воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства

Формула изобретения

ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащий корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и рабочую полости и закрепленная в полом стакане с расположенным в нем подпружиненным впускным клапаном, перекрывающим зарядное отверстие, ограниченное его седлом, клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали с пружиной, отделяющий магистральную полость от полости, связанной с камерой дополнительной разрядки тормозной магистрали, выпускной клапан со штоком, установленный в тормозной полости, связанной с тормозной камерой и имеющей в штоке впускное отверстие, перекрываемое впускным клапаном, при этом стакан подвижной перегородки выполнен с упором в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали посредством усилия пружины впускного клапана в его открытом положении, отличающийся тем, что он снабжен поршнем со штоком и пружиной, образующим с корпусом полости, одна из которых постоянно сообщена с атмосферой, а другая сообщена с камерой дополнительной разрядки тормозной магистрали, при этом шток поршня выполнен с упором в выпускной клапан, а в стакане подвижной перегородки выполнено второе седло впускного клапана, шунтированное дроссельным отверстием с величиной поперечного сечения, задающей величину темпа повышения давления в тормозной магистрали перемещающего подвижную перегородку, при этом выдержаны соотношения

Q₁ - P_р.к F₄ < Q₂;

Q₃ - P_т.м F₅ > Q₂;

Q₁ + P_т.м F₁ +P_т.к (F₃ - F₂) - P_р.к F₄ > Q₃;

где Q₁ - усилие пружины поршня;

P_р.к - величина давления в рабочей полости, связанной с рабочей камерой;

F₄ - площадь поперечного сечения штока выпускного клапана,

Q₂ - усилие пружины впускного клапана;

Q₃ - усилие пружины клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали;

P_т.м - величина давления в магистральной полости, связанной с тормозной магистралью;

F₅ - площадь клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали, ограниченная его седлом;

F₁ - площадь поршня;

P_т.к - величина давления в тормозной камере;

F₃ - площадь выпускного клапана, ограниченная его седлом;

F₂ - площадь поперечного сечения штока поршня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам воздухораспределителей тормозов подвижного состава железных дорог.

Известен воздухораспределитель N 270005 тормоза подвижного состава железных дорог, имеющий корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и золотниковую полости и закрепленная в полом стакане с хвостовиками. В стакане установлен подпружиненный клапан, перекрывающий зарядное отверстие и связанный с впускным-выпускным золотником. В корпусе установлен также подпружиненный клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали, отделяющий магистральную полость от канала дополнительной разрядки тормозной магистрали, связанного с атмосферой.

На хвостовике стакана подвижной перегородки установлено фрикционное кольцо, размещенное между хвостовиком и корпусом воздухораспределителя, а в зарядном клапане выполнено дроссельное отверстие, постоянно сообщающее золотниковую полость с магистральной. Однако, постоянное механическое сопротивление перемещению подвижной перегоpодки, создаваемое фрикционным кольцом, уменьшая возможность самопроизвольного отпуска при небольших неплотностях золотниковой полости или медленном повышении давления в тормозной магистрали, снижает чувствительность воздухораспределителя на торможение, снижает стабильность ступеней торможения, уменьшая скорость распространения тормозной волны. С течением времени фрикционные свойства кольца изменяются и возможность самопроизвольного отпуска возрастает, что особенно опасно при продолжительных торможениях в несколько минут, например, на горных участках пути. При этом постоянное сообщение через дроссельное отверстие магистральной и золотниковой полостей может привести к несрабатыванию тормоза хвостовых вагонов, особенно в длинносоставных поездах.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков предлагаемому воздухораспределителю является воздухораспределитель, содержащий корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и рабочую полости и закрепленная в полом стакане с расположенным в нем подпружиненным впускным клапаном, перекрывающим зарядное отверстие, ограниченное его седлом. В корпусе размещен клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали с пружиной, отделяющий магистральную полость от полости, связанной с камерой дополнительной разрядки тормозной магистрали. В корпусе размещен также выпускной клапан со штоком, установленный в тормозной полости, связанной с тормозной камерой, и имеющий в штоке впускное отверстие, перекрываемое впускным клапаном. Стакан подвижной перегородки упирается в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали усилием пружины впускного клапана в его открытом положении. В этом воздухораспределителе выпускной клапан имеет возможность свободного перемещения относительно своего штока в пределах зазора между упорами, выполненными на штоке. Однако величина этого зазора влияет как на обеспечение чувствительности воздухораспределителя на торможение, стабильности ступеней торможения, так и на возможность исключения в положении перекрыши самопроизвольного отпуска при небольших неплотностях рабочей полости или медленном повышении давления в тормозной магистрали. Поэтому стабилизация положения перекрыши в этом воздухораспределителе возможна лишь в определенном диапазоне повышения давления в тормозной магистрали либо снижения давления в рабочей полости.

Увеличение зазора приводит к снижению чувствительности на торможение, снижению стабильности ступеней торможения, а следовательно и к уменьшению скорости распространения тормозной волны.

Уменьшение же зазора приводит к возрастанию возможности самопроизвольного отпуска, особенно при длительных торможениях в несколько минут, например на горных участках железных дорог.

Изобретение решает задачу достижения высокой надежности торможения подвижного состава железных дорог.

Технический результат, который будет получен при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении стабильности ступеней торможения и исключении самопроизвольного отпуска в положении перекрыши при небольших неплотностях рабочей полости или медленном повышении давления в тормозной магистрали.

Указанный технический результат достигается тем, что воздухораспределитель тормоза железнодорожного транспортного средства, содержащий корпус, в котором размещены подвижная перегородка, разделяющая магистральную и рабочую полости и закрепленная в полом стакане с расположенным в нем подпружиненным впускным клапаном, перекрывающим зарядное отверстие, ограниченное его седлом, клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали с пружиной, отделяющий магистральную полость от полости, связанной с камерой дополнительной разрядки тормозной магистрали, выпускной клапан со штоком, установленный в тормозной полости, связанной с тормозной камерой, и имеющий в штоке впускное отверстие, перекрываемое впускным клапаном. При этом стакан подвижной перегородки упирается в клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали усилием пружины впускного клапана в его открытом положении, снабжен поршнем со штоком и пружиной, образующим с корпусом полости, одна из которых постоянно сообщена с атмосферой, а другая - с камерой дополнительной разрядки тормозной магистрали, причем шток поршня опирается в выпускной клапан, а в стакане подвижной перегородки выполнено второе седло впускного клапана, шунтированное дроссельным отверстием с величиной поперечного сечения, задающей величину темпа повышения давления в тормозной магистрали, перемещающего подвижную перегородку, при этом выдержаны соотношения

Q₁ - p_р.к. F₄ < Q₂;

Q₃ - p_т.м. F₅ > Q₂;

Q₁ + p_т.м. F₁ +

+p_т.к. (F₃ - F₂) - p_р.к. F₄ > Q₃; где Q₁ - усилие пружины поршня,

p_р.к. - величина давления в рабочей полости, связанной с рабочей камерой;

F₄ - площадь поперечного сечения штока выпускного клапана;

Q₂ - усилие пружины впускного клапана;

Q₃ - усилие пружины клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали;

p_т.м. - величина давления в магистральной полости, связанной с тормозной магистралью;

F₅ - площадь клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали, ограниченная его седлом;

F₁ - площадь поршня;

p_т.к. - величина давления в тормозной камере;

F₃ - площадь выпускного клапана, ограниченная его седлом;

F₂ - площадь поперечного сечения штока поршня.

Такое выполнение предлагаемого воздухораспределителя обеспечивает стабильность ступеней торможения и исключает самопроизвольный отпуск в положении перекрыши при небольших неплотностях рабочей полости или медленном повышении давления в тормозной магистрали. Это объясняется следующим образом. В отпускном и поездном положениях клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали закрыт, несмотря на опирание на него стакана подвижной перегородки, так как усилие пружины впускного клапана меньше усилия пружины клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали за вычетом усилия, создаваемого давлением тормозной магистрали на площадь этого клапана, ограниченную его седлом. Впускной клапан открывает зарядное отверстие, перекрывая впускное отверстие штока выпускного клапана, но не садится на свое второе седло, а выпускной клапан находится в крайнем верхнем положении (в положении максимального удаления от своего седла), так как усилие пружины впускного клапана больше усилия пружины поршня за вычетом усилия, создаваемого давлением рабочей камеры на площадь поперечного сечения штока выпускного клапана. При торможении давление в тормозной магистрали быстро снижается и подвижная перегородка со стаканом, перемещаясь под усилием давления в рабочей полости, открывает клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали. Сжатый воздух из тормозной магистрали поступает в камеру дополнительной разрядки и воздействует на поршень, который штоком закрывает выпускной клапан. При перекрыше впускной клапан перекрывает зарядное отверстие и впускное отверстие в штоке выпускного клапана. Давление в рабочей камере, а следовательно, и в рабочей полости, на 0,01-0,15 МПа выше, чем в тормозной магистрали, а следовательно, и в магистральной полости. Клапан дополнительной разрядки тормозной магистрали остается в открытом положении. В случае небольшой утечки из рабочей камеры или медленном положении (накапливании) давления в тормозной магистрали происходит выравнивание давлений в рабочей и магистральной полостях. Пружина клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали перемещает подвижную перегородку со стаканом до тех пор, пока впускной клапан не сядет на свое второе седло, а его седло, ограничивающее зарядное отверстие, отойдет от клапана. Дальнейшее перемещение подвижной перегородки прекращается, так как усилие пружины клапана дополнительной разрядки тормозной магистрали не преодолевает усилия, воздействующего на подвижную перегородку с противоположной стороны и равного сумме усилия пружины поршня, усилий, создаваемых давлением тормозной магистрали на площадь поршня и давлением тормозной камеры на разность площади выпускного клапана, ограниченной его седлом, и площади поперечного сечения штока поршня за вычетом усилия, создаваемого давлением рабочей камеры на площадь поперечного сечения штока выпускного клапана. В этом положении устанавливается сообщение рабочей камеры и тормозной магистрали через дроссельное отверстие, шунтирующее второе седло впускного клапана. Через это отверстие происходит перетекание сжатого воздуха в рабочую камеру из тормозной магистрали без смещения подвижной перегородки при темпе повышения давления в тормозной магистрали ниже заданного величиной дроссельного отверстия. После того, как в рабочей камере установится давление, на 0,01-0,015 МПа превышающее давление в тормозной магистрали, подвижная перегородка со стаканом перемещается и впускной клапан садится на седло, ограничивающее зарядное отверстие, и отходит от своего второго седла. Тем самым обеспечивается стабильность ступени торможения и исключается самопроизвольный отпуск тормоза при длительном торможении. Кроме того, поскольку в предлагаемом воздухораспределителе исключается постоянное сообщение через дроссельное отверстие магистральной и рабочей полостей, возможность несрабатывания тормоза хвостовых вагонов исключается.

На чертеже схематично изображен предлагаемый воздухораспределитель, общий вид.

Воздухораспределитель содержит корпус 1, в котором размещена подвижная перегородка 2, укрепленная в полом стакане 3 и разделяющая магистральную 4 и рабочую 5 полости. Магистральная полость 4 постоянно сообщена каналом 6 с тормозной магистралью (не показана). Рабочая полость 5 постоянно сообщена каналом 7 с рабочей камерой 8. В полом стакане 3 расположен впускной клапан 9 с пружиной 10, имеющий седло 11, ограничивающее зарядное отверстие 12, и второе седло 13, шунтированное дроссельным отверстием 14. Величина поперечного сечения дроссельного отверстия 14 задает величину критического темпа повышения давления в тормозной магистрали, при котором происходит перемещение подвижной перегородки 2. В корпусе 1 размещены также клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали с пружиной 16, выпускной клапан 17 со штоком 18, поршень 19 со штоком 20 и пружиной 21. Клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали отделяет магистральную полость 4 от полости 22, постоянно сообщенной с камерой 23 дополнительной разрядки тормозной магистрали. Выпускной клапан 17 установлен в тормозной полости 24, связанной с тормозной камерой 25, и имеет седло 26. В штоке 18 выполнено впускное отверстие 27, перекрываемое впускным клапаном 9. Полость 28 постоянно сообщена с атмосферой. Поршень 19 отделяет полость 29, постоянно сообщенную с камерой 23 дополнительной разрядки, от полости 30, постоянно сообщенной с атмосферой. Шток 20 поршня 19 опирается в выпускной клапан 17. В корпусе 1 выполнен канал 31, связывающий полости 29 и 30. В полом стакане 3 выполнено отверстие 32. Клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали имеет седло 33. Усилия пружин 10, 16, 21, величины площадей поршня 19, клапанов 15, 17, поперечных сечений штоков 18, 20, величины давлений в тормозной магистрали, рабочей камере 8, тормозной камере 25 связаны следующими выражениями:

Q₁ - p_рк F₄ < Q₄ (1)

Q₃ - p_тм F₅ > Q₂ (2)

Q₁ + p_тм F₁ + p_тк (F₃-F₂) - p_рк F₄ > Q₃, (3) где Q₁ - усилие пружины 21 поршня 19;

p_рк - величина давления в рабочей полости 5, связанной с рабочей камерой 8;

F₄ - площадь поперечного сечения штока 18 выпускного клапана 17;

Q₂ - усилие пружины 10 впускного клапана 9;

Q₃ - усилие пружины 16 клапана 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали;

p_тм - величина давления в магистральной полости 4, связанной с тормозной магистралью;

F₅ - площадь клапана 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали, ограниченная его седлом 33;

F₁ - площадь поршня 19;

p_тк - величина давления в тормозной камере 25;

F₃ - площадь выпускного клапана 17, ограниченная его седлом 26;

F₂ - площадь поперечного сечения штока 20 поршня 19.

Воздухораспределитель действует следующим образом.

В отпускном и поездном положениях в связи с соотношением (2) клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали закрыт, опираясь в стакан 3. При этом в связи с соотношением (1), впускной клапан 9 открывает зарядное отверстие 12, перекрывая впускное отверстие 27 штока 18 выпускного клапана 17, но не садится на свое седло 13. Выпускной клапан 17 находится в крайнем верхнем положении (как показано на чертеже). Сжатый воздух из тормозной магистрали по каналу 6 поступает в магистральную полость 4 и далее через отверстие 32, открытый впускной клапан 9 заполняет рабочую полость 5 и рабочую камеру 8. Тормозная полость 24 и тормозная камера 25 сообщена с атмосферой через открытый выпускной клапан 17 и полость 28. Камера 23 дополнительной разрядки тормозной магистрали сообщена с атмосферой через полость 29, канал 31 и полость 30.

При торможении давление в тормозной магистрали и магистральной полости 4 быстро снижается темпом служебного или экстренного торможения и подвижная перегородка 2 со стаканом 3 перемещается вниз под усилием давления в рабочей полости 5. Клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали открывается и сжатый воздух из тормозной магистрали поступает в камеру 23 дополнительной разрядки и полость 29. Поршень 19 опускается, перекрывает канал 31 и закрывает своим штоком 20 выпускной клапан 17. Подвижная перегородка 2 продолжает смещаться вниз. Впускной клапан 9 садится на седло 11 и отходит от штока 18, открывая впускное отверстие 27. Сжатый воздух из рабочей камеры 8 поступает в тормозную камеру 25. Наполнение тормозной камеры сжатым воздухом продолжается до выравнивания усилий, действующих на подвижную перегородку 2, после чего она делает ход вверх, и впускной клапан 9 закрывает впускное отверстие 27. Наступает перекрыша. В положении перекрыши давление в рабочей камере 8 и рабочей полости 5 на 0,01-0,015 МПа выше, чем в тормозной магистрали и магистральной полости 4. Клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали остается в открытом положении. В случае небольшой утечки из рабочей камеры 8 или медленном повышении (накапливании) давления в тормозной магистрали происходит выравнивание давлений в рабочей и магистральной полостях 5 и 4. Пружина 16 клапана 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали перемещает подвижную перегородку 2 со стаканом 3 до тех пор, пока впускной клапан 9 не сядет на седло 13, а седло 11 отойдет от клапана. Дальнейшее перемещение подвижной перегородки 2 прекращается, так как усилие пружины 16 клапана 15 не преодолевает усилия, воздействующего на подвижную перегородку 2 с противоположной стороны на основании соотношения (3). В этом положении устанавливается сообщение рабочей камеры 8 и тормозной магистрали через дроссельное отверстие 14. Через это отверстие происходит перетекание сжатого воздуха в рабочую камеру 8 из тормозной магистрали без смещения подвижной перегородки 2 при темпе повышения давления в тормозной магистрали ниже заданного величиной дроссельного отверстия 14.

После того, как в рабочей камере установится давление, на 0,1-0,015 МПа превышающее давление в тормозной магистрали, подвижная перегородка 2 со стаканом 3 перемещается, и впускной клапан 9 садится на седло 11, отходя от своего седла 13. Тем самым обеспечивается стабильность процесса длительного торможения, исключается самопроизвольный отпуск тормоза при торможении.

Для отпуска тормоза повышают быстрым темпом давление в тормозной магистрали, а следовательно, и в магистральной полости 4. Подвижная перегородка 2 перемещается вверх. Клапан 15 дополнительной разрядки тормозной магистрали закрывается, а впускной клапан 9 отходит от седла 11 и садится на седло 13. Через него передается усилие на выпускной клапан 17 и на поршень 19, которые поднимаются. Выпускной клапан 17 сообщает тормозную камеру 25 с атмосферой, а поршень 19 открывает канал 31, и камера 23 дополнительной разрядки тормозной магистрали также сообщается с атмосферой.