АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВОЗДУШНЫЙ ОДНОПРОВОДНОЙ ТОРМОЗ Советский патент 1928 года по МПК B61L11/02 

Предлагаемый автоматический воздушный однопроводный тормоз со ступенчатым торможением и отпуском и с приспособлением для изменения тормозного режима, представлен на чертеже, на котором фиг. 1-9 изображают схемы воздухораспределителя в различных разрезах, фиг. 10 - схему в вертикальном разрезе крана машиниста.

Воздушный тормоз предлагаемой системы состоит из паровоздушного насоса, главного резервуара, регулятора давления и крана машиниста, устанавливаемых на паровозе, и главного воздухопровода (магистрали), идущего под всем подвижным составом, воздухораспределителя, запасного резервуара, тормозного цилиндра и рычажной передачи с колодками, устанавливаемых под каждой тормозной единицей состава. Паровоздушный насос, главный резервуар, регулятор давления, магистраль, запасный резервуар, тормозной цилиндр и рычажная передача могут быть типа ныне существующего тормоза „Вестин-гауза". Паровоздушный насос должен поддерживать давление в главном резервуаре около 7-8 атм., откуда воздух идет через кран машиниста в магистраль.

Кран машиниста состоит из корпуса 1 (фиг. 10), в который вставлена втулка 2; во втулке перемещается круглый золотник 3, разделенный выточкой 26 на два диска. Под золотником помещена пружина 7, находящаяся в приболченном к корпусу стакане 21 и стремящаяся поднять золотник 3 кверху. Внутри золотник просверлен и в него снизу вставлен двойной стержневой клапан 4, прижимаемый также вверх слабой пружиной 5 и пробкой 6; внутренняя камера золотника сообщается с его выточкой 26 через отверстия 27; стержневой клапан 4, прижатый к своему месту, нижней кромкой перекрывает сообщение внутренней камеры золотника с камерой над золотником по наружным проточкам, сделанным в стержне клапана 4; верхней своей кромкой клапан 4 перекрывает канал 14 в стержне 13, ведущий из камеры над золотником в атмосферу; стержень 13, снабженный в нижней своей части квадратной нарезкой 18, ввинчен в крышку 9, каковая шурупами 10 прикрепляется к корпусу крана; уплотняющее резиновое кольцо 12 прижимается фланчиком 11; на квадрат стержня 13 надета ручка 15, снабженная барашком 8 и скользящая по верхней плоскости буртика 16, имеющего уклон, пропорциональный уклону порезки 18. Выточка 20 в корпусе, куда выходят отверстия 19 борта крышки, соединяется через штуцер 22 с магистралью, а выточка 23 в корпусе, куда выходят отверстия 24 втулки, соединяется через штуцер 17 с главным резервуаром. В хвостовик стержня 13 ввернута гайка 25, укрепляющая ручку крана, канал же 14 в стержне 13 сообщается с атмосферой через отверстие 28 в теле ручки крана. Пружина 7 регулируется стопором 29 и гайкой 30. Отверстие 31 сообщает внутреннюю полость стакана 21 с атмосферой.

При действии крана, воздух из главного резервуара при давлении 7-8 атм. входит в штуцер 17 и по кольцевой выточке, 23 через отверстие 24 во втулке, поступает в выточку 26 золотника 3 и отсюда, через отверстие 27-во внутреннюю камеру золотника. Если в магистрали, а следовательно, и в камере над золотником 3, давление атмосферное, то пружина 7, нажимая на золотник, прижмет таковой к нижнему борту крышки 9, клапан же 4, упираясь своей верхней кромкой в стержень 13 и закрывая тем канал 14, ведущий в атмосферу, откроет своей нижней кромкой сообщение внутренней камеры золотника с магистралью по своим проточкам, отверстиям 19, выточке 20 и штуцеру 22; тогда воздух из главного резервуара потечет в магистраль. По мере того, как в магистрали будет повышаться давление, такое же давление будет развиваться и в камере над золотником; калиброванная пружина 7 рассчитана так, что при упругости воздуха в камере над золотником в 3-7 атм., давление на золотник сверху будет равно давлению пружины снизу при положении золотника у борта крышки 9; при дальнейшем повышении давления в камере над золотником, таковое, преодолевая силу пружины, начнет опускать золотник вниз; положим, что ручка крана стоит в каком-нибудь среднем положении, тогда золотник, опускаясь вниз, будет приближать гнездо клапана 4 в золотнике к нижней его кромке, запирающей сообщение внутренней камеры золотника с камерой над золотником, и наступит такой момент, когда нижняя кромка клапана 4 сядет в свое гнездо в золотнике 3, прекратит перетекание воздуха в магистраль и золотник остановится в равновесии под влиянием равных давлений: развившегося со стороны магистрали сверху и давлению пружины 7 снизу. Если вследствие пропусков давление в магистрали падает, тогда сила пружины 7 на золотник снизу превысит давление магистрали сверху и золотник 3 поднимется вверх, но так как клапан 4, все время упирающийся верхней кромкой в стержень 13, останется на месте, то его нижняя кромка отойдет от своего гнезда в золотнике и воздух из главного резервуара восстановит давление в магистрали, отчего давление на золотник опять повысится и, преодолев силу пружины 7, золотник, опустившись, прекратит дальнейшее перетекание воздуха; в случае же пропуска золотника, давление в магистрали может повыситься, отчего золотник, преодолевая силу пружины, опустится вниз и за нижнюю кромку клапана 4 потянет таковой за собой, тогда верхняя кромка клапана 4 отойдет от своего гнезда в стержне 13 и откроет канал 14, по каковому и по отверстию 28 в теле ручки воздух из магистрали потечет в атмосферу; давление в магистрали упадет до ранее установленного и пружина, преодолевая давление на золотник сверху, поднимет таковой и закроет верхней кромкой клапана 4 выход в атмосферу; таким образом, при данном положении ручки крана, каковое мы выбрали произвольно, кран устанавливает и как угодно долго поддерживает в магистрали некоторое постоянное давление, соответствующее данному положению ручки. Для полного отпуска тормоза в магистрали необходимо и достаточно установить давление в 5 атм. Для получения полного торможения, в магистрали необходимо и достаточно установить давление в 3,7 атм. Кран машиниста устанавливает и поддерживает в магистрали как угодно долго любое, в некоторых границах, давление, строго соответствующее определенному положению ручки крана. При следовании паровоза двойной тягой и вообще при желании отделить кран машиниста от магистрали, на таковой у штуцера 22 должен быть поставлен обычный кран-пробка.

Воздухораспределитель состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2, 8 и 9), в ступенчатой втулке которого помещается дифференциальный поршень с поршневыми стаканами 3-4, жестко соединенными между собою донышками при посредстве штока; в корпусе сделаны три одинакового размера углубления формы усеченного конуса, в каковых, в соответствующего размера стаканах, помещаются: клапан постоянного давления, делитель давления и клапан начального торможения. Клапан постоянного давления, помещающийся в стакане 5, состоит из втулки 6, на которой гайками зажаты одинакового размера две резиновые диафрагмы; внутри втулки 6 помещается двойной стержневой клапан 7, прижимаемый к своему месту слабой пружиной помощью верхней гайки; верхняя кромка стержневого клапана 7 прерывает сообщение пространства между диафрагмами с пространством под нижней диафрагмой, а нижняя кромка-сообщение под нижней диафрагмой с атмосферой по каналу 8 в хвостовике стакана. Между диафрагмами помещается нажимная втулка с кольцевой выточкой 9 и отверстием 10; над верхней диафрагмой помещается вторая нажимная втулка, при посредстве которой вся система диафрагмы прижимается к своему месту. На гайку верхней диафрагмы калиброванная пружина 12 производит некоторое определенное нажатие помощью крышки 13, надеваемой на пуговки. Пространство между диафрагмами по выточке 9 и отверстию 10 в нажимной втулке, отверстию 14 в стакане, выточке 15 и каналу 16 в корпусе воздухораспределителя всегда сообщается с запасным резервуаром, а пространство под нижней диафрагмой отверстием 17 в стакане, выточкой 18 в корпусе и 19 в крышке 20 сообщается всегда с камерой постоянного давления под стаканом 4 поршня. Делитель давления, помещающийся в стакане 21, состоит из втулки 22, на которой гайками зажаты разного размера две резиновые диафрагмы; внутри втулки помещается двойной стержневой клапан 23, прижимаемый к своему месту слабой пружинкой, нижний конец которой упирается в дно стакана. Верхняя кромка стержневого клапана 23 прерывает сообщение с атмосферой пространства над верхней диафрагмой большего размера, а нижняя кромка-сообщение этого последнего с пространством под нижней меньшего размера диафрагмой. Воздух из пространства под нижней диафрагмой по отверстиям 24 в дне стакана и выточке 25 в корпусе может подходить к торцу распределительной пробки 26; воздух же из пространства над верхней диэфрагмой по отверстиям и выточке в нажимной втулке 27, отверстию в стакане (на чертеже не показано) и выточке и каналу 28 в корпусе - также может подходить к распределительной пробке; между диафрагмами помещена нажимная втулка 29, имеющая по наруже выточку и отверстие, через каковые пространство между диафрагмами всегда сообщается с атмосферой; вся система диафрагм нажимной втулкой 27 прижимается к месту гайкой 30 (фиг. 9). Стакан снабжен хвостовиком, каковым помощью гаек и прижимается к своему месту. Клапан начального торможения, помещающийся в стакане 31 (фиг. 1) состоит из клапана 32, стержень которого пропущен снизу сквозь дно стакана; на его стержне помощью шайбы и гайки укрепляется резиновая диафрагма, которая нажимной втулкой 33 и гайкой 34 прижимается к своему месту; между диафрагмой и гайкой помещается калиброванная пружина 35, которая так рассчитана, что при давлении под диафрагмой в 0,6 атм. или выше диафрагмы, сжимая пружину 35, закрывает клапан 32, а при давлении менее 0,6 атм. и до нуля, клапан 32 открывается и устанавливает сообщение внутренней полости клапана с камерой 2 между стаканами поршня 3 и 4 по выточке 36 и отверстию 37 во втулке 2; с другой стороны, внутренняя полость клапана через отверстие в стакане 38 и по каналу 39 может сообщаться с распределительной пробкой 26. Кроме того, втулка 2 имеет отверстие 40, сообщающееся выточкой 41 с обратным клапаном 42, через который воздух попадает по выточке 43 и каналу 16. в запасный резервуар 44, сообщающийся с отверстием 40 выточкой 45 (на фиг. 2 выточка 45 показана пунктиром и цыфрой не обозначена) и отверстием 46 для сообщения запасного резервуара с камерой II между стаканами 3 и 4 поршня, по каналу 16, и отверстие 47, ведущее в атмосферу. Крышка 48, своим штутером соединенная с магистралью, сильной пружиной прижимает к втулке 2 кожаную шайбу. Крышка 49 прижимает к месту распределительную пробку 26 во втулке пробки 50. Фланцем 51 воздухораспределитель прибалчивается к тормозному цилиндру. Канал 52 со штуцером 53 служит для присоединения воздухораспределителя к запасному резервуару, если он находится отдельно от тормозного цилиндра, в противном случае, он должен быть заглушен. Канал 54 соединяет распределительную пробку с тормозным цилиндром. Штуцер с гайкой в крышке 20 служит для проверки на месте клапана постоянного давления помощью манометра.

Для зарядки тормоза ручка крана машиниста ставится в положение, дающее в магистрали давление в 5 атм. Воздух из главного резервуара через кран машиниста идет в магистраль и по ответвлениям в каждый воздухораспределитель через штуцер в крышке 48, отжимая стакан 3 поршня, через отверстие 40, по выточке 41, через обратный клапан 42, по выточке 43 и каналу 16, попадает в запасный резервуар и одновременно по выточке 15 в клапан постоянного давления между диафрагмами; так как, в виду одинаковой площади обеих диафрагм, воздух любой упругости будет производить извнутри одинаковое давление на каждую из них, а пружина 12 производит некоторое давление на диафрагмы сверху, то система диафрагм опустится вниз; стержневой клапан 7 нижней кромкой упрется в свое гнездо в дне стакана и закроет выход воздуху в атмосферу через отверстие 8, в то время, как верхняя кромка откроет сообщение между диафрагмами и нижней частью клапана постоянного давления и воздух через отверстия во втулке 6 и выточке в стержни клапана потечет под клапан постоянного давления и дальше в камеру постоянного давления, как указано выше; так как пружина 12 всегда давит на диафрагмы постоянным давлением, то как только под клапаном воздух разовьет такое же давление, диафрагмы немного подымутся и клапан 7 верхней кромкой прекратит дальнейшее перетекание воздуха, оставив, однако, закрытой нижнюю кромку; пружина 12 урегулирована так, что под клапаном, а следовательно, также и в камере постоянного давления всегда поддерживается постоянное давление в 3-7 атм. при давлении, разумеется, в запасном резервуаре не ниже 3-7 атм., так как в противном случае оно будет равно давлению в запасном резервуаре. Если почему-либо под клапаном развилось давление больше 3-7 атм., то диафрагмы, сжимая пружину, поднимутся немного вверх, потянут за собой клапан 7, открыв его нижней кромкой канал 8 и выпустив излишний воздух в атмосферу, опять опустятся, закрыв клапаном канал 8. Следовательно, при всяких незначительных пропусках клапан постоянного давления все время будет устанавливать и поддерживать в камере постоянного давления одинаковое давление в 3-7 атм. Площади стаканов 3 и 4 поршня воздухораспределителя по своему размеру подобраны так, что давление в 5 атм. со стороны меньшего диска 3, т.-е. со стороны магистрали, превышает давление в 3-7 атм. со стороны большего из них стакана 4, т.-е. со стороны камеры III (фиг. 2) постоянного давления только на величину, необходимую для преодоления трения поршня, при условии, что давление между стаканами 3 и 4 поршня равно атмосферному. Поэтому, как только давление в магистрали достигнет 5 атм., поршень воздухораспределителя займет свое крайнее правое положение и стаканом 4 упрется в кожаную шайбу. Если между дисками поршня в этот момент будет давление выше атмосферного, оно будет только способствовать указанному движению поршня, при чем отверстия 44 и 46 втулки будут закрыты диском 3, отверстие 47 откроется стаканом 4 и камера между стаканами, а следовательно, и тормозной цилиндр, будет соединена с атмосферой, так как отверстие втулки 37 ни при каком положении поршня перекрываться не может; тормоз будет отпущен и готов к действию. Отверстие 40 диском 3 будет открыто для доступа воздуха из магистрали. Для производства служебного торможения машинист медленно понижает давление в магистрали; вследствие понижения давления под обратным клапаном 42, таковой прижмется к своему месту и будет препятствовать перетеканию воздуха из запасного резервуара в магистраль. Так как в камере I (фиг. 2) с левой стороны стакана 3 давление понизится, равновесие поршня нарушится и поршень сдвинется влево, закроет стаканом 4 отверстие 47, ведущее в атмосферу, и начнет открывать отверстия 46 и 44; сначала откроется узкая и продолговатая часть отверстия 46, а затем такая же часть отверстия 44, воздух из запасного резервуара по каналу 16, отверстию 46 и из магистрали по отверстию 40, выточке 45 и отверстию 44 устремится в камеру II между стаканами 3 и 4 и оттуда через отверстие 37 двумя путями: по выточке 36 к клапану начального торможения, и каналу 55 к распределительной пробке; по первому пути, пройдя клапан начального торможения, воздух также подойдет к распределительной пробке и через нее по выточке 56 и каналу 54 в корпусе в тормозной цилиндр; по второму пути через канал в распределительной пробке 57 и каналу в корпусе 54-также в тормозной цилиндр. Как только давление в тормозном цилиндре достигнет 0,6 атм., клапан начального торможения закроется и воздух будет перетекать только по одному второму пути через калиброванное отверстие 57 в распределительной пробке. По мере того, как в тормозном цилиндре будет подниматься давление, такое же давление будет развиваться и в камере II; а так как площади стаканов поршня не одинаковы, то, по мере повышения давления, между ними будет увеличиваться сила, действующая в сторону большего из них стакана 4, препятствующая движению поршня влево, и для какого-либо данного разряжения магистрали наступит такой момент, когда эта сила уравновесит падение давления в магистрали и, остановив поршень, закроет отверстия 44 и 46, что даст торможение определенной степени. Площади дисков 3 и 4 подобраны такими, что падение давления в магистрали на некоторую величину уравновешивается в 2,8 раза большим давлением между дисками. Каждому определенному давлению в магистрали будет соответствовать определенное давление в тормозном цилиндре, равное увеличенному в 2,8 раза разряжению магистрали против нормального (5 атм.), и которое может быть поддерживаемо и при наличии естественных утечек и пропусков до тех пор, пока магистраль находится под напряжением. Для производства экстренного торможения машинист быстро ставит ручку крана машиниста в крайнее положение, дающее в магистрали давление в 3,7 атм.; магистраль головной части поезда, быстро разряжаясь, заставит поршни воздухораспределителей открыть полностью отверстия 46 и 44 и воздух из магистрали по отверстию 44 и из запасного резервуара по отверстию 46 широкой струей войдет в тормозные цилиндры; благодаря этому магистраль быстро разряжается по всему поезду, увеличивая скорость тормозной волны. При обрыве поезда (или торможении из вагона), во избежание лишней потери воздуха, кран-пробку у крана машиниста необходимо перекрыть; торможение же поезда произойдет таким же порядком, как и при экстренном торможении, с тем, однако, различием, что поршни воздухораспределителей займут свое крайнее левое положение, как указано на чертежах, и закроют диском 3 как отверстие 40, так и пропуск через диск нажатием на кожаную шайбу крышки 48, вследствие чего питание воздухораспределителей прекратится. Об′ем запасного резервуара должен соответствовать рабочему об′ему тормозного цилиндра, так как при обрыве магистрали, давления в запасном резервуаре и тормозном цилиндре уравновешиваются. Для производства частичного отпуска после торможения как экстренного, так и любого промежуточного, машинист немного повышает давление в магистрали; тогда поршень воздухораспределителя, потеряв равновесие, начнет двигаться вправо в сторону камеры III, откроет атмосферное окно 47 и, выпустив из камеры II, а следовательно, и из тормозного цилиндра, соответствующую часть воздуха, настолько ослабит силу, действующую на поршень вправо (так как уменьшение давления в камере между дисками уменьшает и силу, действующую в сторону большего из них), что поршень, закрыв окно 47, остановится в равновесии и перекрытии отверстий 44, 46 и 47. Чем больше подымем давление в магистрали, тем соответственно большее количество воздуха надо выпустить из камеры между дисками, чтобы поршень оставался в равновесии. Таким образом, при повышении давления в магистрали до начального, ступенями соответственно будет понижаться давление в тормозном цилиндре, каковое при давлении магистрали в 5 атм. будет равно нулю и тормоз будет отпущен полностью. При всяком другом давлении в магистрали ниже 5 атм. тормоз будет нажат.

Воздухораспределитель, при наличии одного тормозного цилиндра и запасного резервуара, должен осуществлять режимы: пассажирский (груженый), товарный груженый и товарный порожний.

Предлагаемая система воздухораспределителя должна давать возможность осуществления принципа „ опережения торможения", а именно: выбирая соответственно размер и расположение отверстия 44 относительно отверстия 46, можно заставить воздухораспределители разряжать магистраль больше, чем бы то следовало для данного положения ручки и крана машиниста, пуская немедленно через кран машиниста (что он будет делать автоматически) струю воздуха вслед за волной разряжения, с расчетом пополнения магистрали до необходимого давления, избегая, однако, более сильного затормаживания головной части с последующим отпуском; этим путем должна быть достигнута наивозможная скорость пробегания тормозной волны.

1. Автоматический воздушный однопроводный тормоз со ступенчатым торможением и отпуском и с приспособлением, допускающим изменение тормозного режима, в зависимости от рода тормозной единицы и степени ее нагрузки, характеризующийся применением воздухораспределителя (фиг. 1, 2, 8 и 9), включающего в себе дифференциальный поршень 3-4 (фиг. 2), обратный клапан 42 (фиг. 1), пружинно-диафрагмовый клапан 32 - начального торможения, пружинно-диафрагмовый, двойного действия клапан 7 - постоянного давления (фиг. 9), пружинно-диафрагмовый, двойного действия клапан 23-делитель давления и пробочный кран 26 тормозного режима (фиг. 2), из коих: дифференциальный поршень 3-4 делит полость ступенчатого цилиндра 2 на три камеры: первую 1 (слева по чертежу фиг. 2), постоянно сообщающуюся с главным воздухопроводом и питающую, при должном положении поршня, через соответствующие каналы и через обратный клапан 42, запасный резервуар и полость клапана 7 постоянного давления, вторую камеру II, сообщающуюся при отпущенных тормозах через канал 47 с атмосферой, а в период торможения, питаемую через соответствующего сечения отверстие 46 - из запасного резервуара и через отверстие 44, открываемое вслед за отверстием 46, из главного воздухопровода и питающую в свою очередь поступающим в нее воздухом тормозной цилиндр - двумя путями, один из которых, проходящий через клапан 32 (фиг. 1) начала торможения, прерывается при возникновении в тормозном цилиндре должного давления, и третью камеру III постоянного давления, питаемую воздухом через клапан 7 постоянного давления, указанный же кран 26 тормозного режима снабжен рядом отверстий и выемок (фиг. 1-7), направляющих сжатый воздух через соответствующие каналы, а в должных случаях и через делительный клапан 23 - с целью получения резкого уменьшения через посредство этого клапана давления в тормозном цилиндре.

2. Применение к охарактеризованному в п. 1 тормозу крана машиниста, снабженного известным в кранах машиниста пружинно-поршне-клапанным механизмом, работающим также известным способом, с одной стороны под влиянием разности давлений в главном резервуаре и в главном воздухопроводе, а с другой - под влиянием пружин, степень давления которых регулируется рукояткой крана через посредство нажимного стержня или гайки, в каковом кране роль указанного механизма выполняется пружинным клапаном 4 (фиг. 10) двойного действия, перекрывающим с одной стороны атмосферное отверстие 14 в нажимном стержне 13, а с другой сообщение главного резервуара с главным воздухопроводом, через посредство полого поршня 3, находящегося под влиянием отмеченной разности давлений в главном резервуаре и в главном воздухопроводе и под влиянием пружин 7 и 5.