Способ торможения железнодорожных транспортных средств и тормозная система для его осуществления
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к тормозам железнодорожного подвижного состава. Для изменения давления в тормозной магистрали управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства, воздействием на уравнительный поршень воздухораспределителя. Воздействие осуществляется подбором величины хода режимного валика, длин и жесткости соответствующих режимных пружин таким образом, что в области служебного торможения реализуется линейная зависимость Ртц=Рн.тц+kΔРтм, где Ртц - давление в тормозном цилиндре, Рн.тц - значение давления в указанном цилиндре при 0,6 кгс/см2, ΔРтм - ступень торможения, k - коэффициент линейности, зависящий от жесткости пружин. Тормозная система состоит из запасного резервуара и одного или нескольких тормозных цилиндров, воздухораспределителя, реле давления. Воздухораспределитель состоит из главной и магистральной частей, закрепленных на двухкамерном резервуаре, содержащем грузовой режимный переключатель с валиком Г-образной формы. Эксцентрик валика грузового переключателя выполнен в виде закругленного с двух сторон Г-образного профиля, воздействующего только в положениях среднего и груженого режимов на упорку подобранной по длине и жесткости малой пружиной. Достигается уменьшение разброса удельных тормозных сил у груженых и порожних вагонов и повышение плавности и эффективности торможения состава, а также исключение возможности самопроизвольного (неконтролируемого) смешения режимов. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области железнодорожного транспорта и может быть использовано в пневматической тормозной магистрали.
В частности, изобретение использует способ торможения железнодорожных транспортных средств, заключающийся в ступенчатом изменении давления в тормозной магистрали с воздухораспределителем непрямодействующего типа, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающим в тормозные цилиндры указанных транспортных средства, и относится к пневматическим тормозным системам или устройствам, снабженным запасным резервуаром, одним или несколькими тормозными цилиндрами, наполняемыми сжатым воздухом при торможении через воздухораспределитель либо через реле давления из соответствующих резервуаров. В такой системе может иметься как два переключаемых режима - порожний и груженый, так и три с добавлением среднего режима загрузки с соответствующими изменениями величины давления в тормозном цилиндре.
Известен способ торможения железнодорожного подвижного состава, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства. При этом в соответствии с этим способом величину давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах каждого из транспортных средств, а также временные интервалы достижения этих величин выбирают в некоторых пределах, которые, как считается, обеспечат наибольшую эффективность торможения при избежании блокирования колес. А пневматическая система содержит воздухораспределитель с органом двух давлений, запасный резервуар, один или несколько тормозных цилиндров, переключатель порожнего и груженого режимов торможения, дополнительный резервуар, сообщенный через переключатель на порожнем режиме с тормозным цилиндром и отключенный от тормозного цилиндра переключателем на груженом режиме, устройство для регулирования величины давления в тормозном цилиндре на порожнем режиме. При этом значения величин Vд - объема дополнительного резервуара, Vц - объема тормозного цилиндра и Vр - объема запасного резервуара взаимосвязаны между собой следующим соотношением:
Vд+αVц=(ΔPмVр-αPаVц)/Pmax пор, где α - экспериментальный коэффициент, выбранный в пределах 0,5≈α≈1,5 в основном в зависимости от жесткости пружин тормозного цилиндра и рычажной передачи, на которую он воздействует, ΔPм - минимальная величина снижения давления в тормозной магистрали при торможении для получения в тормозном цилиндре на груженом режиме максимального давления, соответствующего груженому транспортному средству; Pmax пор - максимальное избыточное давление в тормозном цилиндре на порожнем режиме, соответствующее порожнему вагону; Pа - атмосферное давление (пат. RU №2127679, B60T 8/20, 1998.05.20).
В указанном аналоге способа величину давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах каждого из транспортных средств, а также временные интервалы достижения этих величин выбирают в некоторых пределах, что может быть осуществлено, только если у всех транспортных средств объем дополнительного резервуара, объем тормозного цилиндра и объем запасного резервуара связаны указанным соотношением. Приведение же всех объемов в соответствие с указанным соотношением требует больших материальных затрат. Кроме того, способ и система не рассматривают случай средней загрузки транспортных средств.
Кроме того, известен способ торможения, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства путем введения дополнительных воздействий на распределительный золотник воздухораспределителя. А устройство, использующее данный способ для получения стабильной величины первоначального давления воздуха в тормозном цилиндре, содержит в корпусе со стороны золотниковой полости подпружиненный стакан, установленный с зазором к подвижной перегородке (а.с. №423689, B60T 11/10, 1972.11.27).
Однако здесь достигается только стабильная величина первоначального давления в тормозном цилиндре, а достижение повышения плавности и эффективности торможения в интервале ступенчатого торможения не предусматривается.
Наиболее близким к заявляемому способу и тормозной системе по совокупности существенных признаков является тормозное устройство, использующее способ торможения железнодорожных транспортных средств, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства путем дополнительных воздействий на уравнительный поршень воздухораспределителя, и содержащее воздухораспределитель, состоящий из главной и магистральной частей, запасный резервуар, тормозной цилиндр, переключатель порожнего, среднего и груженого режимов торможения, дополнительный резервуар [1) пат. RU №2031025, B60T 13/24, 1995.03.20; 2) а.с. SU №1062071, В60T 15/18, 1982.09.22; 3) пат. RU №043514, B60T 15/18, 2004.10.12]. Здесь управление давлением сжатого воздуха в тормозном цилиндре осуществляют путем дополнительных воздействий на уравнительный поршень воздухораспределителя, осуществляемых введением в конструкцию устройства дополнительных пружин или со стороны распределительного золотника, или со стороны расположения режимных пружин, или изменением формы валика эксцентрикового переключателя, воздействующего на одну из режимных пружин.
Однако для первых двух случаев это не приводит к плавному изменению давления при осуществлении ступенчатого торможения, в особенности при средней загруженности транспортного средства. Зависимость удельных тормозных сил и зависимость давления в тормозном цилиндре от величины ступени торможения для режима средней загрузки носит кусочно-линейный вид со значительно отличающимися коэффициентами линейности. На начальном участке этой зависимости при среднем режиме переключателя на малых ступенях торможения наблюдается совпадение с аналогичной зависимостью для порожнего режима переключателя и разделяется только при повышенных ступенях торможения. Это приводит к большому разбросу удельных тормозных сил у порожних и груженых вагонов в смешанных составах. В результате у груженых вагонов увеличиваются тормозные пути. А при постановке порожних вагонов перед гружеными вагонами при торможении происходит набегание последних на порожние, что приводит к разгрузке колесных пар последней тележки порожнего вагона и вызывает заклинивание ее колес и в кривых участках пути может произойти сход вагонов. В последнем из приведенных выше наиболее близких технических решений также не удалось получить более плавного изменения давления в тормозном цилиндре в зависимости от ступени торможения - максимальные значения указанных давлений практически совпадают.
Указанные недостатки устраняют заявляемые способ и тормозная система и, решая поставленную задачу повышения безопасности движения подвижного состава и сокращения тормозных путей, дают возможность реализовать плавные характеристики изменений давлений в тормозных цилиндрах при торможении порожних, среднезагруженных и груженых вагонов в едином составе, а также более низкие величины давлений в тормозном цилиндре при служебных торможениях, пропорциональные загрузке соответствующего транспортного средства.
Достигаемый технический результат при реализации заявленных объектов заключается в уменьшении разброса удельных тормозных сил у груженых и порожних вагонов и повышении плавности и эффективности торможения состава, имеющего в своем составе порожние, среднезагруженные и груженые вагоны, и исключении возможности самопроизвольного (неконтролируемого) смешения режимов.
Указанный технический результат достигается путем ступенчатого воздействия на уравнительный поршень воздухораспределителя тормозной системы со стороны режимных пружин путем подбора величины хода режимного валика, длин и жесткости режимных пружин таким образом, что в области служебного торможения реализуется линейная зависимость Ртц=Рн.тц+kΔРтм, где Ртц - давление в тормозном цилиндре, Рн.тц - некоторое первоначальное значение давления в указанном цилиндре, ΔРтм - ступень торможения, k - коэффициент линейности, зависящий от жесткости пружин.
Технический результат достигается также тем, что указанный коэффициент линейности находится в пределах: k≈2,5÷3 для среднего и груженого режимов и k≈1 для порожнего режима.
Указанный технический результат достигается также тем, что указанная линейная зависимость реализуется при условии, что на ступени торможения тормозной магистрали, равной 0,6 кг/см2, давление в тормозном цилиндре изменяется в пределах:
0,5±0,1 кгс/см2 для порожнего режима,
0,66±0,2 кгс/см2 для среднегруженого режима и
1,7±0,3 кгс/см2 для груженого режима,
а максимальное значение давления в тормозном цилиндре находится в пределах:
1,1±0,2 кгс/см2 для порожнего режима,
2,2±0,2 кгс/см2 для среднегруженого режима,
3,2±0,3 кгс/см2 для груженого режима.
Указанный технический результат достигается также путем конструктивного изменения части воздухораспределителя тормозной системы, а именно эксцентриковой части режимного валика на закругленную с двух сторон Г-образную форму, позволяющую в силу своей геометрии увеличить расстояние между уравнительным поршнем и упоркой малой пружины при положениях режимного валика в положениях среднего и груженого режима, а также подобранной длине малой и большой пружин и их меньшей жесткости.
Основным отличительным признаком заявляемого способа и конструкции системы является то, что именно ступенчатое воздействие при выборе величины хода валика, длин пружин и их жесткости при указанных условиях позволяет достичь плавных характеристик торможения, а также выполнение режимного валика в виде закругленной с двух сторон Г-образной формы и подобранной длине пружин и их меньшей жесткости.
Такое выполнение способа и системы обеспечивает плавное изменение давления в тормозном цилиндре, то есть плавность и эффективность торможения и, следовательно, повышение безопасности движения и сокращение тормозных путей.
Следует обратить внимание, что в представленной заявке соблюден принцип единства изобретения, так как предложенные способ и система имеют одно и тоже назначение, служат одной цели, обеспечивают достижение одного и того же технического результата и таким образом взаимосвязаны единым изобретательским замыслом, охарактеризованным формулой изобретения.
Изобретение поясняется конкретным примером выполнения и чертежами, где на фиг.1 приведена зависимость давления в тормозном цилиндре от ступени торможения после испытания заявляемого тормозного устройства (сплошные кривые) и та же зависимость для прототипа (штриховая линия), на фиг 2 приведена блок-схема тормозной системы, на фиг.3 часть общего вида воздухораспределителя с предложенными изменениями, а на фиг.4 приведены варианты положения эксцентрика режимного переключателя.
Способ реализуется следующим образом. При этом детально целесообразно остановиться только на отличительных особенностях осуществления операций предложенного способа, заключающихся в том, что в одном из элементов тормозной системы, а именно в переключателе режимов подбирают величины жесткости и длины пружин таким образом, чтобы ступенчатое режимное воздействие на уравнительный поршень малой пружины достигалось только при двух положениях: среднем и груженом. Результат предложенного способа наглядно демонстрируется на фиг.1, где видно, что для среднего режима кусочно-линейный характер зависимости давления в тормозном цилиндре от ступени торможения превратился в чисто линейный в интервале линейности всех трех режимов. При этом уменьшен и коэффициент линейности, то есть характеристики давления в тормозном цилиндре по сравнению с прототипом стали гораздо более пологими.
На фиг.2 приведена тормозная система, позволяющая реализовать указанный способ. Тормозная система состоит из воздухораспределителя 1, состоящего из главной 2 и магистральной 3 частей, соединенного через разобщительный кран 4 и тройник 5 с тормозной магистралью 6, запасного резервуара 7, соединенного трубопроводом с воздухораспределителем 1, тормозного цилиндра 8, который может сообщаться трубопроводами с воздухораспределителем 1 через реле давления (не показан) или напрямую. Для ступенчатого регулирования величины давления в тормозном цилиндре при различных режимах загрузки обычно используется режимный валик 9, установленный в двухкамерном резервуаре 10 и воздействующий на режимный поршень (не показан) главной части.
На фиг.3 приведена часть воздухораспределителя, состоящая из главной части и режимного валика. В корпусе 11 расположены уравнительный поршень 12 с большой 13 и малой 14 пружинами, опирающимися на поршень в соответствующих проточках, а также упорка 15 для большой пружины и упорка 16 для малой пружины, установленная с возможностью сжатия внутри упорки 15. Сбоку упорки 16 установлен винт 17 с фиксацией положения штифтом 18. Головка этого винта 19 располагается в эксцентриковой проточке 20 режимного валика 9. Перемещение упорки 15 ограничено винтом 21 при переходе на средний и груженый режимы. По оси уравнительного поршня расположено отверстие 22 и седло 23, образующее вместе с запорным элементом главного поршня 24 клапан, соединяющий тормозной цилиндр с атмосферой в открытом состоянии.
Данная конструкция используется для переключения грузовых режимов давления в тормозном цилиндре и включается подпружиненной ручкой переключателя в одно из трех положений. При порожнем режиме (фиг.4) головка винта 19 и, следовательно, упорка 16 расположены на максимальном расстоянии от уравнительного поршня 12. Малая пружина 14 при этом находится в свободном состоянии и никак не влияет на положение уравнительного поршня 12. Давление в тормозном цилиндре определяется положением главного штока 24 и уровнем поджатия большей пружины 13. Перемещение уравнительного поршня 12 связано с перемещением главного штока 24 в режиме служебного или экстренного торможения при разобщении тормозного цилиндра с атмосферой и его сообщении с запасным резервуаром.
В случае среднего грузового режима (фиг.4) давление в тормозном цилиндре будет определяться положением главного штока и суммой сил сжатия большой и малой пружин, причем величина силы сжатия малой пружины 14 определена положением эксцентрика режимного переключателя.
Переход к грузовому режиму приводит к увеличению давления в тормозном цилиндре, так как поджатие малой пружины увеличивается.
Предлагаемое устройство было реализовано следующим образом.
В главной части воздухораспределителя усл. 279-023 и рабочей камере усл. 295-001 режимный валик усл. 295-207 был изготовлен в виде закругленного с двух сторон Г-образного профиля. Пружины в соответствии с внесенными изменениями в конструкцию валика выбирались более длинными и с меньшей жесткостью.
Проведенные испытания показали, что применение предложенного устройства примерно в два раза снизило разброс значений удельных тормозных сил при одних и тех же значениях величин ступеней торможения. Кроме того, если у прототипа зависимость давления в тормозном цилиндре для среднего режима имела кусочно-линейный вид, сливающаяся для малых ступеней торможения с порожним режимом, то применение заявленных признаков позволило получить чисто линейную зависимость указанной характеристики, отдельную от порожнего режима, начиная с начальных ступеней торможения. А по сравнению с наиболее поздним из прототипов удалось уменьшить коэффициент линейности давления в тормозном цилиндре и также максимальные значения указанных давлений.
Достигаемый технический результат, как показали данные проведенных испытаний, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным детальным описанием заявленных объектов. Соответствие критерию промышленная применимость заявленных объектов доказывается как изготовлением и использованием тормозного устройства в промышленных масштабах, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически трудно реализуемых признаков. Значения заявленных пределов давления в тормозном цилиндре были получены на основе результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их и известных из опубликованных источников данных, исходя из условия достижения указанного технического результата.
Таким образом, достигнутое уменьшение разброса удельных тормозных сил приводит к сокращению тормозных путей и способствует увеличению безопасности движения железнодорожных транспортных средств.
1. Способ торможения железнодорожных транспортных средств, заключающийся в изменении давления в тормозной магистрали, в соответствии с которым управляют давлением сжатого воздуха, поступающего в тормозные цилиндры транспортного средства, воздействием на уравнительный поршень воздухораспределителя, отличающийся тем, что указанное воздействие осуществляется подбором величины хода режимного валика, длин и жесткости соответствующих режимных пружин таким образом, что в области служебного торможения реализуется линейная зависимость
Ртц=Рн.тц+kΔРтм,
где Ртц - давление в тормозном цилиндре;
Рн.тц - значение давления в указанном цилиндре при 0,6 кгс/см2;
ΔРтм - ступень торможения;
k - коэффициент линейности, зависящий от жесткости пружин.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный коэффициент линейности находится в пределах k≈2,5÷3 для среднего и груженого режимов и k≈1 для порожнего режима.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная линейная зависимость реализуется при условии, что на ступени торможения тормозной магистрали, равной 0,6 кг/см2, давление в тормозном цилиндре изменяется в пределах
0,5±0,1 кгс/см2 для порожнего режима;
0,66±0,2 кгс/см2 для среднегруженого режима;
1,7±0,3 кгс/см2 для груженого режима,
а максимальное значение давления в тормозном цилиндре находится в пределах
1,1±0,2 кгс/см2 для порожнего режима;
2,2±0,2 кгс/см2 для среднегруженого режима;
3,2±0,3 кгс/см2 для груженого режима.
4. Тормозная система, состоящая из запасного резервуара и одного или нескольких тормозных цилиндров, наполняемых сжатым воздухом при торможении непосредственно через воздухораспределитель из запасного резервуара либо через пневматический повторитель реле давления из отдельного питательного резервуара в соответствии с изменением давления в специальном резервуаре, подключенном к реле давления и наполняемом через воздухораспределитель из запасного резервуара, при этом воздухораспределитель состоит из главной и магистральной частей, закрепленных на двухкамерном резервуаре, содержащем грузовой режимный переключатель с валиком Г-образной формы, отличающаяся тем, что эксцентрик валика грузового переключателя выполнен в виде закругленного с двух сторон Г-образного профиля воздействующего только в положениях среднего и груженого режимов на упорку подобранной по длине и жесткости малой пружиной таким образом, что указанные состояния пружины обеспечивают линейное изменение давления в тормозном цилиндре с коэффициентом линейности k=2,5÷3 и максимальные значения давлений в пределах
1,1±0,2 кгс/см2 для порожнего режима;
2,2±0,2 кгс/см2 для среднегруженого режима;
3,2±0,3 кгс/см2 для груженого режима.
