Устройство для управления пневмоцилиндрами разгрузки думпкара (воздухозамедлитель)

Изобретение относится к железнодорожному подвижному составу, а именно к устройствам управления цилиндрами наклона кузова. Устройство для управления пневмоцилиндрами разгрузки думпкара содержит корпус (1) с цилиндром (2), в котором с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном осевом направлении установлен поршень (3) и эластичный уплотнительный элемент (4), перемещающийся относительно поршня в вертикальном осевом направлении под действием собственного веса, впускной и выпускной клапаны. 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. Между поршнем и нижней частью корпуса образована камера (11) ввода сжатого воздуха управления наклоном кузова, сообщенная с пневматической магистралью через кран и/или иное запорное устройство. При увеличении давления в камере ввода сжатого воздуха управления наклоном кузова осуществляется автоматическая продувка и очистка уплотнительного элемента и окружающего его пространства от сора. Изобретение повышает надежность работы устройства, снижает опасность саморазгрузки вагона, снижает износ уплотнительного элемента. 14 ил.

 

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 [1], [2] и некоторых охранных документах [3], [4], [5] оно называется воздухозамедлителем, хотя в справочной литературе [6], [7], [8] такого понятия нет.

Известное устройство содержит внутри корпуса цилиндр, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном осевом направлении установлен поршень, жестко связанный с поршнем впускным и выпускным клапанами, перепускной клапан, кинематически связанный с кузовом, причем полость над выпускным клапаном сообщена с атмосферой, полость над впускным клапаном сообщена с пневматической магистралью выгрузки 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 выгрузки через кран или иное запорное устройство управления наклоном кузова, а поршень имеет кольцевую выточку, в которой с зазором в осевом направлении с натягом по внутреннему и внешнему диаметрам, неподвижно относительно поршня, установлен эластичный уплотнительный элемент в форме кольца V-образного сечения. Упругие внутренние силы уплотнительного элемента постоянно прижимают его к уплотняемым поверхностям поршня и цилиндра, обеспечивая этим постоянную герметичность уплотнения, хотя она необходима только для совершения поршнем рабочего хода вверх и удержания его там силой давления сжатого воздуха во время выгрузки думпкара.

Влага, ржавчина, твердые частицы дорожной и грузовой пыли неизбежно попадают в устройство и дополняют слой смазки абразивом. Эпизодические силы давления сжатого воздуха управления и реверсивные силы трения и инерции деформируют постоянно прижатый внутренними упругими силами уплотнительный элемент к уплотняемым поверхностям и создают условия для постепенного накопления твердых частиц между ним и поршнем. Это приводит к местному выдавливанию эластичного уплотнительного элемента из его пространства в кольцевой выточке поршня и увеличивает упругую силу прижатия уплотнительного элемента к цилиндру. При этом сила трения может увеличиться на столько, что силы веса поршня и элементов впускного клапана, а также сила пружины не могут ее преодолеть и доставить поршень в исходное нижнее транспортное положение, т.е. может произойти заклинивание поршня. Таким образом, устройство становится неработоспособным и надежность его работы обеспечивается периодической ручной чисткой и смазкой уплотняемых поверхностей.

Другим недостатком постоянной герметичности уплотнения является невозможность перетечки через него относительно больших несанкционированных объемов сжатого воздуха из камеры управления в атмосферу и предотвращения саморазгрузки вагона-самосвала. Эта проблема частично решена выполнением в поршне сквозного калиброванного отверстия ограниченной пропускной способности между камерой ввода сжатого воздуха управления и опорной поверхностью для штока впускного клапана, связанной с атмосферой [5], прототип.

Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении достаточной надежности работы устройства без периодической ручной чистки и смазки его, недоступных без разборки деталей, в предотвращении саморазгрузки вагона при существенных объемах перетечки сжатого воздуха из магистрали выгрузки в камеру под поршнем через, например, не полностью закрытый или неисправный кран управления наклоном кузова, снижении износа уплотнительного элемента и возможности простейшей замены штатного уплотнительного элемента на новый при его внедрении в работу.

Для этого в известном устройстве эластичный уплотнительный элемент установлен с возможностью перемещения в вертикальном осевом направлении относительно поршня под действием собственного веса. Теперь для обеспечения герметичности подвижного соединения поршень-цилиндр, т.е. работоспособности устройства, уплотнительный элемент под действием сжатого воздуха управления должен сначала преодолеть путь до ограничивающей это движение уплотняемой поверхности поршня. При этом происходит продувка и очистка уплотнительного элемента и окружающего его пространства от сора, являющегося причиной заклинивания поршня в цилиндре. Далее силы сжатого воздуха управления деформируют уплотнительный элемент и прижимают его к уплотняемым поверхностям поршня и цилиндра. При этом в уплотнительном элементе возникают внутренние упругие силы, стремящиеся ликвидировать его контакт с поверхностью цилиндра, что и происходит при отключении сжатого воздуха управления. Это принципиально важное свойство предлагаемого устройства сводит к нулю силу трения, направленную против движения поршня, в исходное нижнее транспортное положение, позволяет снизить износ уплотнительного элемента и надежно работать устройству без смазки и ручной периодической чистки, которая заменена продувкой проблемной зоны, происходящей автоматически при каждой разгрузке вагона.

Ранее отмечалось, что герметичность подвижного взаимодействия поршня с цилиндром должна быть обязательно обеспечена только в одном направлении. Из этого следует, что при одном эластичном уплотнительном элементе необходимо и достаточно иметь одну уплотняемую поверхность на поршне. Очевидно, что ею должна быть поверхность, ограничивающая смещение уплотнительного элемента вверх под действием сжатого воздуха управления, как выполняющая одновременно две необходимые для работы устройства функции. А из этого следует, что любые другие поверхности поршня, находящиеся в непосредственной близости или контакте с уплотнительным элементом, могут как угодно изменяться для совершенствования работы устройства, либо совсем выродиться.

Так для увеличения путей эвакуации частиц, загрязняющих уплотнительный элемент, участки поршня между нижней торцевой опорной поверхностью и уплотняемой могут иметь сплошные пропилы или отверстия, выполненные в теле поршня между полостью внешней кольцевой выточки для уплотнительного элемента и внутренней полостью поршня, являющейся частью камеры ввода сжатого воздуха управления наклоном кузова.

На фиг.1 представлен фронтальный разрез предлагаемого устройства, детали которого находятся в транспортном положении, т.е. при крайнем нижнем положении штатного поршня 3 и нового эластичного уплотнительного элемента 4, что имеет место при отсутствии сжатого воздуха управления наклоном кузова в нижней камере 11 под поршнем 3.

На фиг.2 представлен местный разрез устройства при крайнем нижнем транспортном положении штатного поршня 3 и нового эластичного уплотнительного элемента 4.

На фиг.3 представлен местный разрез устройства при крайнем верхнем рабочем положении штатного поршня 3 и нового эластичного уплотнительного элемента 4, обеспечивающего герметичность соединения поршень-цилиндр при наличии в камере 11 под поршнем 3 сжатого воздуха управления, поступающего из магистрали выгрузки вагона через кран или иное запорное устройство управления наклоном кузова.

На фиг.4 представлен главный вид поршня 3а со сплошными пропилами G участка штатного поршня 3 между нижней торцовой поверхностью и уплотняемой поверхностью Е.

На фиг.5 представлен вид снизу на поршень 3а с пропилами G (фиг.4).

На фиг.6 представлен местный разрез устройства при транспортном положении поршня 3a с пропилами G (фиг.4) и новым эластичным уплотнительным элементом 4.

На фиг.7 представлен местный разрез устройства при крайнем верхнем рабочем положении поршня 3a с пропилами G (фиг.4) и новым эластичным уплотнительным элементом 4, обеспечивающим герметичность соединения поршень-цилиндр при наличии в камере 11 под поршнем 3а сжатого воздуха управления, поступающего из магистрали выгрузки через кран или иное запорное устройство управления наклоном кузова.

На фиг.8 представлен вид на поршень 3b, имеющий сквозные отверстия H, выполненные в теле штатного поршня 3 (фиг.1) в радиальном направлении между полостью внешней кольцевой выточки для уплотнительного элемента и внутренней полостью поршня 11, являющейся частью камеры 11 подвода в устройство сжатого воздуха управления.

На фиг.9 представлен вид на урезанный штатный поршень 3c с нижней торцовой поверхностью E, являющейся одновременно и уплотняемой.

На фиг.10 представлена перфорированная подставка 14, заменяющая удаленную нижнюю часть урезанного поршня (фиг.9) и создающая возможность его установки в цилиндр 2 штатного корпуса 1 устройства (фиг.1).

На фиг.11 и 12 представлены виды сверху и снизу на подставку 14 (фиг.10).

На фиг.13 представлен местный разрез устройства при транспортном положении урезанного поршня 3c (фиг.9) и нового уплотнительного элемента 4, опирающихся на подставку 14 (фиг.10).

На фиг.14 представлен местный разрез устройства при крайнем верхнем рабочем положении урезанного поршня 3c (фиг.9) и нового уплотнительного элемента 4, обеспечивающего герметичность соединения поршень-цилиндр при наличии в камере 11 под поршнем 3c сжатого воздуха управления, поступающего из магистрали выгрузки через кран или иное запорное устройство управления наклоном кузова.

Наименование позиций и обозначений на фигурах.

1. Корпус устройства.

2. Цилиндр устройства.

3. Поршень штатный.

3a. Поршень штатный со сплошными пропилами G в его нижней части.

3b. Поршень штатный со сквозными радиальными отверстиями H между кольцевой выточкой и внутренней полостью 11 поршня.

3c. Поршень штатный, урезанный снизу до верхней поверхности Е его кольцевой выточки.

4. Элемент эластичный уплотнительный.

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 из магистрали выгрузки.

12. Канал ввода сжатого воздуха управления в камеру 11.

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

14. Подставка перфорированная (фиг.10, 11, 12) для урезанного штатного поршня 3c (фиг.9).

A - обозначение вида снизу на поршень 3a (фиг.4) со сплошными пропилами G в его нижней части.

B и C - обозначение видов сверху и снизу на подставку 14 (фиг.10) для урезанного снизу штатного поршня 3c (фиг.9).

D - нижняя поверхность кольцевой выточки штатного поршня 3 (фиг.1, 2, 3, 8), являющаяся опорной для уплотнительного элемента 4 в его нижнем транспортном положении.

Da - участки поверхности D, прерванной сплошными пропилами G поршня 3a (фиг.4, 6, 7).

Db - участки поверхности перфорированной подставки 14 (фиг.10, 11, 12, 13, 14), совпадающие по геометрии размещения в устройстве и функции с поверхностью D, когда поршень 3c (фиг.9) и уплотнительный элемент 4 находятся в нижнем транспортном положении.

E - верхняя поверхность кольцевой выточки штатного поршня 3 (фиг.1) является ограничительной для смещения вверх под действием сжатого воздуха управления уплотнительного элемента 4 и одновременно уплотняемой в подвижной паре поршень-цилиндр. Одинакова по форме и геометрии размещения на всех поршнях. Обозначена на фиг.2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 13, 14.

F - цилиндрическая поверхность корпуса устройства, взаимодействующая с поршнем 3, или 3a, или 3b, или 3c и с уплотнительным элементом 4. Обозначена на фиг.1, 2, 3, 6, 7, 13, 14.

G - сплошные радиальные пропилы поршня 3а фиг.4, 5, 6, 7, выполненные в штатном поршне 3 (фиг.1) от его нижней торцовой поверхности до поверхности E.

H - сквозные отверстия в поршне 3b (фиг.8), выполненные в теле штатного поршня 3 (фиг.1).

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит корпус 1 с цилиндром 2, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном осевом направлении установлен штатный поршень 3, в штатной кольцевой выточке которого с возможностью перемещения в вертикальном осевом направлении относительно поршня под действием сжатого воздуха управления и собственного веса установлен эластичный уплотнительный элемент 4. Штатный 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, соединенной посредством канала 12 и одного или нескольких запорных устройств управления с магистралью выгрузки. С ней же соединен и канал 13 подвода сжатого воздуха к впускному клапану 7.

На фиг.2, 6, 13 поршни 3, 3a, 3c и новый эластичный уплотнительный элемент 4 представлены в нижнем транспортном положении при отсутствии сжатого воздуха управления в полости 11. На фиг.2 уплотнительный элемент 4 лежит на нижней кольцевой поверхности D кольцевой выточки штатного поршня 3. Эта поверхность D остались и на поршне 3b фиг.8, имеющем сквозные отверстия Н, выполненные в теле штатного поршня 3 в радиальном направлении между полостью внешней кольцевой выточки для уплотнительного элемента и внутренней полостью поршня 11, являющейся частью камеры 11 подвода в устройство сжатого воздуха управления.

На фиг.6 элемент 4 лежит на разделенных сплошными пропилами G поршня 3а участках Da, оставшихся от нижней кольцевой поверхности D кольцевой выточки штатного поршня 3. На фиг.13 элемент 4 лежит на отдельных поверхностях Db ребер перфорированной подставки фиг.10, 11, 12 для поршня 3c (фиг.9), урезанного снизу до уплотнительной поверхности Е штатного поршня 3, фиг.1. На фиг.2, 6, 13 видно, что уплотнительный элемент 4 находится на некотором расстоянии от кольцевой поверхности Е, одинаковой для всех поршней 3, 3a, 3b, 3c по форме и месту размещения и являющейся ограничительной при смещении уплотнительного элемента 4 вверх относительно поршня 3, 3а и 3c и уплотняемой одновременно. При этом уплотнительный элемент 4 может касаться или нет цилиндрической поверхности F.

На фиг.3, 7, 14 поршни 3, 3a и 3c и новый эластичный уплотнительный элемент 4 представлены в верхнем рабочем положении при подаче сжатого воздуха управления в камеру 11 через канал 12 и запорное устройство управления из магистрали выгрузки. Видно, что уплотнительный элемент прижат сжатым воздухом управления к одинаковой на всех поршнях уплотняемой поверхности Е и к поверхности цилиндра F для обеспечения герметичности подвижного соединения поршень-цилиндр.

Работает устройство следующим образом. В конце выгрузки при наклонном положении кузова и крайнем верхнем положении поршня 3, или 3a, или 3c, фиг.3, или 7, или 14 поворотом крана или посредством иного запорного устройства управления наклоном кузова прекращается подача сжатого воздуха из магистрали выгрузки вагона в камеру 11. По мере снижения там давления внутренние упругие силы эластичного уплотнительного элемента 4 отводят его тело от цилиндрической поверхности F, что приводит к исчезновению силы трения между ними. Затем исчезает и сила, прижимающая уплотнительный элемент 4 к поверхности Е, и он под действием силы своего веса падает на поверхность D, или Da, или Db и вместе с поршнем 3, или 3a, или 3c оказывается в крайнем нижнем транспортном положении, представленном на фиг.1, 2, 6 и 13. При этом через канал 9, перепускной клапан 8, открытый выпускной клапан 5 и канал 10 из поршневых полостей блока цилиндров наклона кузова, для его установки в транспортное положение, в атмосферу выходит отработавший, влажный, загрязненный частицами ржавчины, дорожной и грузовой пыли воздух. Некоторое количество частиц по естественным причинам остается в пространстве между цилиндрической поверхностью F и поршнем 3, или 3a, или 3c, фиг.1, 2, 6, 13. Оно легко засоряется и через канал 10 связи устройства с атмосферой при движении вагона с большой скоростью в составе поезда и во время пыльной погрузки и выгрузки.

При очередной выгрузке думпкара, через кран или иное запорное устройство и канал 12, сжатый воздух управления поступает из магистрали выгрузки думпкара в камеру 11 устройства. Во время нарастания там давления происходит продувка сжатым воздухом и очистка уплотнительного элемента и окружающего его пространства от сора, выдуваемого в пространство над поршнем 3, или 3a, или 3c, фиг.1, 2, 6, 13. Затем увеличивающиеся силы давления воздуха прижимают уплотнительный элемент к поверхностям E и F и при достижении необходимой степени герметичности подвижного соединения поршень-цилиндр и величины давления сжатого воздуха поршень 3, или 3a, или 3c совершает рабочий ход вверх в положение фиг.3, 7, 14, вытесняя над собой воздух с частицами сора в атмосферу через канал 10, фиг.1.

Итак, для совершения поршнем рабочего хода в камере 11 необходимо создать существенный избыток давления воздуха, величина которого заранее регламентирована и зависит от геометрии эластичного уплотнительного элемента, величины его хода относительно поршня в осевом направлении, установочного зазора между ним и цилиндрической поверхностью F, его физико-механических свойств и температуры окружающей среды. Это свойство предлагаемого устройства предотвращает опасность произвольной выгрузки думпкара при случайной частичной подаче сжатого воздуха в камеру 11 через неисправное запорное устройство управления наклоном кузова.

В конце рабочего хода поршня 3, или 3a, или 3c клапан 5, фиг.1, перекрывает связь между блоком цилиндров наклона кузова и атмосферой, осуществляемую через канал 9, перепускной клапан 8 и канал 10, и открывает впускной клапан 7. Теперь сжатый воздух из магистрали выгрузки 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 связь перепускной клапан 8 - угол наклона кузова нарушена или отсутствует, то перепускной клапан 8 временно легко блокируется в открытом состоянии путем ввода ограничителя его хода со стороны окружающей среды.

Установка кузова в транспортное положение происходит после прекращения подачи сжатого воздуха в полость 11, и на этом цикл работы устройства заканчивается.

Литература

1. Логинов А.И. Вагоны-самосвалы / А.И.Логинов, Н.Е.Афанаскин. - М: Машиностроение, 1975, 185 с.: ил.

2. 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.

3. SU 1636278, B61D 9/12, 23.03.91. Бюл. №11.

4. SU 1652148, B61D 9/12, 30.05.91. Бюл. №20.

5. SU 1219439, B61D 9/12, 23.03.86. Бюл. №11.

6. Алфавитно-предметный указатель международной патентной классификации (6-ой редакции) (2-е издание, дополненное), М.: 1997.

7. 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.

8. 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.

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, а эластичный уплотнительный элемент имеет возможность одновременного прижатия к уплотняемым поверхностям поршня и цилиндра силами сжатого воздуха управления, отличающееся тем, что эластичный уплотнительный элемент установлен с возможностью перемещения относительно поршня в вертикальном осевом направлении под действием собственного веса.