устройство для управления пневмоцилиндрами разгрузки думпкара (воздухозамедлитель)

Формула изобретения

Устройство для управления пневмоцилиндрами разгрузки думпкара, содержащее внутри корпуса цилиндр, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном осевом направлении установлен поршень и эластичный уплотнительный элемент, жестко связанные с поршнем впускной и выпускной клапаны, перепускной клапан, причем полость над выпускным клапаном сообщена с атмосферой, полость над впускным клапаном сообщена с пневматической магистралью и разобщена этим клапаном и перепускным клапаном от полости, сообщенной с поршневыми полостями блока цилиндров наклона кузова и атмосферы, а между поршнем и нижней частью корпуса образована камера ввода сжатого воздуха управления наклоном кузова, сообщенная с пневматической магистралью через кран и/или иное запорное устройство и снабженная выполненным в поршне средством сообщения с атмосферой, а эластичный уплотнительный элемент имеет возможность одновременного прижатия к уплотняемым поверхностям поршня и цилиндра силами сжатого воздуха управления, отличающееся тем, что указанное средство выполнено в виде открытого при отсутствии сжатого воздуха управления пространства между не имеющими возможности контакта поверхностями поршня и цилиндра, а эластичный уплотнительный элемент установлен с возможностью перемещения относительно поршня в вертикальном осевом направлении под действием собственного веса.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к железнодорожному подвижному составу, а именно к устройствам управления движением сжатого воздуха в поршневых полостях блока цилиндров наклона кузова вагона-самосвала. В Интернете, отраслевой литературе (Логинов А.И. Вагоны-самосвалы / А.И.Логинов, Н.Е.Афанаскин. - М.: Машиностроение, 1975. - 192 с.: ил.; Вагоны-самосвалы. Модель 31-673 и модель 31-674. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 673.00.000 ТО. Министерство тяжелого энергетического и транспортного машиностроения. Калининград, 1989) и некоторых охранных документах (SU 1636278, B61D 9/12, 23.03.91. Бюл. № 11; SU 1652148, B61D 9/12, 30.05.91. Бюл. № 20; SU 1219439, B61D 9/12, 23.03.86. Бюл. № 11) оно называется воздухозамедлителем, хотя в справочной литературе (Алфавитно-предметный указатель международной патентной классификации (6-й редакции) (2-е издание, дополненное), М.: 1997; Новый политехнический словарь / Гл. ред. А.Ю.Ишлинский. - М.: Большая Рос. Энциклоп., 2000. - 671 с.: ил. - Прил.: с.657-671 - ISBN 5-8570-322-2:144-12; Крайнев А.Ф. Механика от греческого mechanike (techne) - искусство построения машин. = HANDBOOK of PRINCIPLE MACHINES STRUCTURE and PROCESSINGS. Фундаментальный слов. / А.Ф.Крайнев. - 2-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 2001. - 903 с.: ил.) такого понятия нет.

Известное устройство содержит внутри корпуса цилиндр, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном осевом направлении установлен поршень. С ним жестко связаны впускной и выпускной клапаны. Перепускной клапан кинематически связан с кузовом. Полость над выпускным клапаном (над поршнем) сообщена с атмосферой. Полость над впускным клапаном сообщена с пневматической магистралью и разобщена этим клапаном и перепускным клапаном от полости, сообщенной с поршневыми полостями блока цилиндров наклона кузова и атмосферы. Между поршнем и нижней частью корпуса со сливной пробкой образована камера управления наклоном кузова (далее - камера управления), сообщенная с пневматической магистралью через кран или иное запорное устройство управления наклоном кузова. Поршень имеет внешнюю кольцевую выточку, в которой установлен эластичный уплотнительный элемент (далее - уплотнитель). В поршне, между камерой управления и опорной поверхностью штока впускного клапана, выполнено сквозное калиброванное отверстие для сброса в атмосферу несанкционированного потока сжатого воздуха, поступающего из пневматической магистрали в камеру управления через, например, не полностью закрытый или неисправный кран управления наклоном кузова, SU 1219439, B61D 9/12, 23.03.86. Бюл. № 11, прототип. Это снижает опасность самовыгрузки вагона-самосвала.

Относительно малые площади проходных сечений калиброванного отверстия и сопряженного с ним цилиндра поршня, содержащего шток впускного клапана, не позволяют этому каналу обеспечивать необходимую интенсивность удаления влаги из камеры управления посредством естественного конвекционного массообмена между ней и атмосферой. Поэтому, во время частых выгрузок поздней осенью, в указанной камере и соединяющем ее с пневматической магистралью трубопроводе может накапливаться критическое количество влаги в жидкой фазе, переход которой в твердую блокирует работу устройства. Естественным уходом от такой ситуации является периодическое удаление сливной пробки с нижней части камеры управления и ее продувка сжатым воздухом. Оператор делает это во время выгрузки вагона и существенно увеличивает его, т.к. вынужден еще и совершать несколько опасных (пневматическая магистраль заряжена) перемещений между краном управления наклоном кузова и пробкой, удалять ее и вновь устанавливать.

Постоянно прижатый внутренними упругими силами к поверхности цилиндра V-образный уплотнитель создает силу трения, препятствующую возвращению поршня в нижнее транспортное положение. Поэтому, при отсутствии смазки, существенно возрастает вероятность заклинивания поршня с зависанием впускного клапана в открытом положении и возникновением проблем выгрузки вагона.

Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении достаточной надежности работы устройства без периодической смазки его подвижных деталей и без периодического удаления влаги из камеры управления через резьбовое отверстие для сливной пробки.

Для этого уплотнитель установлен с возможностью смещения относительно поршня вверх и вниз под действием сил сжатого воздуха управления и собственного веса.

Сверху перемещение уплотнителя ограничено уплотняемой поверхностью поршня. Там силы сжатого воздуха легко деформируют изготовленный из эластичного материала уплотнитель и прижимают его одновременно к уплотняемым поверхностям поршня и цилиндра. Причем оптимальные параметры появления герметичности соединения могут быть обеспечены не только физико-механическими характеристиками материала уплотнителя, но и его формой, а также формой уплотняемой поверхности поршня. Это может быть круговое кольцо, усеченная коническая поверхность с вершиной, направленной вверх или вниз, шаровой слой с различной ориентацией и т.д.

Снизу перемещение уплотнителя ограничено любой экономически обоснованной опорной поверхностью. Это может быть нижняя поверхность выточки в поршне для уплотнителя, поверхность тела камеры управления, параллельная нижней торцевой поверхности цилиндра, прокладка между ними и т.д.

В зависимости от положения уплотнителя, между ним и уплотняемой поверхностью поршня появляется или исчезает кольцевая вентиляционная щель. Посредством вентиляционного пространства, расположенного над уплотнителем и между поршнем и цилиндром, кольцевая вентиляционная щель сообщена с над поршневой полостью, а через нее - с атмосферой. Снизу эта же щель сообщена с камерой управления посредством отверстий или вырезов в поршне или посредством полного или частичного удаления его частей, расположенных ниже уплотняемой поверхности.

Таким образом формируется более эффективная по сравнению с прототипом автоматическая вентиляционная система между камерой управления и атмосферой.

Однако как бы не изменялся поршень, он не перестает быть звеном кинематической пары и поэтому должен иметь поверхность, по которой он соприкасается с другим ее звеном - цилиндром. Если эта поверхность располагается над уплотнителем, как у штатного поршня, то она является внешней ограничивающей поверхностью нескольких выступающих из тела поршня в радиальном направлении от его оси, распределенных по всей окружности частей поршня. Эти части, по отдельности, могут быть окружены вентиляционным пространством с любых сторон или разделять его на отдельные каналы, что не изменяет суть предлагаемого решения. При этом уменьшается максимально возможная, в случае размещения соприкасающейся с цилиндром поверхности поршня под уплотнителем, площадь проходного сечения вентиляционного пространства. Однако при модернизации действующего оборудования с использованием штатных поршней этот факт может быть успешно проигнорирован.

На фиг.1 представлен фронтальный разрез предлагаемого устройства, где поршень 3 и уплотнитель 4 находятся в нижнем транспортном положении при отсутствии сжатого воздуха в камере управления 11. При этом между поверхностью D и уплотнителем 4 расположена кольцевая вентиляционная щель 14, сообщающая камеру управления 11 с вентиляционным пространством 15, т.е. - с атмосферой (канал 10) для выхода из нее влаги.

На фиг.2 представлен местный разрез предлагаемого устройства с сущностью фиг.1.

На фиг.3 представлен местный разрез устройства при крайнем верхнем рабочем положении поршня 3 и уплотнителя 4, находящихся там под действием сил сжатого воздуха управления, обеспечивающих герметичность соединения поршень-цилиндр. При этом кольцевая вентиляционная щель между поверхностью D и уплотнителем 4 отсутствует.

На фиг.4 представлен главный вид поршня 3.

На фиг.5 представлен вид снизу на поршень 3.

Наименование позиций и обозначений на фигурах.

1. Корпус.

2. Цилиндр.

3. Поршень.

4. Элемент эластичный уплотнительный (уплотнитель).

5. Клапан выпускной.

6. Шток клапана впускного.

7. Клапан впускной.

8. Клапан перепускной.

9. Канал связи устройства с поршневыми полостями блока цилиндров наклона кузова.

10. Канал связи устройства с атмосферой.

11. Камера ввода в устройство сжатого воздуха управления наклоном кузова (камера управления).

12. Канал ввода сжатого воздуха в камеру управления 11 из пневматической магистрали через кран управления или иное запорное устройство.

13. Канал ввода сжатого воздуха к впускному клапану 7 из пневматической магистрали.

14. Щель кольцевая, вентиляционная. Формируется уплотнителем 4 при удалении от поверхности D под действием собственного веса.

15. Пространство вентиляционное поршня 3.

16. Вырез в поршне 3, выполненный от его нижней торцевой поверхности до уплотняемой поверхности D и сообщающий камеру управления 11 с кольцевой вентиляционной щелью 14.

A. Поверхность выступающих из тела поршня 3 в радиальном направлении от его оси частей поршня 3, соприкасающаяся с направляющей поршень 3 внутренней, цилиндрической поверхностью В цилиндра 2.

B. Поверхность цилиндра 2 внутренняя, цилиндрическая.

C. Поверхность выточки в поршне 3 для уплотнителя 4 нижняя, прерывающаяся вырезами 16.

D. Поверхность выточки в поршне 3 для уплотнителя 4 верхняя, уплотняемая, ограничивающая сверху вырезы 16.

E. Обозначение вида снизу на поршень 3.

Предлагаемое устройство (фиг.1), как и прототип, содержит корпус 1 с цилиндром 2, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном осевом направлении установлен поршень 3, в кольцевой выточке которого установлен уплотнитель 4. Поршень 3 жестко связан с выпускным клапаном 5 и через шток 6 с впускным клапаном 7. Перепускной клапан 8 кинематически связан с кузовом. Канал 9 соединен с поршневыми полостями блока цилиндров наклона кузова, а канал 10 - с атмосферой. Внутренняя колоколообразная поверхность поршня 3 является верхней границей камеры 11 ввода в устройство сжатого воздуха управления наклоном кузова, сообщенной посредством канала 12 и одного или нескольких запорных устройств управления с пневматической магистралью. С ней же сообщен и канал 13 подвода сжатого воздуха к впускному клапану 7.

В отличие от прототипа, в поршне 3 предлагаемого устройства (фиг.1, 2, 3, 4, 5), между ним и цилиндром 2 выполнено сообщающее надпоршневую полость и кольцевую вентиляционную щель 14 вентиляционное пространство 15. Оно частично занято выступающими частями поршня 3 с поверхностью A, соприкасающейся с внутренней цилиндрической поверхностью B цилиндра 2. Посредством нескольких отверстий или вырезов 16 в нижней части поршня 3 кольцевая вентиляционная щель 14 сообщена с камерой управления 11. Уплотнитель 4 установлен с возможностью смещения относительно поршня 3 в вертикальном осевом направлении между поверхностями C и D его выточки (фиг.2 и 3) под действием сил собственного веса и сжатого воздуха. Поэтому, при отсутствии сжатого воздуха в камере управления 11, уплотнитель 4 находится в нижнем транспортном положении на поверхности C (фиг.1 и 2). При этом между ним и поверхностью D сформирована кольцевая вентиляционная щель 14, сообщающая камеру управления 11 с вентиляционным пространством 15, т.е. - с атмосферой (канал 10) для выхода из нее влаги.

При выгрузке думпкара, в камеру управления 11 подается сжатый воздух, силы которого смещают уплотнитель 4 в верхнее рабочее положение фиг.3. Т.к. уплотнитель 4 изготовлен из эластичного материала, то силы сжатого воздуха легко деформируют его и прижимают одновременно к уплотняемым поверхностям D и В поршня и цилиндра соответственно, обеспечивая этим работоспособность устройства в целом.

Работает устройство следующим образом. Для выгрузки думпкара оператор соединяет источник сжатого воздуха с его пневматической магистралью и открывает кран ее зарядки. После полной зарядки пневматической магистрали до номинальной величины давления оператор открывает кран управления или иное запорное устройство, и по каналу 12 сжатый воздух мгновенно поступает в камеру управления 11. Силы давления воздуха деформируют и прижимают уплотнитель 4 к поверхностям D и В. При достижении необходимой степени герметичности подвижного соединения поршень-цилиндр и величины давления сжатого воздуха поршень 3 совершает рабочий ход вверх в крайнее положение фиг.3. При этом кольцевая вентиляционная щель между поверхностью D и уплотнителем 4 исчезает. В конце рабочего хода поршень 3 посредством клапана 5 (фиг.1) перекрывает канал между блоком цилиндров наклона кузова и атмосферой, осуществляемой каналом 9, перепускным клапаном 8 и каналом 10, и открывает впускной клапан 7. Теперь сжатый воздух из пневматической магистрали через канал 13, перепускной клапан 8 и канал 9 поступает в поршневые полости блока цилиндров наклона кузова. При его повороте центр тяжести груза проходит верхнюю точку, после которой происходит автоматическое перекрытие кинематически связанного с кузовом перепускного клапана 8 и подача сжатого воздуха в поршневые полости блока цилиндров наклона кузова прекращается. Доворот кузова до его крайнего наклонного положения происходит под действием расширяющегося сжатого воздуха в поршневых полостях блока цилиндров наклона кузова.

Если кинематическая цепь перепускной клапан 8-угол наклона кузова нарушена или отсутствует, то перепускной клапан 8 временно легко блокируется в открытом положении путем ввода ограничителя его хода со стороны окружающей среды.

В конце выгрузки при наклонном положении кузова и крайнем верхнем положении поршня 3 поворотом крана или посредством иного запорного устройства управления наклоном кузова оператор прекращает подачу сжатого воздуха из пневматической магистрали в камеру управления 11. По мере снижения там давления внутренние упругие силы уплотнителя 4 отводят его тело от цилиндрической поверхности B, что приводит к исчезновению силы трения между ними. Затем исчезает и сила, прижимающая уплотнитель 4 к поверхности D, и он под действием силы своего веса падает на поверхность C и вместе с поршнем 3 оказывается в крайнем нижнем транспортном положении, представленном на фиг.1 и 2. При этом по каналу 9, открытым клапанам перепускному 8 и выпускному 5 и каналу 10 из поршневых полостей блока цилиндров наклона кузова, для его установки в транспортное положение, в атмосферу выходит отработавший воздух.

При смещении уплотнителя 4 на поверхность C между ним и поверхностью D появляется кольцевая вентиляционная щель 14, сообщающая камеру управления 11 с атмосферой (канал 10) для выхода из устройства влаги.