в масляной ванне.

Вся система компрессорного устройства как при ременном, так и при шестереночном приводе, должна плавно и постепенно включаться в работу при любой скорости движения состава, причем центр тяжести установки должен приходиться точно по оси симметрии паровоза. Для этого подвеска d лапами ν крепится к раме паровоза. Между стойками t, t₁ в подшипниках которых расположен вал с, находится или шестерня b при шестеренной передаче или шкив b при ременной передаче, которые свободно надеты на валу с. По бокам шестерни (шкива) b находятся фрикционные диски , которые сидят на шпонках вала с, свободно на них передвигаясь под влиянием нажимных колец о, через подпружиненные рычаги i подвешенных к опорам r на подвеске d. Рычаги i, i приводятся в движение от вспомогательного цилиндра М, поршни р которого под влиянием сжатого воздуха расходятся, нажимают на верхнее плечо рычагов i и через нажимные кольца плавно и постепенно прижимают фрикционные диски к стенке шкива или шестерни b и этим плавно включают вал с, который начинает работать и вести кривошипы е и шатуны у, связанные с компрессорами K, K.

Привод к компрессору, подвешенный для амортизации колебаний и смещений оси, может быть выполнен в форме, изображенной на фиг. 14 и 15. Для случая фрикционного привода на ось ν паровоза надевается разъемное кольцо-шкив а, на которое при включении нажимает шкив b, приводящий в движение вал с с кривошипом е, ведущим шатун у и шток компрессора К. Все это устройство находится на подвеске t, через серьгу z, подвешенную к поршню d цилиндра М, соединенного с распределителем Н. В нерабочем состоянии вся система через пружины и подтягивается к раме, причем пружина соответственно сильней пружины и вес устройства этим уравновешивается. При включении поршень d цилиндра М под влиянием поступающего в него сжатого воздуха нажимает шкивом b на шкив а и компрессор включается в работу. Через серьгу Z устройство свободно может иметь боковые перемещения. Толчки же на стыках принимает на себя цилиндр М, играющий в данном случае роль воздушного буфера, причем количество получаемых им толчков фактически, при всем своем большом колмчестве, не может практически иметь большого влияния на износ цилиндра.

Привод к кулисе (фиг. 5), совершающей качания под действием вращающихся частей, например, ведущего или сцепных колец, может быть заменен соединением компрессора с крейцкопфом согласно фиг. 16-18. В приводе от крейцкопфа с вертикальным расположением цилиндра 1 компрессора нужное усилие передается через кривошип 2, свободно сидящий на валу 3, установленном в подшипниках 4. При качании вала 3 кривошип 2, при отключенном компрессоре, как свободно на валу сидящий, не качается. Для его включения во включающе-выключающий цилиндр 5 из распределителя 11 поступает сжатый воздух, передвигающий поршень цилиндра 5, вследствие чего шток поршня нажимает на вилку 6, которая передвигает нажимное кольцо 7, включающее конусы 8 и 9 фрикционной муфты, причем передвигается на шпонках вдоль вала 3 конус 8, а конус 9 составляет одно целое с кривошипом 2. В виду того, что наполнение включающего цилиндра 5 происходит постепенно, весь механизм получает плавную раскачку и, при включении конусов с полной силой, начинает нагнетать воздух в главный резервуар.

Для случая возможности непосредственного включения привода фрикционная муфта может быть заменена кулачковой (фиг. 18-18′), что способствует упрощению конструкции установки. Кривошип 1 также свободно насажен на валу 2, укрепленном в подшипниках 3 и 4, и приключается к валу кулачковой муфтой 15, передвигаемой нажимным кольцом 16, которое перемещается рычагом, связанным со штоком поршня включающе-выключающего цилиндра 5, связанного с распределителем Н. Все это устройство легко крепится к раме кронштейном 9. Для того, чтобы поршень компрессора всегда становился в нижнюю точку, в нижнюю же крышку цилиндра компрессора ввертывается клапан. 12 с поршнем, имеющий притертую поверхность, перекрывающую отверстие 11. Клапанная коробка 10 соединена с включающе-выключающим цилиндром 5. Когда компрессор отключен, воздух из цилиндра 5 уходит и, следовательно, на поршень клапана 12 давления не будет, вследствие чего происходит соединение цилиндра компрессора с атмосферой, а по тому поршень компрессора, на нижнюю сторону которого давления не будет, опустится в нижнюю мертвую точку покоя. При включении компрессора воздух из цилиндра 5 надавит на поршень клапана 12, который, перекроет отверстие 11, причем, в виду разности площадей, отверстие 11 будет перекрыто с силой, большей, чем противодавление от работы компрессора который через свой клапан будет качать воздух в главный резервуар.

Все вышеописанные варианты установок компрессора требуют наличия на паровозе обычного паровоздушного насоса, что усложняет и удорожает оборудование паровоза. Изображенный на фиг. 19 паровоздушный насос предназначается для использования как при езде паровоза с паром или стоянках в качестве обычного насоса, так и при езде паровоза без пара в качестве насоса, работающего приводом от крейцкопфа.

В случае установки сверху парового цилиндра воздушного цилиндра и размещения на их общих штоках 14, 14′ поршней 15 и 16 при пуске пара в паровой цилиндр (П. Ц.) будет работать поршень 15 воздушного цилиндра (В. Ц.) и нагнетать воздух в главный резервуар. При этом ползун 13 с шатуном 17 и кривошип 1 будут свободно совершать движения, так как; кривошип 1 свободно насажен на вал 2 и, следовательно, противодействия от передаточного механизма, приводящего в действие поршень 15 компрессора при ходе поезда от крейцкопфа, не будет. Для того, чтобы и от движения поршня парового цилиндра не было усиления противодавления при работе от крейцкопфа, должен быть применен перепускной клапан соответствующего сечения для свободной циркуляции воздуха в паровом цилиндре. Все переключения легко сделать автоматическими, пользуясь для открытия и закрытия клапанов сжатым воздухом.

1. Приспособление для управления включающим механизмом фрикционной или тому подобной передачи воздушных насосов, работающих приводом от осей или других движущихся частей самодвижущихся повозок и снабженных подпружиненным поршневым регулятором давления, с применением сжатого воздуха для перестановки органов управления, отличающееся тем, что в целях автоматического управления работой насоса при езде паровоза без пара применен подпружиненный диференциальный поршень-клапан 14, 22, нагруженный с внешних сторон давлением воздуха главного резервуара и снабженный коленчатым каналом 13, служащим при перекрытом клапанов 22 воздухопроводе для сообщения включающего передачу воздушного цилиндра М с атмосферой через канал 15 в междупоршневом пространстве.

2. Форма выполнения приспособления по п. 1, отличающаяся тем, что для возможности автоматического перевода насоса (компрессора) на холостой ход при достижении в главном резервуаре предельного давления на штоке поршня воздушного цилиндра М укреплена передвижная крышка цилиндра насоса, имеющая площадь, меньшую площади поршня цилиндра М.

3. Форма; выполнения приспособления по п. 1 с использованием привода от связанной со сцепными осями кулисы, отличающаяся тем, что, с целью регулирования работы насоса, рычажная передача между цилиндром М и цилиндром Р сочленена с камнем кулисы, служащим переставной цапфой качания насоса.

4. Форма выполнения приспособления по пп. 1-3, отличающаяся тем, что, в целях автоматического выключения из работы насоса при переходе на езду с паром, применен добавочный воздушный цилиндр 1, шток 3 поршня которого предназначается для принудительной перестановки диференциального поршня-клапана 14, 22 под воздействием сжатого воздуха, перепускаемого при открывании паровозного регулятора трехходовым краном В, пробка коего укреплена на хвостовике рукоятки регуляторного вала.

5. При приспособлении по пп. 1-4 применение вспомогательного воздушного цилиндра с двумя подпружиненными поршнями р, штоки которых предназначены для взаимодействия с подпружиненными рычагами i, сочлененными с кольцами о служащими для повышения давления в сообщающемся с воздухопроводом междупоршневом пространстве М для перемещения насаженных на шпонках фрикционных дисков с целью введения последних в сцепление с надетым на вал с ведомым шкивом или фрикционным диском или шестерней б.