Результат интеллектуальной деятельности: ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Изобретение относится к воздухораспределителю пневматической тормозной системы железнодорожного подвижного состава и может найти применение в системах для дросселирования газа.

Как пневматический прибор воздухораспределитель содержит каналы, камеры, как с диафрагмами, так и без, при этом некоторые из них могут быть подпружиненными, поршни и дроссельные пневмосопротивления в виде отверстий диаметром около 0,3-2 мм. Эти отверстия задействованы в той и иной мере во всех режимах работы тормозной системы, способствуя или выравниванию давлений в полостях, или выполнению последовательности изменения давлений в камерах воздухораспределителя (В.Г.Иноземцев, И.В.Абашкин, Тормозное и пневматическое оборудование подвижного состава. - М., 1984, с.114-123).

Основной недостаток используемых в этом приборе тормозной системы дроссельных отверстий обуславливается именно их малыми диаметрами. Воздух чаще всего недостаточно очищен от посторонних частиц, которые, задерживаясь в узких местах, могут полностью перекрыть отверстия и нарушить режим работы воздухораспределителя. Прочистить такие места при ремонте также довольно затруднительно, так как некоторые каналы стыкуются под прямым углом.

Известно техническое решение, в котором входные дроссельные отверстия плунжера магистральной части, сообщающие в процессе отпуска рабочую камеру с золотниковой и ускорительную полость с рабочей камерой, выполнены на разных расстояниях от торца хвостовика плунжера (А.с. №1341084, В60Т 15/18, от 18.04.86). Дополнительное дроссельное отверстие сообщает ускорительную полость с магистральной камерой. Диаметр этих отверстий не изменяется. Поэтому данному техническому решению присущи вышеуказанные недостатки. Наиболее близким техническим решением является воздухораспределитель с увеличенными дроссельными отверстиями (Пат. RU №2031025, В60Т 13/24, В60Т 15/18, от 16.06.1992). Увеличение дроссельных отверстий выполнено в строгой взаимосвязи между собой и в зависимости от уклона железнодорожного пути. Необходимая величина (диаметр d) дроссельных отверстий определяется расчетным путем исходя из времени протекания процессов торможения и отпуска с использованием известных выражений, представленных в виде:

d=2(v/tттμt^1/2)^1/2×Ф_i(P_α,β), где V - объем резервуара;

t - время перетекания воздуха из одного объема в другой;

μ - коэффициент расхода воздуха; Т - абсолютная температура воздуха;

Ф_i - символы, обозначающие различные функции, зависящие от переменных величин Р_α и Р_β (давлений на входе и после дросселя). Максимальный темп изменения давления определяется по преобразованному выражению величиной допустимых продольно-динамических усилий, действующих в короткосоставном поезде: t=А∑К_рϕ_крI_п/ω_вR, где А - коэффициент, учитывающий состояние поезда; К_р - расчетная сила нажатия тормозных колодок; ϕ_кр - коэффициент трения тормозных колодок; I_п - длина поезда; ω_в - скорость тормозной волны; R - величина продольно-динамических усилий.

Утверждается, что рассчитанные таким образом диаметры определенных дроссельных отверстий не нарушают последовательности протекания отдельных процессов, в совокупности составляющих торможение или отпуск, а ускоряют их темп в соответствии с крутизной спуска. Недостатком такого подхода является ограниченность диапазона, в котором можно расширить диаметр дроссельных отверстий и области применимости: только короткосоставной промышленный подвижной состав. Кроме того, данное решение приводит к изменению режимов работы воздухораспределителя, что является совсем нежелательным в некоторых случаях работы тормозного прибора. А повышение надежности и ремонтопригодности достигается здесь для узкого круга каналов сообщения камер.

Целью изобретения является повышение надежности и ремонтопригодности при сохранении характеристик тормозного прибора.

Цель достигается тем, что в воздухораспределителе тормозной системы подвижного состава, состоящем из главной и магистральной частей с двухкамерном резервуаром, содержащем в корпусе магистральной части подвижную перегородку с шайбами, разделяющую магистральную и золотниковую камеры, в которой расположен плунжер, седло, внутри отверстия которого расположена часть плунжера с дроссельными отверстиями, сообщающими магистральную и золотниковую камеры, а на наружном выступе указанного седла находится дроссельное отверстие, сообщающее рабочую камеру магистральной части с рабочей камерой двухкамерного резервуара посредством канала, имеет в канале дроссель в виде нескольких шайб с промежуточными камерами и такой проводимостью отверстий, чтобы вместе с проводимостью дроссельного отверстия седла сохранялась величина расхода газа при всех режимах торможения.

Кроме того, дополнительный дроссель установлен в канале между двумя частями корпуса магистральной части таким образом, что стенки дросселя служат направляющими при сборке.

Установка дополнительного дросселя в канале перед основным позволяет сохранить общий расход газа при увеличении диаметра отдельного отверстия путем увеличения количества установленных в канале модулей с отверстиями. Это объясняется тем, что, как известно, в пневматике дроссели с малым (≤10) отношением диаметра отверстия к длине относятся к турбулентным и для них возможна замена одного на несколько других последовательно сообщаемых. При этом, так как расход газа (G=v/t) сохраняется, необходимо вытекает условие сохранения эффективной площади последовательно установленных пневмосопротивлений. Это вытекает из того, что общий перепад давлений всех сопротивлений равен сумме перепадов на каждом: Р₀-P_n=G²/2ρμ²∑F_i ^-2 (давлений на входе (Р₀) первого дросселя и после n-го дросселя (Р_n), ρ - плотность газа, F_i - площадь i-го дроссельного отверстия), а присутствующая здесь сумма обратных квадратов площадей может быть записана посредством выражения для эффективной площади F_э=(∑F^-2)^-1/2. При требовании сохранения эффективной площади возможно варьирование или числа дроссельных отверстий при некотором заданном диаметре, или диаметра при заданном количестве пневмосопротивлений. (Залмансон Л.А. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. - М.: Акад. наук, 1961, 294 с.).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по доступным источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к заявляемому техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения. Таким образом, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный анализ известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. То есть заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена магистральная часть воздухораспределителя, продольный разрез.

Магистральная часть содержит в корпусе 1, подвижную перегородку 2 с шайбами 3 и 4, разделяющую магистральную 5 и золотниковую камеры 6, в которой расположен плунжер 7, седло 8, внутри отверстия 9 которого расположена часть плунжера с дроссельными отверстиями 10, 11 и 12, сообщающими магистральную и золотниковую камеры, а на наружном выступе указанного седла находится дроссельное отверстие 13, сообщающее промежуточную полость рабочей камеры 14 магистральной части с рабочей камерой двухкамерного резервуара(не показана) посредством канала 15, имеет в канале дополнительный дроссель 16 с двумя шайбами 17 и 18 с отверстиями и промежуточными камерами 19.

Диаметры дроссельных отверстие рассчитывались в соответствии с приведенными выше выражениями для заданного числа n=3 и составили около 0,8 мм для каждого отверстия. При этом из-за малости длины дроссельной вставки не принималось во внимание изменение общей длина канала.

Устройство работает следующим образом. Воздух по каналу 15 через дроссель 16 отверстия в шайбах 17 и 18 проходит в рабочую камеру 14 через еще одно дроссельное отверстие 13. После прохождения всех отверстий газ поступает в входные отверстия 10, 11 и 12, плунжера 7 и далее в магистральную камеру. Потеря напора в дросселе происходит при деформации потока газа и вихреобразовании при внезапном сжатии и последующем расширении потока. Площади отверстий в шайбах 17 и 18 и объемы расширительных камер 19 и канала 15 обеспечивают сохранение массового расхода дросселируемого газа постоянным, т.е. дроссель работает на докритическом режиме, обеспечивая равную нагрузку на каждое отверстие. Дроссели приведенной конструкции могут быть установлены и в других каналах.

Проведенный эксперимент подтвердил изложенные выше соображения о сохранении режимов торможения воздухораспределителя при увеличенном количестве пневмосопротивлений. Технико-экономическая эффективность по надежности достигается за счет увеличения диаметра отверстий и имеющихся промежуточных камер, что приводит к уменьшению засоряемости отверстий дросселя, кроме того, стенки дополнительного дросселя могут являться дополнительными направляющими при сборке тормозного прибора. Кроме того, предложенное техническое решение способствует и повышению ремонтопригодности, так как позволяет совершать очистку через отверстия подходящего диаметра.

На указанный воздухораспределитель разработана техническая документация для выпуска и проведения испытаний опытной партии приборов.