Система гальмівного обладнання рухомого складу

Реферат: Винахід належить до області залізничного транспорту, а саме до гальмівного обладнання залізничних транспортних засобів. Система гальмівного обладнання, з роздільним гальмуванням для кожного візка залізничного транспортного засобу, містить підсистеми з повітророзподільниками, запасними резервуарами, авторежимами, гальмівними циліндрами для кожного візка транспортного засобу й забезпечує незалежну передачу гальмівних зусиль на виконавчий механізм візків відповідно до умов їх експлуатації. Технічним результатом є підвищення ефективності гальмування транспортних засобів, одержання стабільних гальмівних характеристик і експлуатаційної надійності, а також досягнення оптимального компонування гальмівних приладів на візку зі збереженням існуючих габаритів. UA 103000 C2 (12) UA 103000 C2 UA 103000 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до області залізничного транспорту й стосується оптимізації розташування пневматичних приладів гальмівного обладнання залізничного рухливого складу. Умови експлуатації вантажного рухливого складу стають усе більш жорсткими у міру розвитку залізничної техніки і тому пред'являються усе більш високі вимоги до ефективності керування численними типами гальмівних систем. Однак, кожна із цих застосовуваних гальмівних систем має різні недоліки, які відомі фахівцям у техніці гальмування. Зазначені системи включають устаткування, встановлене як на самому вагоні, так і змонтоване на його візках. Візками називають колісні пари, зведені в самостійні групи, які можуть мати більше двох осей в одному візку. Вантажні вагони на візках забезпечують гарне вписування у криві ділянки шляху та менші вертикальні переміщення під час руху по нерівностях рейок. Крім того, у конструкціях візків більш раціонально розміщуються: система пружних елементів, погашувачі коливань, що стабілізують пристрої та виконавчі органи гальмівного обладнання. До зазначених органів відноситься механічна частина гальмівної системи рухливого складу. Вона включає: важільну передачу, що впливає на гальмівні колодки, що підтискаються до колісних пар при гальмуванні. її ефективність визначається кількістю важелів, що передають зусилля. На механічну частину діють прилади пневматичної частини залізничного транспортного засобу у складі повітророзподільника, запасного резервуара, автоматичного регулятора режимів гальмування, залежно від завантаження (авторежиму) та гальмівного циліндра. При цьому, залежно від виду одиниці рухливого складу, передача зусилля на важільну передачу може здійснюватися декількома пневматичними гальмівними циліндрами. Прилад авторежиму, призначений для регулювання сили натискання гальмівних колодок залежно від завантаження вагона, автоматично встановлює необхідну величину тиску у гальмівному циліндрі, а, отже, і силу натискання гальмівних колодок, залежно від ступеня завантаження вагона. При наявності приладу авторежиму, не тільки виключається необхідність у ручній зміні режимів, але й значно підвищується ефективність гальм поїзда внаслідок більш повного використання ваги вагонів. У ході розвитку цієї галузі техніки, пропонувалося досить різноманітне розташування гальмівних приладів щодо елементів візка. У силу закладеного принципу дії, авторежим може бути встановлений тільки між підресореною та непідресореною частинами візка. Розташування повітророзподільника та гальмівного циліндра, так жорстко не задане, та варіювалося у ході розвитку гальмівних систем рухливого складу. У той же час приділялася досить велика увага пошуку оптимального розташування вищевказаних пристроїв. Так відомо технічне рішення, у якому гальмівний циліндр розташований над тріангелем (елемент механічної частини) на підвісці, закріпленої на надресорній балці, під кутом стосовно до неї (US №2815092, В61H 13/24; В61Н 13/00; від 1957.12.03). Його шток впливає через важелі на гальмівні колодки. Незважаючи на те, що циліндр розташований на візку, є декілька різних за нахилом важелів й використовуються ланцюги. Це зменшує передачу зусиль на колодки за рахунок вигину та вибору зносу у місці сполучення важелів. Відомо технічне рішення, де гальмівні циліндри закріплені із зовнішньої сторони бічної рами, біля верхньої частини колеса. Гальмівні колодки притискаються штоками циліндра, що діють в обидва боки, через важільну передачу до поверхні кочення із двох сторін колеса (пат.US №2848071. В61Н 13/22. від 19.08.1958). При цьому реалізується по-колісне гальмування. Наявність багатоланкової важільної передачі знижує коефіцієнт корисної дії гальмівного циліндра. Про розташування інших гальмівних приладів не повідомляється. Відомо технічне рішення, де гальмівні циліндри встановлені на надресорній балці в області осі колісної пари. Гальмівні колодки притискаються штоками циліндра, що діють в обидва боки, через важільну передачу до бічної поверхні колеса (US №2885034, В61Н 5/00, від 05.05.1959). Залежно від завантаження, зусилля на гальмівні колодки змінюється вручну, за рахунок зміни довжини важеля, на який діє шток гальмівного циліндра. Наявність багатоланкової важільної передачі знижує коефіцієнт корисної дії гальмівного циліндра. Відомо технічне рішення, де гальмівні циліндри кріпилися до однієї з рухливих траверс із гальмівними колодками (US №2958398, B61H 13/24; В61Н 13/00; від 1960.11.01). Довгий шток гальмівного циліндра тут впливає на протилежну траверсу та розташовується під надресорною балкою. При цьому корпус гальмівного циліндра прилаштовується в області колісної пари візка до надресорної балки. Зусилля на траверси передається симетрично, за рахунок одночасного висування штока й переміщення циліндра на траверсі. Таке розташування ускладнює конструкцію траверси. Тим більш, що трубопровід до циліндрів також розташовується на траверсах. Як варіант, пропонується розташування циліндрів на протилежних траверсах, поблизу середини надресорної балки. Вага гальмівного циліндра також приводить до обважнення траверси та додавання до неї обертального моменту. Це може позначитися на положенні гальмівної колодки. Розташування гальмівних циліндрів із протилежних сторін 1 UA 103000 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 повністю не усуває цей фактор. Розташування інших пристроїв гальмівної системи у зазначеному патенті не розглядається. Візок, що описаний у патенті US №3177984, В60Т 17/080; В61Н 13/00; В61Н 13/24. від 13.04.1965, має один гальмівний циліндр, закріплений зверху на надресорній балці. Внаслідок цього, для передачі зусиль на другу траверсу, вводиться важільна передача складної конструкції. Це у свою чергу приводить до зменшення передачі гальмівного зусилля на колодки. Відомо гальмівне обладнання вантажних вагонів, що містить: повітророзподільник, гальмівний циліндр і запасний резервуар, які зв'язані між собою трубами, що проводять повітря, і виконавчий механізм, а саме гальмівну важільну передачу, що включає до себе горизонтальні важелі, затягування й гальмівні тяги, що передають гальмівні зусилля на важільну передачу візка. Повітророзподільник має рукоятку перемикання на один із трьох режимів: "навантажений", "середній" та "порожній". Режими гальмування вагонів установлюються залежно від завантаження вагонів (Иноземцев В.Г., И.В.Абашкин Тормозное и пневматическое оборудование подвижного состава. М, Транспорт, 1984, - рисі 19, стр.169). Зусилля, створюване циліндром у процесі гальмування, при наявності одного авторежиму, передається на обидві візки, які можуть перебувати у несиметричному стані експлуатації. При цьому натискання, виконуване одним циліндром та передане на гальмівні колодки, може здійснюватися нерівномірно, через велику довжину важільної передачі. Крім того, керування гальмуванням здійснюється одним повітророзподільником на обидві візки, що звужує можливості гальмування для одиниці рухливого складу, при виході з ладу зазначеного повітророзподільника. Відома пневматична система автогальмівного обладнання залізничного транспортного засобу, у якому протилежні частини вагона опираються на візки, що включає до себе повітророзподільник, два гальмівних циліндри, кожний з яких забезпечує передачу гальмівних зусиль на виконавчий механізм одного із візків та встановлений на рамі вагона, запасний резервуар, два прилади авторежиму, встановлені на рамі в області візку та з'єднані трубами, що проводять повітря. (пат. RU № 2253584, В61Н 11/02, В61Н 13/30, від 2004.06.17) Недоліком даного технічного рішення є те, що у важільній передачі, за допомогою якої передається зусилля гальмівного циліндра на гальмівні колодки, що безпосередньо діють на колесо, найчастіше є більші втрати. Її коефіцієнт корисної дії в експлуатації коливається від 0.6 до 0.9, тобто втрати перебувають у межах від 10 до 40 %. Крім того, при наявності в пневматичній системі автогальмівного обладнання одного гальмівного циліндра на візок, сила натискання колодок на обох візках може встановлюватися неоднаковою для усіх колісних пар візка, через наявність елементів важільної передачі (гальмівний циліндр, встановлений перед візком). Це позначиться на ефективності гальмування залізничного рухливого складу та у цілому приведе до зниження надійності системи. Розташування авторегулятора гальмівних режимів, залежно від завантаження на балці візка, надається зокрема у патенті US 6546877 від 19.12.2001. При цьому контактний майданчик, що призначений для опори чутливого важеля зазначеного авторежиму, кріпиться до важеля важільної передачі і тому потрібний складний пристрій для її фіксації. Технічне рішення, узяте в якості найбільш близького технічного рішення та надане у патенті US №4793449 від 28.10.1987, містить у гальмівній системі візка запасний резервуар, повітророзподільник, гальмівний циліндр та пристрій, що чутливий до завантаження. Всі прилади розташовані на балці візка, на яку встановлюються кінці трейлерів. При з'єднанні в єдину гальмівну магістраль таких візків, формується потяг із трейлерів, для проходження по залізничній колії. Недосконалість такої системи полягає у присутності важільної передачі, неоптимальній установці повітророзподільника з резервуаром та чутливого до навантаження на візок пристрою (аналога авторежиму). Розташування гальмівного циліндра в області верху балки візка призводить до установки додаткових важелів у важільну передачу. Це знижує її ефективність через втрати. Таким чином, при установці зазначених візків на вагони, у більшій мірі забезпечується створення різних гальмівних сил для візків протилежних частин вагона, залежно від умов їхньої експлуатації. Однак, оптимальне розташування гальмівних приладів необхідно, наприклад, для збільшення швидкості спрацьовування, за рахунок зменшення довжини трубопроводів між авторежимом та повітророзподільником. Крім того, у зв'язку з вище наданими причинами, бажано зменшити довжину важільної передачі. Відповідно, виникає потреба у продовженні роботи з удосконалення гальмівних систем. Короткий виклад сутності винаходу. У зв'язку з викладеним, завдання, на рішення якого спрямований дійсний винахід, складається у підвищенні ефективності гальмування залізничного рухливого складу, з 2 UA 103000 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 застосуванням гальмування для кожного візка і оптимізації розташування гальмівних приладів пневматичної частини та виконавчої механічної складової гальмівної системи, розташованих на візку, що складається, як мінімум, із двох колісних пар, зв'язаних бічними рамами та надресорною балкою. Поставлене завдання вирішується тим, що у системі гальмівного обладнання рухливого складу, що включає в себе пневматичну частину у вигляді повітророзподільника, запасного резервуара, приладу авторежиму, і, щонайменше, одного гальмівного циліндра, що забезпечує передачу гальмівних зусиль на виконавчий механізм візка, з'єднаних повітроводами відповідно до запропонованого технічного рішення, система забезпечена додатковим запасним резервуаром так, що на кожний візок встановлені один (два) резервуар (а), розташовані у тілі надресорної балки, двома двопоршневими (трьохпоршневими) або здвоєними гальмівними циліндрами, що одночасно впливають на колодки колісних пар крізь траверси, що розташовані під відповідною виїмкою у надресорній балці з кожного її боку, на підвісках бічних рам таким чином, щоб не перевищувалися граничні габаритні розміри візка у навантаженому стані, при цьому повітророзподільник і прилад авторежиму, закріплені на надресорній балці, а також гальмівні циліндри, запасні резервуари, розташовані на візках, забезпечують незалежну передачу гальмівних зусиль від гальмівних колодок на колеса кожного візка, відповідно до умов його експлуатації. Крім того, траверса, що розташована з боку авторежиму, для компенсації зміни її вертикального положення, у зв'язку зі зміною положення колодки на колесі, через її зношування та можливими відхиленнями коліс по діаметру, має похилий майданчик з піднятим догори далеким від надресорної балки краєм, на яку опирається поворотний важіль авторежиму візка. Крім зазначеного, відповідно до запропонованого рішення, два здвоєних гальмівних циліндри є багатопоршневими, а повітророзподільник має вбудовану функцію авторежиму (суміщений з авторежимом). Технічний ефект від використання пропонованого технічного рішення полягає в підвищенні ефективності гальмівної системи залізничного рухливого складу та оптимізації розташування пневматичних приладів для гальмування для кожного візка. Можливість досягнення позитивного ефекту при використанні пропонованого технічного рішення може бути пояснена у такий засіб. Встановлення перерахованих вище гальмівних приладів на візку у великому ступені звільняє корпус вагона від несення допоміжних функцій. Введення додаткових пневматичних приладів у систему дозволяє утворити дві підсистеми, які незалежно, тобто в автономному режимі, керують виконавчими механізмами візків транспортного засобу залежно від умов експлуатації. Обидві підсистеми живляться від загальної для них гальмівної магістралі. Тому при однаковій зміні тиску, що надходить в обидві підсистеми стисненого повітря, гальмівні зусилля кожного з візків будуть пропорційні режимам їхньої експлуатації (наприклад, навантаженню на візки). Оптимальне керування гальмуванням дозволяє максимально ефективно використовувати гальмівні зусилля кожного візка рухливого складу. Похилий майданчик, що встановлений на траверсах, пов'язаних з бічними рамами, служить для компенсації можливого зношування колеса та гальмівних колодок у процесі експлуатації та неважко встановлюється. Сполучення в одному приладі функцій повітророзподільника та авторежиму спрощує конструкцію гальмівної системи та зменшує трудомісткість, щоб ії встановити та експлуатувати. Відмітні ознаки дійсного винаходу, що є новими, перераховані в доданих пунктах формули винаходу. Винахід буде більш зрозумілим при розгляді наведеного нижче опису, з посиланням на додані креслення, на яких однаковими позиціями позначені однакові елементи: фіг. 1 зображує загальний вид системи гальмівного обладнання для гальмування для кожного візка залізничного рухливого складу; фіг. 2 представляє вид спереду на гальмівну систему на візку; а фіг. 3 вид з боку бічної рами, з варіантом пристрою гальмівного циліндра. Пневматична система гальмівного обладнання закріплена на візку залізничного транспортного засобу вагона й містить, встановлені на надресорній балці 1, повітророзподільник 2, авторежим 3, запасний резервуар 4, як розділений на дві ємності, так і у вигляді однієї, і розташований у тілі (корпусі) надресорної балки 1, на ділянках з підвищеною негнучкістю. Повітропровід 5 з'єднує вище названі гальмівні прилади відповідно до схеми з'єднання. На виступах бічної рами 6 розміщені на кінцях підвісів 7 підкладні 8 з гальмівними колодками 9. Траверси 10 жорстко з'єднують між собою протилежні підкладні колісної пари 11. Гальмівні циліндри 12 розташовані між траверсами 10 колісних пар під відповідними виїмками 13 надресорної балки 1, поблизу блоку пружин 14 бічної рами 6 (фіг. 1). До траверс кріпиться відповідний елемент кріплення 15 корпуса циліндра (показаний на фіг. 3) і вихід штока 16 гальмівного циліндра. Другий гальмівний циліндр, розташований симетрично показаному на фіг. 3 UA 103000 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1 циліндру. Трохи відмінне кріплення гальмівного циліндра наведено на фіг. 2. Тут бічна рама 6 має додаткові приливки 17 відповідної форми, для закріплення гальмівного циліндра, наприклад, за допомогою хомута 18. У цьому випадку гальмівний циліндр є здвоєним, тобто штоки циліндра, що діють на траверси, переміщаються в різні сторони. Тому що при звільнені гальмівних колодок бере участь пружина гальмівного циліндра, підпружинений шток не дозволить коливатися траверсам з колодками на підвісах. У першому ж випадку для відключення коливань під час руху, підвіски можуть бути встановлені з використанням пружних еластомірних втулок. Вони будуть гасити коливання підтримуваних елементів конструкції при русі. Вимога збереження габаритів у завантаженому стані визначає ступінь вбудовування гальмівного циліндра у тіло надресорної балки. Важливо, щоб при будь-яких нахилах і поворотах вагона не було торкання надресорної балки корпуса гальмівного циліндра, тобто був достатній зазор при максимальному завантаженні. Ця вимога може бути задоволена також шляхом використання багатопоршневого циліндра, тобто якщо розміри візків дозволяють, то циліндри можуть мати по два і більше поршнів. Кількість поршнів циліндра задається відстанями між колісними парами та необхідним ходом штока. Зберігши необхідні зусилля на штоку, при заданому тиску, можна досягти менших розмірів діаметра гальмівного циліндра. Відповідно, здвоєні циліндри також можуть мати не тільки по одному поршню. На виді збоку, фіг. 3, зображений циліндр, що має два поршні 19 і 20, що розділені перегородкою 21, через яку проходить спільний із другим поршнем шток 22. Останній може мати автокомпенсатор гальмівних зусиль. Такі технічні рішення відомі в даній області техніки. Для приєднання до авторежиму робочих камер гальмівних циліндрів, підвішених до нерухомої частини візка повиннівикористовуватися гнучкі повітроводи. Звичайним засобом може бути здійснене приєднання повітророзподільника й запасного резервуара, розташованого в тілі надресорної балки. Порожнини для резервуарів виходять так, як при безпосередньому виливанні суцільних додаткових перегородок 23 (фіг. 2), так і заварюванням або іншим методом, технологічних отворів після відповідного очищення відливка. Штуцер 24 служить при цьому для приєднання до повітророзподільника 2. При цьому негнучкість балки може бути збережена за рахунок використання додаткових ребер жорсткості або ділянок з підвищеною жорсткістю. Можливе використання для цих цілей і гнучких резервуарів, що відповідають вимогам технічних умов експлуатації даного виду транспорту. Авторежим 3, призначений для незалежного регулювання сил натискання гальмівних колодок колісних пар візка, шляхом регулювання тиску стисненого повітря, що подається до гальмівних циліндрів 12, що, у свою чергу, залежить від умов експлуатації колісних пар візка. Авторежим 3, закріплений на виступах надресорної балки візка (приклад кріплення показаний на фіг. 1) поруч із повітророзподільником і взаємодіє з непідресореною частиною візка за допомогою опори поворотного важеля 25 на поверхню похилого майданчика 26, що закріплений на траверсі. Кут нахилу й профіль майданчика 26 вибирається таким чином, щоб урахувати можливе зношування колодок і коліс. У нашому випадку далекий від надресорної балки край похилою майданчика, піднятий щодо ближнього до балки краю. Повітророзподільник 2, запасний резервуар 4, гальмівні циліндри 12 і авторежим 3 утворюють пневматичну підсистему для гальмування візка вагона. Запропоноване розташування повітророзподільника з авторежимом дозволяє виконати їх у єдиному корпусі й додати повітророзподільнику функцію авторежиму. При цьому основною умовою при установці повітророзподільника залишається близькість його магістрального штуцера до трубопроводу гальмівної магістралі. Тому переважніше розташувати місце кріплення цього приладу ближче до бічної рами. Це додасть певні зручності при заміні пневматичного приладу. Приєднання повітророзподільника до гальмівної магістралі (не показана) здійснюється за допомогою повітроводу 27 від повітророзподільника 2 через відповідний розлучний кран і трійник (не зображені). Розлучний кран може бути встановлений і безпосередньо на повітророзподільник. Інший візок має аналогічні пневматичні прилади, при цьому штуцер повітророзподільника, для приєднання до гальмівної магістралі, також розташований максимально близько до неї. Пропонована пневматична система гальмівного обладнання, з гальмуванням для кожного візка, встановлюється, наприклад, на вантажний вагон і працює в такий засіб. При службовому або екстреному гальмуванні, що починається після зниження тиску в гальмівній магістралі, повітророзподільник 2 відкриває можливість надходження повітря із запасного резервуара 4 по трубах, що проводять повітря 5 до авторежиму 3 візка, потім по трубах стиснене повітря перепускається в гальмівні циліндри 12. Кожний авторежим дозволяє подавати стиснене повітря в гальмівні циліндри з тиском, що відповідає положенню важеля, що сприймає завантаження. Він встановлює незалежні зусилля натискання гальмівних колодок на колеса візків, залежно від розміру осідання ресорних пружин, що пропорційний вазі вантажу й інших 4 UA 103000 C2 5 10 15 20 умов експлуатації кожного візка. Під дією тисків стисненого повітря в гальмівних циліндрах 12, їхні штоки передають відповідні гальмівні сили до колісних пар візків через виконавчий механізм - виконаний у вигляді траверси 10 і елемента підвіски 7 гальмівного підкладення з колодкою. Тому що, вплив штока гальмівного циліндра на колодки робиться з мінімальною кількістю вузлів передачі, то це приводить до максимально можливого коефіцієнта корисної дії гальмівного обладнання. Використання циліндра із двома або трьома поршнями дозволяє зменшити діаметр його корпуса й мінімально змінювати конструкцію надресорної балки. Поєднання функцій в одному приладі приводить до одержання більш компактного розташування пневматичних приладів на візку. Таким чином, використання пропонованого технічного рішення дозволяє збільшити ефективність гальм залізничного транспорту при гальмуванні для кожного візка. Оптимізацією розташування гальмівних приладів вагона. Крім того, при необхідності ремонту, може замінюватися весь візок разом з гальмівними приладами. Це приведе в остаточному підсумку до скорочення простою рухливого складу, що є досить важливим моментом. На пропоноване технічне рішення підготовлена необхідна конструкторська документація, для виготовлення дослідних зразків візків і проведення випробувань у реальних умовах експлуатації. При цьому, як авторежим закладалося застосування розробленого пневматичного приладу АРД6 і широко використовуваного повітророзподільника типу 483. Зрозуміло, що при інших умовах ці прилади можуть відрізнятися від використаних у конкретному випадку. Запропоновані технічні рішення не обмежуються представленим вище описом, що є прикладом виконання як варіант, і що можливі модифікації у рамках ідеї винаходу, як викладених раніше, так і визначених у пропонованій нижче формулі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 1. Система гальмівного обладнання рухомого складу, що включає в себе пневматичну частину у вигляді повітророзподільника, запасного резервуара, приладу авторежиму і щонайменше одного гальмівного циліндра, що забезпечує передачу гальмівних зусиль на виконавчий механізм візка, з'єднаних повітроводами, яка відрізняється тим, що система забезпечена додатковим запасним резервуаром так, що на кожний візок встановлені один (два) резервуар(и), розташовані в тілі надресорної балки, двома двопоршневими (трипоршневими) або здвоєними гальмівними циліндрами, що одночасно впливають на колодки колісних пар через траверси й розташованими під відповідною виїмкою в надресорній балці з кожної її сторони на підвісках бічних рам таким чином, щоб не перевищувалися граничні габаритні розміри візка у завантаженому стані, при цьому повітророзподільник і прилад авторежиму, закріплені на надресорній балці, а також гальмівні циліндри, запасні резервуари, розташовані на візках, забезпечують незалежну передачу гальмівних зусиль від гальмівних колодок на колеса кожного візка у відповідності з умовами його експлуатації. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що на траверсу, розташовану з боку авторежиму, для компенсації зміни її вертикального положення, у зв'язку зі зміною положення колодки на колесі через її зношування й можливими відхиленнями коліс по діаметру, встановлений похилий майданчик, що має піднятий до верху далекий від надресорної балки край, на яку опирається поворотний важіль авторежиму візка. 3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що два здвоєних гальмівних циліндри є багатопоршневими, а повітророзподільник має вбудовану функцію авторежиму. 5 UA 103000 C2 6 UA 103000 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7