Результат интеллектуальной деятельности: Система экстренного торможения грузового железнодорожного транспорта

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, рассматривает конструкцию системы тормозного оборудования (управления тормозами вагона).

В связи с потребностью доставки грузов на большие расстояния возникает необходимость решения задачи повышения скоростей доставки народнохозяйственных грузов потребителю железнодорожным транспортом. Решение поставленной задачи возможно при создании нового подвижного состава, в том числе грузовых подвижных железнодорожных единиц (локомотивов, вагонов и платформ) для контейнерных перевозок, позволяющими развивать скорости до 160 км/ч. Разогнав поезд до таких скоростей, необходимо уметь их останавливать, особенно в экстренных ситуациях. Однако в настоящее время средств, позволяющих эффективно управлять процессом экстренного торможения скоростных грузовых поездов, нет.

Известна система, которая была спроектирована для скоростного железнодорожного транспортного средства, включающая в себя блок электропневматического торможения и блок пневматического торможения, при этом блок электропневматического торможения построен на использовании электровоздухораспределителя ЭВР 305, имеющего два электропневматических вентиля тормоза ВТ и отпуска ВО и сообщенного входом с ЗР (запасный резервуар) и выходами сообщенный с тормозными цилиндрами, а блок пневматического торможения построен на использовании воздухораспределителя ВР 483А, так же сообщенного входом с тормозной магистралью и выходами сообщенный с тормозными цилиндрами (см. ст. "Тормозные системы для грузового скоростного движения с цифровым управлением", С.Г. Чуев, С.А. Популовский, П.М. Тагиев, ж. "Вагоны и вагонное хозяйство" № 4(56), 2018 г., стр. 31-33, рис. 2).

Данное решение принято в качестве прототипа.

При экстренном торможении весь воздух из тормозной магистрали выпускается максимальным темпом. Воздухораспределители срабатывают на экстренное торможение, максимально быстро наполняя тормозные цилиндры, при этом давление в них всё равно не будет превышать максимально возможное при служебном торможении. То есть, фактически, экстренное торможение - это создание полного давления в тормозных цилиндрах, которое можно создать полным служебным торможением, за более короткий промежуток времени, за счёт чего и достигается минимально возможный тормозной путь.

Основными тормозами поездов являются пневматические тормоза (ПТ). При экстренном торможении электропневматический тормоз (ЭПТ) не работает. ЭПТ не являются автоматическими тормозами в отличие от пневматических, то есть они не сработают при разрыве тормозной магистрали (например, при разъединении поезда), при неисправности цепей ЭПТ они просто не будут работать. Например, при нарушении электропроводки может выйти из строя вся система ЭПТ.

Стандартная схема 483 и 305 не обеспечивают тормозные пути при экстренном торможении и рассчитана максимум на 90 км/ч, т.к. время наполнения тормозных цилиндров (ТЦ) большое - 7-15 сек, а в хвосте поезда за счет медленной разрядки тормозной магистрали (ТМ) до 40 сек.

Воздухораспределители делятся по назначению на грузовые, пассажирские, специальные и воздухораспределители для скоростных поездов, отличающиеся временем наполнения и опорожнения тормозных цилиндров. Каждый тип воздухораспределителей рассчитан на определенную длину поезда, которая зависит от скорости распространения тормозной волны.

Известные системы с ускорителем (У) используются с пассажирским воздухораспределителем (ВР) (см. например, патент РФ № 77229).

Если просто поставить У на грузовой вагон (в связке с грузовым ВР, например модели 483), то эффекта не будет. В грузовом ВР есть золотниковая камера ЗК (это часть двухкамерного резервуара в ВР 483), которая разряжается своим темпом. ЗК разряжается медленно, медленнее, чем ТМ. Время наполнения ТЦ ограничивается разрядкой ЗК и время наполнения ТЦ не будет менее чем 7-15 сек.

Ниже приводится краткая характеристика воздухораспределителя ВР 483 (фиг. 1).

Магистральная часть (ЧМ) контролирует давление в тормозной магистрали (ТМ) и обеспечивает "запуск" воздухораспределителя на торможение или отпуск тормозов.

Главная часть (ЧГ) - исполнительная часть, которая регулирует давление в ТЦ и подчиняется процессам, происходящим в магистральной части.

МК - магистральная камера - напрямую связана с ТМ. Относительно золотниковой камеры (ЗК) находится по разные стороны магистральной диафрагмы. Понижение давления в ТМ и МК вызывает смещение диафрагмы влево, т.е. в сторону торможения, а повышение давления смещает диафрагму вправо, т.е. в сторону отпуска и зарядки тормозов.

ЗК - золотниковая камера. Через элементы магистральной части в ЗК повторяется все, что происходит в ТМ и МК. Утечка воздуха из ЗК приводит к самозатормаживанию отдельной подвижной единицы. Золотниковая камера ЗК состоит из трех частей, соединенных каналами. Часть объемом 0,6 л расположена с правой стороны магистрального поршня, часть объемом 4,5 л - в корпусе двухкамерного резервуара, часть объемом 0,9 л - с правой стороны главного поршня. Общий объем рабочей камеры ЗК 3 - 6 л.

При торможении давление снижается в ТМ, МК и ЗК на одну и ту же величину, а давление в рабочей камере (РК) почти не изменяется от зарядной величины.

Кроме того, совместно с ЗК, РК обеспечивает быстрый бесступенчатый отпуск тормозов на равнинном режиме за счет перетекания воздуха из РК в ЗК до выравнивания в них давления. Если РК недостаточно заряжена, то при торможении давление в тормозном цилиндре (ТЦ) не будет появляться вообще или величина его будет менее установленной нормативами. Утечка воздуха из РК приводит к отсутствию наполнения ТЦ или к самопроизвольному отпуску тормозов.

ЗК управляет процессом торможения. Разница между ЗК и РК (с точки зрения выполняемой функции) – ЗК управляет процессом торможения. Золотниковую камеру (ЗК) в стандартном ВР разряжает магистральная (МЧ), тем самым разрядка ЗК ограничивается по времени, тем самым ограничивается время наполнения ТЦ в пределах 7-15 сек.

Это является недостатком известного ВР и систем торможения, построенных на его основе.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в обеспечении тормозного пути на скорости 160 км/ч при экстренном торможении товарных составов за счет ускоренной разрядки тормозной магистрали и сокращения времени наполнения тормозных цилиндров.

Система экстренного торможения грузового железнодорожного транспорта, содержащая блок пневматического торможения, построенный на использовании воздухораспределителя, сообщенного входами магистральной части и главной части с тормозной магистралью, а выходами сообщенного с запасным резервуаром тормозной системы и через два реле давления с тормозными цилиндрами, снабжена ускорителем экстренного торможения для сокращения времени разрядки тормозной магистрали перед началом наполнения тормозных цилиндров, тормозная магистраль по одному каналу сообщена с исполнительной частью ускорителя экстренного торможения, выполненной в виде поршней с управляющими полостями, а по другому каналу сообщена с магистральной частью и главной частью воздухораспределителя, с клапаном ограничительным, с управляющей частью ускорителя экстренного торможения и с ускорительной камерой, сообщенной с управляющей частью ускорителя экстренного торможения, и одновременно сообщена с исполнительной частью ускорителя экстренного торможения в полости над срывным клапаном и с управляющей частью этого ускорителя под возбудительным клапаном, при этом при понижении давления в тормозной магистрали темпом экстренного торможения и при понижении давления в управляющей полости под поршнем управляющей части ускорителя экстренного торможения, этот поршень выполнен с возможностью перемещения для открывания возбудительного клапана в управляющей части ускорителя экстренного торможения для разрядки полости над поршнем исполнительной части этого ускорителя в атмосферу, а срывной клапан исполнительной части этого ускорителя выполнен с возможностью открытия канала разрядки тормозной магистрали в атмосферу, а два реле давления, образующие релейную схему, предназначенную для снижения времени наполнения тормозных цилиндров, выполнены каждый в виде распределителей поршневого типа, выход каждого из них сообщен с тормозными цилиндрами, одни входы сообщены с запасным резервуаром, а их управляющие полости сообщены с управляющими камерами магистральной и главной частей, причем в реле давления сечения каналов сообщения выходов с тормозными цилиндрами и каналов сообщения с запасным резервуаром выполнены размером равным размеру сечения трубопровода подходящего от запасного резервуара.

В предпочтительном варианте системы в реле давления сечения каналов сообщения выходов с тормозными цилиндрами и каналов сообщения с запасным резервуаром выполнены размером 3/4 дюйма.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 – схемное изображение ВР 483 из уровня техники;

фиг. 2 - изображена блок-схема системы тормозного оборудования для железнодорожного транспортного средства скоростного движения;

фиг. 3 - детализированная схема по фиг. 2.

Согласно настоящего изобретения рассматривается конструкция системы тормозного оборудования для железнодорожного транспортного средства, в которой за счет использования ускорителя (У) новой конструкции, а также клапана стабилизирующего (КС), клапана ограничительного (КОрг) и релейной схемы время наполнения ТЦ и тормозной путь (время торможения) сокращается до 6 сек.

В общем случае, в заявленной системе экстренного торможения грузового железнодорожного транспорта блок пневматического торможения построен на использовании воздухораспределителя, сообщенного входами магистральной части и главной части с тормозной магистралью, а выходами сообщенного с запасным резервуаром тормозной системы и через два реле давления с тормозными цилиндрами.

Для решения задачи ускоренной разрядки тормозной магистрали и ускоренного наполнения тормозных цилиндров система снабжена ускорителем экстренного торможения для сокращения времени разрядки тормозной магистрали.

Тормозная магистраль по одному каналу сообщена с исполнительной частью ускорителя экстренного торможения, выполненных в виде поршней с управляющими полостями, а по другому каналу сообщена с магистральной частью и главной частью воздухораспределителя, с клапаном ограничительным, с управляющей частью ускорителя экстренного торможения и с ускорительной камерой, сообщенной с управляющей частью ускорителя экстренного торможения, и одновременно сообщена с исполнительной частью ускорителя экстренного торможения в полости над срывным клапаном и с управляющей частью этого ускорителя под возбудительным клапаном.

При понижении давления в тормозной магистрали темпом экстренного торможения и при понижении давления в управляющей полости под поршнем управляющей части ускорителя экстренного торможения, этот поршень выполнен с возможностью перемещения для открывания возбудительного клапана в управляющей части ускорителя экстренного торможения для разрядка полости над поршнем исполнительной части этого ускорителя в атмосферу, а срывной клапан исполнительной части этого ускорителя выполнен с возможностью открытия канала разрядки тормозной магистрали в атмосферу.

А два реле давления, образующие релейную схему, предназначенную для снижения времени наполнения тормозных цилиндров, выполнены каждый в виде распределителей поршневого типа, выход каждого из них сообщен с тормозными цилиндрами, одни входы сообщены с запасным резервуаром, а их управляющие полости сообщены с управляющими камерами магистральной и главной частей через ограничитель дополнительной разрядки, причем в этих реле давления сечения каналов сообщения выходов с тормозными цилиндрами и каналов сообщения с запасным резервуаром выполнены размером равным размеру сечения трубопровода подходящего от запасного резервуара. В предпочтительном варианте системы сечения каналов сообщения выходов с тормозными цилиндрами и каналов сообщения с запасным резервуаром выполнены размером 3/4 дюйма.

Ниже приводится схемный алгоритм связей узлов тормозного оборудования части

системы пневматического торможения для скоростного железнодорожного транспортного средства (фиг. 2). Под выражением «путем» или «путь» понимается канал магистрали (трубопровод), посредством которого сообщены узлы или отдельные камеры или полости узлов сообщены между собой.

ТМ 1 подходит к крану разобщительному 2 с диагностикой (КрРШ) и далее:

- одним путем 3 подходит к исполнительной части 4 ускорителя экстренного торможения 5 (У);

- вторым путем через фильтр 6 (Ф) (Ф очищает воздух, поступающий из ТМ 1), подходит к части магистральной 7 (ЧМ), части главной 8 (ЧГ), клапану стабилизирующему 9 (КС), клапану ограничительному 10 (КОгр), к блокировочному клапанному устройству 11 (БКУ), к управляющей части 12 У, и далее в ускорительную камеру 13 (УК), и одновременно подходит к исполнительной части 4 У в полость над срывным клапаном (СК) и далее в управляющую часть 12 У под возбудительный клапан.

ТМ 1, проходя через обратный клапан ЧГ 8, подходит к запасному резервуару 14 (ЗР). Из ЧМ 7 в золотниковую камеру 15 (ЗК) и КОгр 10, и одновременно через СК к ЧГ 8, и далее через КОгр 10 в рабочую камеру 16 (РК), КС 9, БКУ 11, и вторым путем из ЧМ 7 в РК 16. ЧМ 7 связана с ограничителем дополнительной разрядки 17 (ОДР) и через него с камерой дополнительной разрядки 18 (КДР) и ЧГ 8. КДР 18 связана с атмосферой.

Ограничитель дополнительной разрядки 17 ОДР состоит из двух клапанов: один клапан - в канал главной части ЧГ 8, а другой - на дополнительную разрядку, и сообщен с камерой дополнительной разрядки 18 (КДР).

ЧГ 8 имеет две связи с переключателем 19 (П). Далее из П 19 идет связь с У 5 и через переключательный клапан 20 (ПК) и редуктор – ограничитель 21 (Р), с:

- тормозной камерой 22 (ТК) и с управляющими полостями реле давлений 23 (РД2) и 24 (РД3), образующими релейную схему;

- ОДР 17, через резервуар и калиброванный канал.

Реле давления РД2 23 и РД3 24 имеют связь с ЗР 14 и с тормозными цилиндрами 25 (ТЦ1) и 26 (ТЦ2). П 19 имеет две связи с атмосферой. Из ЗР 14 идет связь к ВТ 27 (вентиль тормозной – электроуправляемый двухпозиционный пневмораспределитель) и РД1 28 электропневматического тормоза 29 (ЭПТ) и далее к БКУ 11 и ПК 20. Дальше связь идет до ТЦ2 и ТЦ3 - описанным выше путем.

Связь между КрРШ 2 и Ф 6 от У 5 введена для разрядки ТМ.

Далее приводятся описания режимов работы пневматического тормозного оборудования для железнодорожного транспортного средства скоростного движения.

Зарядка (фиг. 3).

Сжатый воздух из ТМ 1 через открытый кран КрРШ 2 одним путем поступает к клапану срывному исполнительной части 4 У 5, а вторым путем через Ф 6 подходит под поршень управляющей части 12 У5 и далее двумя каналами подходит в управляющую полость 30 над поршнем управляющей части У 5, при этом заряжая ускорительную камеру УК 13. Одновременно воздух через дросселированный канал 31 подходит к полости 32 над поршнем исполнительной части У 5. Далее сжатый воздух по каналу подходит к ЧГ 8 и через клапан обратный 33 заряжает ЗР 14 и тормозной клапан 34 ЧГ 8. Одновременно сжатый воздух из ТМ 1 поступает в полость под диафрагмой в КОгр 10, в полость под клапан КС 9, к БКУ 11 и по каналу поступает в магистральную камеру 35 (МК) ЧМ 7 и воздух из МК 35 через открытый под воздействием пружины клапан мягкости по дросселированному каналу начинает заряжать ЗК 15. Одновременно сжатый воздух в МК 35 вызывает прогиб магистральной диафрагмы 36 в ЧМ 7 в правое крайнее положение и через отверстия в хвостовике левого диска воздух из МК 35 через Г-образный канал плунжера 37 поступает в полость плунжера и далее через П-образный плунжер 37 в ЗК 15 вторым путем. Сжатый воздух из ТМ 1 через открытый клапан 38 КС 9 подходит в полость под главный поршень ЧГ 8, который под воздействием пружины занимает крайнее левое положение и начинается зарядка РК 16 через открытый клапан 39 КОгр 10, при одинаковом давлении в ТМ и ЗК. Одновременно сжатый воздух поступает в ЧМ 7 в полость над диафрагмой 36 органа мягкости, и далее подходит в полость для перемещения упорки переключателя вправо. Сжатый воздух из РК 16 подходит в полость над диафрагмой КС 9, тем самым заставляя обратный клапан 38 быть открытым. Одновременно воздух из РК 16 подходит к БКУ 11. Из ЗР 14 сжатый воздух подходит к ВТ 27 ЭПТ 29 и под питательные клапаны 41 РД1, РД2 и РД3, соответственно.

По окончании зарядки нормальное зарядное давление, соответствующее давлению в ТМ 1, устанавливается в МК, ЗК, РК и ЗР. Диафрагма 36 ЧМ вместе с плунжером 37 будут занимать положение, при котором толкатель 42 ЧМ 7 будет прижат к закрытому клапану дополнительной разрядки. Отверстия в плунжере перекроются и сообщение РК с МК и ТМ прекратиться. Клапан органа мягкости будет открыт под воздействием пружины на диафрагму и равенстве давлений в полостях.

Экстренное торможение

При понижении давления в ТМ 1 темпом экстренного торможения, полость 30 под поршнем управляющей части У 5 разряжается, и этот поршень под давлением УК 13 перемещается вниз и открывает возбудительный клапан в управляющей части 12 У 5, через которой начинается интенсивная разрядка полости над поршнем исполнительной части 4 У 5 в атмосферу. Срывной клапан исполнительной части 4 У 5 открывается и начинается дополнительная разрядка тормозной магистрали в атмосферу через отверстие большого сечения. Давление в МК 35 понижается, магистральная диафрагма 36 прогибается влево и толкатель 42 открывает клапан дополнительной разрядки, при этом происходит резкое падение давления в полости, и манжета-клапан отходит от своего седла и через ряд отверстий МК 35 начинает разряжаться:

- первым путем через открытый клапан органа дополнительной разрядки ОДР 17 в КДР 18 и далее в атмосферу;

- вторым путем через открытый клапан органа дополнительной разрядки ОДР 17 по каналам ЧГ в ТЦ и в атмосферу через уравнительный поршень 44 ЧГ 8 и П 19.

Резкое падение давления в МК 35 вызывает дальнейший прогиб магистральной диафрагмы 36 влево, в результате чего хвостовик клапана дополнительной разрядки открывает атмосферный клапан, тем самым открывая дополнительный выход воздуха из МК в атмосферу. Темп падения давления в МК увеличивается, и магистральная диафрагма 36 прогибается влево до упора и между плунжером и седлом левого диском возникает зазор. Это обеспечивает начало интенсивной разрядки ЗК 15 в атмосферу:

- через кольцевой зазор плунжера 37;

- клапан дополнительной разрядки ЧМ 8;

- КДР 18;

- уравнительный поршень 44 ЧГ 8.

Параллельным путем ЗК 15 разряжается в МК 35 через открытый клапан органа мягкости в ЧМ 8.

При понижении давления в ТМ, сжатый воздух перетекает через открытый клапан 38 КС 9 в ТМ. Главный поршень 45 ЧГ 7 под действием давления РК 16 начинает перемещаться вправо, преодолевая усилие пружины. Тормозной клапан 34 ЧГ 8 садится на хвостовик уравнительного поршня 44 ЧГ 8, перекрывая его атмосферный канал, при этом перекрывается канал сообщения с КДР 18. Под действием давления в РК 16 на диафрагму 36 органа мягкости, клапан мягкости закрывается.

При перемещении главного поршня 45 ЧГ 8 вправо, происходит сообщение канала ЗР 14 с каналом, идущим к П 19 и далее сжатый воздух из ЗР 14 через П 19 в зависимости от установленного режима идет одним путем или двумя к ПК 20. Далее сжатый воздух, проходя через Р 21, наполняет ТК 22. Из ТК 22 сжатый воздух подходит к ОДР 17, тем самым заканчивая дополнительную разрядку. Одновременно воздух из ТК 22 направляется к управляющим полостям РД2 и РД3. Клапаны 41 РД2 и РД3 открываются и сжатый воздух из ЗР 14 наполняет ТЦ.

При повышении давления в ПК 20 со стороны пневматического тормоза, воздух поступает в полость над поршнем 46 исполнительной части 4 У 5, тем самым закрывая срывной клапан этой части У 5 и прекращая дополнительную разрядку ТМ через У 5.

При переводе переключателя У 5 в положение «откл» и понижении давления в ТМ 1 темпом экстренного торможения, давление из УК 5 будет успевать перетекать через дополнительно открытый канал в полость под поршнем управляющей части 12 У 5, в результате чего не произойдет дополнительной разрядки ТМ.

В заявленной схеме за ЗК 15 частично сохраняется управляющая функция, она работает только с МЧ. ЗК управляет процессами дополнительной разрядка и отпуска.

В известном ВР 483 ЗК разряжается в атмосферу через МЧ и темп этой разрядки связан с временем наполнения ТЦ. Наполнение ТЦ – функция перепада давлений РК и ЗК ГЧ, чем быстрее ЗК разрядится, тем быстрее сработает ГЧ и наполнится ТЦ. В заявленной системе путем разобщения ЗК и ЧГ эта зависимость исключена, т.е. исключена временная зависимость наполнения ТЦ от разрядки ЗК.

ЗК не подводится к ГЧ как в 483 ВР, а вместо нее подведена ТМ 1. Но подведена не напрямую, а через клапаны КС 9 и Корг 10. В заявленной схеме ЗК выступает как управляющий резервуар, а не питающий (не исполнительный).

На КС 9 поступает управляющий сигнал из РК 16. Кс стабилизирует давление, т.е. не дает перезарядиться РК, иначе в РК поступит избыточное давление из ТМ и произойдет самопроизвольное торможение. Также КС помогает ГЧ сработать быстрее. При понижении давления в ТМ, сжатый воздух из рабочей полости ЧГ перетекает через открытый клапан КС в ТМ.

Корг предохраняет от перезарядки ЗК, при отпуске тормоза, когда возникает большая разница давления между ЗК и ТМ.

Корг и КС при экстренном торможении также снимают ограничение по времени (скорости) наполнения ТЦ при разрядке ЗК.

Ускоритель У - ускоряет разрядку ТМ, чтобы быстрее началось наполнение ТЦ при экстренном торможении. При служебном торможении У не срабатывает. Разрядка ТМ ограничивает наполнение ТЦ. Время распространения тормозной волны определяется с момента срабатывания крана машиниста до начала наполнения ТЦ. При использовании У это время сократиться (примерно с 5 сек до 3,5 сек).

Принципиальное отличие У в заявленной системе заключается в том, что он разбит на две части: исполнительную часть (ИЧ) и управляющую часть (УЧ). Ускорительная камера УК также вынесена отдельно. Это направлено на устранение отказов. За счет разведения УЧ и ИЧ воздух к УЧ подходит отдельным каналом через фильтр Ф. За счет этого не засоряются дроссели УЧ, обеспечивается стабильная, точная работа. К ИЧ воздух подходит напрямую, минуя фильтр. Также, за счет такого разнесения упрощается компоновка при монтаже на одной плите, а также повышается ремонтопригодность ускорителя, за счет доступа, с возможностью замены, к отдельным элементам У (УК, УЧ, ИЧ).

За счет использования релейной схемы с РД2 и РД3 происходит снижение времени наполнения тормозных цилиндров ТЦ. Раньше на грузовых вагонах РД, как правило, перед ТЦ не использовались. Чем больше объем ТЦ, тем дольше он наполнялся. За счет больших проходных сечений, т.е. за счет увеличения сечения входа в РД от ЗР (3/4 дюйма или сопоставимы с диаметром труб) происходит перетекание воздуха напрямую из ЗР 14 через РД 23 и 24 в ТЦ (нижний канал РД). За счет включения РД 23 и 24 любой объем ТЦ (может быть 2, 3 и 10 л) теперь будет наполняться очень быстро (2-3 сек.) напрямую из запасного резервуара ЗР через РД. Сигнал приходит на управляющую полость реле РД небольшими узкими каналами небольшого проходного сечения, а управляющая полость реле мала по объему, поэтому происходит быстрое срабатывание реле и воздух большим сечением из ЗР 14 через реле давления (РД 23 и 24) перетекает в тормозной цилиндр.

При разном износе тормозных колодок может быть различный выход штока тормозного цилиндра и как следствие - наполняемый объем. Релейная схема решает эту проблему. Релейная схема сохраняет время наполнения цилиндров ТЦ, независимо от объема цилиндров.