ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ Советский патент 1939 года по МПК B61H13/02 

Из двух существующих направлений в разрешении тормозных проблем - непрямодействующих и прямодействующих тормозов, в области первых уже давно не создается ничего нового; что же касается тормозов прямодействующих, имеющих на данном этапе развития техники ряд преимуществ перед первыми, как например, независимость времен торможения, режимность, в зависимости от нагрузки, определенность давления в тормозном цилиндре и пр., то они имеют ряд недостатков, особенно в части отпуска и устойчивости работы (главным образом у товарного типа), устранение которых составляет актуальную задачу в настоящее время.

Ступенчатый отпуск, являющийся одним из основных качеств прямодействующих тормозов, практически в эксплуатации не используется в полной мере вследствие чрезмерно медленных процессов, ступеней отпуска. Продолжительность отпускной волны в длинных поездах доходит до 25-30 сек., вследствие чего начало отпуска задних вагонов почти совпадаете концом отпуска передних.

Отпуск, хотя и не зависит от хода поршня и диаметра цилиндра, но на него в сильной степени влияет величина отпускного давления (напор) в магистрали, вследствие чего передние вагоны неизбежно отпускают в 25-30 сек., в то время, как отпуск задних вагонов затягиваемся до 100 секунд и более.

Для полного отпуска тормоза необходимо не только восстановить в магистрали зарядное давление, но и создать в ней вследствие собственного сопротивления вторичного органа давление большее, чем зарядное, что приводит к еще большей затяжке отпуска.

Кроме того, в прямодействующем тормозе вторичный орган является столь же ответственным, как и первичный, причем отказ от действия первичного ведет к выключению вторичного, а в тормозах с диафрагмами порча каждой из последних приводит к выведению из строя тормоза данного вагона в целом.

Предлагаемое изобретение имеет целью устранение этих недостатков и кроме того внесение ряда улучшений в известные ранее свойства тормозов, как-то: улучшает волну торможения, устраняет возможность накопления давления в тормозном цилиндре после полного, торможения, и создает таким образом полную универсальность тормоза.

Это достигается, согласно изобретению, тем, что у пневматического тормоза с тремя независимыми органами, - один из которых, магистральный или первичный, находится под давлением в магистрали и давлением в золотниковой камере, другой, главный или вторичный - под давлением в последней и давлением рабочего резервуара и третий орган режимов давлений в тормозных цилиндрах - под давлением пружины, и давлением тормозного цилиндра, - для получения экстренного торможения служит клапан, находящийся при зарядном положении тормоза с одной стороны постоянно под давлением магистрали и наружным атмосферным давлением, с другой же стороны под давлением пружины и магистрального давления, которое при экстренном торможении падает до атмосферного давления.

Кроме того, согласно изобретению, золотниковые устройства воздухораспределителя предусматривают в процессе торможения переключение сообщения золотниковой камеры первичного органа с камерой главного поршня вторичного органа с широкого отверстия на узкое при постоянном сообщении первой из них с тормозным цилиндром через широкое отверстие с целью сохранения одинаковости давлений по обе стороны магистрального поршня во весь процесс служебного торможения и тем самым устранения самопроизвольного срыва магистрального поршня в положение экстренного торможения.

На чертеже показано устройство пневматического тормоза, согласно предлагаемому изобретению, поясняющее его действие.

Основными органами тормоза являются следующие:

1. Магистральный или первичный орган, который заключает в себе магистральный поршень 1, большой золотник 2, золотник ступенчатого отпуска 3, клапан 4, клапан 5 и буфер 6.

Действие магистрального органа вызывается изменением давления в магистрали и передается главному органу (главному поршню), а при экстренном торможении также и клапану экстренного торможения.

2. Главный или вторичный орган, состоящий из главного поршня 7, кулисы 8, рамки 9, главного золотника 10, уравнительного золотника 11 с пружиной 12, штока 13, рабочего резервуара и запасного резервуара.

Главный орган приводится в действие изменением давления в золотниковой камере (непосредственно в камере В₁) и производит торможение и отпуск.

3. Орган режимов давления в тормозных цилиндрах, заключающий в себе поршень 14, пружину 15 порожнего режима, пружину 16 промежуточного режима от веса вагона и подвижную упорку 17. Действие этого органа вызывается изменением давления в тормозном цилиндре, величину которого этот поршень устанавливает при посредстве пружин и отсекательного золотника 11.

4. Отпускной резервуар, который действует при помощи клапанов и золотников первичного органа.

5. Клапан экстренного торможения, состоящий из поршневого клапана 20 и пружины 21. При сообщении камеры Э с тормозным цилиндром, что осуществляет большой золотник первичного органа, клапан 20 открывает сообщение магистрали с атмосферой.

6. Орган облегчения отпуска тормоза, включающий камеру облегченного отпуска и клапан 22 с пружиной 23, которые осуществляют облегченный отпуск и ликвидацию перезарядки в процессе отпуска.

7. Отпускные клапаны 24, служащие для выпуска воздуха из запасного и рабочего резервуаров.

Действие тормоза происходит следующим образом.

При зарядке воздух из магистрали, пройдя через сетку, поступает в камеру М, давит на поршень 1 и перемещает его в крайнее левое положение, при котором хвостовик поршня отжимает буфер 6. В этом положении золотник 2 открывает калиброванное отверстие 30, по которому через каналы 39, 32 воздух из магистрали с правой стороны поршня 1 поступает в камеру В, а затем из нее каналами 68, 69, 70 в камеру В₁ и отпускает вниз по чертежу главный поршень 7, который открывает отверстие 36 и позволяет воздуху через него, канал 36а и канал РР заполнить рабочий резервуар. Из камеры В₁ воздух переходит в камеру В₂ через вырезы 26а в кулисе.

Посредством главного золотника 10 устанавливается сообщение магистрали с запасным резервуаром через канал 39, вырез и отверстие 40, вырез и отверстие в золотнике 11, шариковый клапан 25, канал 42, вырез 43, отверстие 74 и канал 44а.

Тормозной цилиндр сообщается с атмосферой каналами 45, 46, 47, 48, 49, 50 и 51 в главном уравнительном и магистральном золотниках.

При помощи своего канала 52 камера облегченного отпуска также сообщается с атмосферой каналами 48, 49, 50, 51. Клапан облегченного отпуска 22 сообщается с рабочим резервуаром каналами 36а и 53, а канал 54 ведет к главному золотнику, и в этот момент перекрыт. Режимный поршень отжат пружиной 15 влево, так как, камера Т, постоянно сообщенная каналом 55 с тормозным цилиндром, в этот момент имеет атмосферное давление. Клапан экстренного торможения 20 прижат пружиной 21 к своему седлу; магистраль посредством канала 39 подходит к кольцевой площади клапана. Камера Э через отверстие 56, каналы 32 и 39 сообщается также с магистралью. В то же время каналами 39, 71, 57, 58, 62, 61, 63 происходит зарядка отпускного резервуара.

После того, как давления по обе стороны магистрального поршня 1 уравняются, последний отжимается буфером 6 несколько вправо.

Во время служебного торможения, при медленном понижении давления в магистрали, темпом, не превышающим 1 атм. в 3 мин., магистральный поршень 1 остается без движения, и воздух из камер В, В₁, В₂ и рабочего резервуара будет перетекать через отверстие 30 обратно в магистраль, не вызывая торможения.

Воздух в запасном резервуаре остается запертым благодаря шариковому клапану 25. Воздух из отпускного резервуара перетекает в магистраль через калиброванное отверстие 62. При более резком выпуске воздуха из мастрали, обусловленном служебным торможением, поршень 1 начнет перемещаться вправо по чертежу и потянет отсекательный золотник 3, который вырезом 64 соединит отверстия 58 и 65 и тем самым установит сообщение магистрали с тормозным цилиндром через каналы 39, 71, 57, 58, 64, 65, 66, 45. Это вызовет быстрое падение давления в магистрали, вследствие которого поршень 1 переместится еще дальше вправо и поведет за собой большой золотник 2, который разобщит каналы 49 и 51, сообщающие тормозной цилиндр с атмосферой, и канал 32, сообщающий магистраль с золотниковой камерой отверстием 30, установит сообщение золотниковой камеры В с тормозным цилиндром посредством ранее открытого малым золотником 3 отверстия 67 и канала 66. Произойдет в свою очередь быстрое падение давления в золотниковых камерах, сначала в камере В, затем посредством канала 68, выемки 69 в золотнике 10 и отверстия 70 в камерах В₁ и В₂.

Вследствие быстрого падения давления в камере В₁, главный поршень 7 давлением со стороны рабочего резервуара (снизу по чертежу) переместится вверх, перекроет отверстие 36 и начнет передвигать вправо главный золотник 10 через посредство кулисы 5, шариковых направляющих 26 и рамки 9.

Пока поршень 77 движется вверх примерно на четверть полного хода, воздух из магистрали и золотниковой камеры, как было выше указано, будет перетекать широкими каналами в тормозной цилиндр, а затем главный золотник 10 сначала перекроет магистральный канал 39, а потом канал 70, вследствие чего прекратится разрядка магистрали, а кроме того сообщение камеры В₁ с камерой В широким отверстием, и установится сообщение через выемку 38 и отверстие 37, и движение главного поршня будет происходить медленно в соответствии с величиной отверстия 37 главного золотника 10. Главный золотник совместно с уравнительным золотником по каналу 44а, 44, 43, 46, 45 установит сообщение запасного резервуара с тормозным цилиндром, и начнется быстрое пополнение тормозного цилиндра воздухом до величины скачкового давления (0,6-0,7 атм.).

Так как сообщение тормозного цилиндра с атмосферой прервется в начале движения большого магистрального золотника, то воздух из магистрали и золотниковой камеры начнет поступать в тормозной цилиндр полностью уже в начале действия магистрального поршня, а не после скачкового хода главного поршня, что имеет место в товарном типе тормоза, благодаря чему скорость тормозной волны, измеряемой моментом поступления воздуха в тормозной цилиндр, будет выше.

Как только давление в тормозном цилиндре, а следовательно, и в камере Т на поршень 14 преодолеет натяжение пружины 15, поршень 14 переместится вправо и переключит широкое сообщение запасного резервуара с тормозным цилиндром на узкое, согласно скорости движения главного поршня, определяемого величиной отверстия 37.

Если в этот момент или последующий прекратить понижение давления в магистрали, то поршень 1, как только давление в золотниковой камере станет меньше давления в магистрали, переместится влево и отсекательным золотником перекроет отверстие 67 и прекратит сообщение золотниковых камер с тормозным цилиндром, вследствие чего главный поршень остановится, золотник 11 отсечет сообщение запасного резервуара с тормозным цилиндром, и поршень 14 также прекратит свое движение вправо.

Установившаяся ступень торможения будет поддерживаться игрой режимного поршня 14. При истощении запасного резурвуара воздух из магистрали отожмет шарик 25 и будет питать запасной резервуар через канал 39, отверстия 40, шарик 25, каналы 42, 43, 44 и 44а. Отверстие 75 во втулке поршня 14 служит для выпуска воздуха из тормозного цилиндра в атмосферу сверх предельного.

При полном служебном торможении главный поршень 7 переместится в крайнее верхнее положение и плотно прижмется к прокладке, разобщив камеру В₂ от камеры В₁, благодаря чему возможность перетекания воздуха из рабочего резервуара в тормозной цилиндр через неплотности и подъем золотников будет устранена. Это особенно важно после экстренного торможения, когда в камере В₁ установится давление тормозного цилиндра, и при порожнем режиме будет около 2 атм., тогда как в запасном резервуаре (снизу под золотником) - около 4,5 атм.

Экстренное торможение. При служебном торможении темп разрядки магистрали устанавливается в соответствии с темпом падения (разрядкой) давления в золотниковой каморе с таким расчетом, чтобы поршень 1 не перемещался дальше среднего положения в течение всего процесса служебного торможения. При экстренном торможении падение давления в магистрали должно превысить темп падения давления в камере В, вследствие чего поршень 1 вместе с золотниками перемещается в правое крайнее положение и плотно прижимается к прокладке.

Посредством большого золотника 2 устанавливается сообщение камеры Э через клапан экстренного торможения 20 с тормозным цилиндром-каналом 33, ведущим к золотнику 2, отверстием 34, клапаном 4, отверстиями 37, 35 и каналом 66, вследствие чего давление в камере Э резко падает до атмосферного, так как тормозной цилиндр в этот момент сообщается с атмосферой. Давлением магистрали на кольцевую площадь клапан 20 откроется и даст выход магистральному воздуху в атмосферу; произойдет быстрое падение давления воздуха в магистрали, а следовательно, и быстрое распространение тормозной волны вдоль поезда.

Перемещение других органов (главного и режимного), а также наполнение тормозного цилиндра воздухом будет происходить так же, как и при служебном торможении.

Как только давление воздуха на кольцевую площадь клапана 20 станет меньше усилия пружинки 21, клапан сядет на свое место, и клапан 4 также закроется, как только давление по обе стороны клапана уравняется.

В товарном тормозе Матросова сообщение камеры В с камерой В₁ происходит и постоянным широким каналом.

В данном тормозе сообщение этих камер широким отверстием происходит лишь на протяжении скачкового хода главного поршня, а после сообщения идет узким калиброванным отверстием; между камерой В и тормозным цилиндром всегда имеется сообщение через широкое отверстие.

Сделано это по следующим соображениям. При служебном торможении магистральный поршень занимает среднее положение, но так как давление в магистрали понижается на величину, необходимую для полного служебного торможения в 5-6 сек., а в золотниковой камере при товарном режиме в 25-30 сек., то перевесом давления со стороны камеры магистральный поршень стал бы всегда перемещаться в крайнее положение, т.е. срываться на экстренном торможении. В данном тормозе такого срыва произойти не может, так как разницы давлений со стороны камеры В на магистральный поршень при служебном торможении не будет, благодаря тому, что отверстие между камерой В и тормозным цилиндром, как было уже сказано, всегда постоянное и широкое.

Таким образом, благодаря наличию узкого отверстия между камерами главного поршня и магистрального (в товарном, как известно, узкое отверстие находится между золотниковой камерой и тормозным цилиндром) устраняется и сохраняется постоянство времен наполнения тормозного цилиндра.

Отпуск происходит следующим образом. Как только давление в магистрали повысится, поршень 1 переместится влево, сожмет буфер 6 и кольцевой заточкой на поршне плотно прижмется ко втулке. Посредством большого золотника отпускной резервуар сообщается с магистралью по каналу 63, отверстию 61, через шарик 4, клапан 5 и каналы 32 и 39, и воздух из отпускного резервуара перетекаете магистраль до величины первой ступени отпуска, быстро распространяя действие отпуска вдоль поезда. Как только давление магистрали достигнет 4,1-4,3 атм. (при нормальном заряд-ком давлении), клапан 5 под действием пружины закроется и прекратит дальнейший перепуск воздуха в магистраль.

Одновременно с указанным процессом канал 61 сообщается с отверстием 37 и выемкой 38, которая откроется малым золотником 3, благодаря чему воздух из отпускного резервуара потечет в камеру В и в камеру B₁ по направлению 68, 37, 38 и начнет опускать главный поршень 7, который через посредство главного золотника 10 сообщит тормозной цилиндр с атмосферой через каналы и вырезы 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51 и вызовет отпуск: тормозов.

Если повышение давления в магистрали прекратить, то как только давление в камере В установится равным давлению в магистрали, буфер отожмет поршень 1 и золотник 3 вправо по чертежу, вследствие чего выемка 38 перекроется, и сообщение отпускного резервуара с золотниковой камерой прервется; главный поршень после этого остановится, и режимный поршень через посредство золотника 11 отсечет выпуск воздуха из тормозного цилиндра.

При дальнейшем повышении давления в магистрали процесс отпуска будет продолжаться, и когда главный поршень несколько не дойдет до нижнего положения, произойдет полный отпуск, при котором положение частей распределителя будет соответствовать, положению зарядки, описанному раньше.

Полный отпуск произойдет при давлении в магистрали на 0,4-0,5 атм.. меньше зарядного.

Отпускные резервуары должны быть такого объема, чтобы обеспечить два-три отпуска подряд без перезарядки, что вполне достаточно для нормальной работы тормозов. При длительных торможениях и отпусках: на затяжных уклонах, когда возможно истощение отпускных резервуаров, отпуск происходит выпуском воздуха в золотниковую камеру из магистрали через отверстие 30.

Работа камеры и клапана облегченного отпуска состоит в следующем.

Как известно, в процессе отпуска, когда идет поглощение магистрального воздуха золотниковыми камерами и запасными резервуарами, давление в хвосте поезда весьма медленно нарастает, особенно в конце зарядного давления на последние 0,2-0,3 атм. Это в сильной степени затрудняет отпуск. Кроме того, чтобы вернуть вторичный орган в исходное положение, необходимо преодолеть его добавочное сопротивление (трение). Таким образом сама жизнь выдвигает необходимость облегчения в прямодействующих тормозах конца отпуска. При начале торможения, как только переместится главный золотник 10 вправо (по чертежу), установится сообщение рабочего резервуара с камерой облегченного отпуска вырезом 53а и каналом 52. Благодаря этому первоначальное давление в рабочем резервуаре несколько понизится, и при отпуске давление в камере В₁ потребуется на 0,2-0,3 атм. меньше зарядного. Клапан 22 облегченного отпуска действует лишь в процессе отпуска, так как при торможении канал 49 перекрыт золотником 2.

При отпуске, на клапан 22 действует сверху атмосферное давление, благодаря сообщению через каналы 54, 48, 49, 50, 51 с атмосферой. Вследствие этого давление в рабочем резервуаре устанавливается в соответствии с жесткостью пружины 23 (4,8-4,5 атм.), благодаря чему для полного отпуска нужно восстановить в магистрали не зарядное давление, а значительно меньшее, что ускоряет и облегчает отпуск тормоза, особенно в поездах с километровой и большей длиной.

Пассажирский режим, как известно, отличается от товарного отсутствием грузового режима, скоростью наполнения тормозного цилиндра воздухом и скоростью отпуска тормозов.

Для того, чтобы получить пассажирский режим при настоящем тормозе, достаточно иметь добавочное отверстие в заглушке 18, благодаря которому процесс торможения будет происходить быстро; процесс отпуска устанавливается выемкой 38 в золотнике 10.

1. Пневматический тормоз с тремя независимыми распределительными органами, из которых один находится под давлением магистрали и давлением в золотниковой камере, второй под давлением в последней и давлением рабочего резервуара, третий же под давлением пружины и давлением тормозного цилиндра, отличающийся тем, что для получения экстренного торможения служит клапан, находящийся при зарядном положении тормоза с одной стороны постоянно под давлением в магистрали и наружным атмосферным давлением, с другой стороны под давлением пружины и магистрального давления, которое при экстренном торможении падает до атмосферного давления.

2. Форма выполнения тормоза по п. 1, отличающаяся тем, что золотниковые устройства воздухораспределителя предусматривают в процессе торможения переключение сообщения камер В₁ с широкого отверстия на узкое при постоянном сообщении камеры В с тормозным цилиндром через широкое отверстие, с целью сохранения одинаковости давления по обе стороны магистрального поршня во весь процесс служебного торможения и тем самым устранения возможности самопроизвольного срыва магистрального поршня в положение экстренного торможения.