CZ2020461A3

CZ2020461A3 - Zátěžový brzdový ventil pro kolejová vozidla

Info

Publication number: CZ2020461A3
Application number: CZ2020461A
Authority: CZ
Inventors: Michal Bartuš; Michal Ing. Bartuš; Stanislav Pechar; Stanislav Ing. Pechar
Original assignee: Dako-Cz, A.S.
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2022-04-06
Also published as: CZ309170B6

Abstract

Zátěžový brzdový ventil pro kolejová vozidla, pro brzdění kolejového vozidla podle nákladu s přizpůsobením brzdné síly okamžité hmotnosti vozidla, je napojený na přívod (1) řídícího tlaku T od snímače ložení a obsahuje řídící píst (3) přestavné části ventilu, který je spojený prostřednictvím pístnice (7) s pohyblivou podpěrou (8), jejíž poloha definuje převod ramen (m):(n) na dvojramenné páce (9). Tato ramena (m, n) jsou jednotlivě ve styku jednak s pístnicí (22) řídícího pístu (13) rozvodné části ventilu, na který trvale působí tlak Cv z řídícího vzduchojemu brzdového systému, a jednak s dutou pístnicí (23) vstřícného pístu (20) do brzdového válce, napájeného stlačeným vzduchem přívodem (19) z pomocného vzduchojemu tlakem R přes záklopku (17). Přestavná část od pístu (3) kolem pístnice (7) obsahuje soustavu nejméně dvou tlačných pružin (4, 5, 6, 26, 28, 31), které jsou zapojeny paralelně nebo sériově s výslednou lomenou charakteristikou a které jsou vůči pístnici (7) uloženy koaxiálně.

Description

Zátěžový brzdový ventil pro kolejová vozidla

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je uspořádání zátěžového brzdového ventilu pro kolejová vozidla se zlinearizovanou charakteristikou.

Dosavadní stav techniky

Jednoduchá brzdová výstroj výrobce DAKO kolejového osobního nebo nákladního vozu pozůstává z několika základních komponentů, a to z brzdového potrubí, rozvaděče, pomocného vzduchojemu, rozvodového vzduchojemu, řídicího vzduchojemu, brzdového zátěžového ventilu, snímače ložení a brzdového válce. Základní schéma brzdy DAKO je znázorněno na připojeném obr. 6. V pohotovostním stavu jsou stlačeným vzduchem z hlavního potrubí VII naplněny všechny potrubní prostory rozvaděče, pomocný vzduchojem I a rozvodový vzduchojem Π. Pracovní prostory řídicího vzduchojemu VI, zátěžového brzdového ventilu IV a brzdového válce III jsou v pohotovostním stavu odvětrané. K aktivaci pneumatické brzdy kolejového vozidla dochází při poklesu tlaku v hlavním potrubí VII. Tlaková změna se z hlavního potrubí VII šíří dále do potrubních prostorů rozvaděče V (napojeného také na napájecí potrubí VIII, jestli je toto potrubí součástí brzdové výzbroje vozu), který se tak uvádí do činnosti. V závislosti od velkosti poklesu tlaku v hlavním potrubí VII se prostřednictvím rozváděče V plní stlačeným vzduchem o příslušné hodnotě řídicí vzduchojem VI, z kterého dále proudí vzduch do brzdového zátěžového ventilu IV, který následně propojí pomocný vzduchojem I s brzdovým válcem ΙΠ. Dochází tak k vyvození brzdné sily.

Zátěžový brzdový ventil DAKO se skládá ze dvou konstrukčních celků, a to z části rozvodné apřestavné. Hlavní součásti rozvodné části jsou řídicí píst rozvodné části ventilu, vstřícný píst, dvojramenná páka, pístnice řídicího pístu, dutá pístnice a podvojná záklopka. Hlavními komponenty přestavné části jsou řídicí píst přestavné části, tlačná regulační pružina, volnoběžka, pístnice a pohyblivá podpěra.

Brzdění podle nákladu znamená přizpůsobení brzdné síly okamžité hmotnosti vozidla. Změna velkosti brzdné síly nastává pneumaticky kontinuální změnou tlaku v brzdovém válci v závislosti na hmotnosti vozidla. Regulace brzdné síly se uskutečňuje prostřednictvím řídicího tlaku T, který se přivádí od snímače ložení umístěného v místě vypružení vozidla. Na základě velkosti řídicího tlaku T ze snímače ložení a pilotního tlaku Cv z řídicího vzduchojemu je vytvořen v zátěžovém brzdovém ventilu tlak C do brzdového válce. Závislost tlaku C na tlaku T je nelineární, což je způsobené převodem na dvojramenné páce ventilu. V minulosti nastavení charakteristiky zátěžového brzdového ventilu v kombinaci s litinovými brzdovými špalky nebyl až takový problém, protože jeho nelinearita byla do značné míry vykompenzována klesajícím součinitelem tření na třecí dvojici „brzdový špalík - dvojkolí“ pří zvyšujícím se přítlaku brzdových špalků na kola. Docházelo tedy k tomu, že rostoucí průběh charakteristiky ventilu byl korigován klesajícím průběhem charakteristiky součinitele tření na třecí dvojici. Výsledná charakteristika brzděni se tak blížila k ideální charakteristice, to znamená, že nedocházelo ani k přebrzdění, ani k podbrzdění vozidla. Takovým způsobem bylo možné bez jakýchkoliv komplikací dosáhnout předepsaného tolerančního pásma brzdové účinnosti, která se vyjadřuje pomocí brzdicího procenta λ. S vývojem legislativy a rostoucími environmentálními nároky na železniční dopravu se od litinových brzdových špalíků přešlo k používání špalíků vyrobených z kompozitních materiálů. Jedním z hlavních důvodů k takovému kroku byla snaha o snížení emisí hluku při brzdění vlaku.

V současnosti existuje několik mezinárodně schválených typů kompozitních špalíků, přičemž při jejich aplikaci dochází ke komplikacím, zejména při návrhu a výpočtu brzdy. Příčinou těchto komplikací je relativně konstantní průběh třecího koeficientu kompozitních špalíků, neboť se

-1 CZ 2020 - 461 A3 zvyšujícím se přítlakem špalíků na kolo nedochází až k tak velkému poklesu hodnoty součinitele tření jako pň špalících litinových.

Z výše uvedeného rozdílu vlastností mezi litinou a kompozitními materiály dochází ke komplikacím při výpočtu samotné brzdy a stanovení parametrů zátěžového brzdového ventilu tak, aby se vyhovělo platné UIC a TSI legislativě určující hranice rozsahu hodnoty brzdové účinnosti, a to konkrétně pro vlaky jezdící v režimu „SS“ je λ = 100 125 %, pro vlaky jezdící v režimu „S“ je z 65 : 125 %. Proto je nutné posouvat krajní výpočtové body výsledné brzdové charakteristiky na hranici horní tolerance tak, aby nedocházelo k propadnutí brzdové účinnosti pod dolní hranici tolerance pro středně ložený vůz.

Podstata vynálezu

Cílem tohoto vynálezu je zlepšit současnou konstrukci zátěžového brzdového ventilu, aby se dosáhlo co nej ideálnější brzdové charakteristiky kolejového vozidla, a tedy vlakové soupravy, bez nutnosti použití dalších přídavných zařízení.

Předmětem tohoto vynálezu je zátěžový brzdový ventil pro kolejová vozidla, pro brzdění podle nákladu s přizpůsobením brzdné síly okamžité hmotnosti vozidla, napojený na přívod řídicího tlaku T od snímače ložení a obsahující řídicí píst přestavné části ventilu, který je spojený prostřednictvím pístnice s pohyblivou podpěrou, jejíž poloha definuje převod ramen m : n na dvojramenné páce. Tato ramenajsou jednotlivě ve styku jednak s pístnicí řídicího pístu rozvodné části ventilu, na který trvale působí tlak Cv z řídicího vzduchojemu brzdového systému, a jednak s dutou pístnicí vstřícného pístu, kde prostor nad tímto pístem je spojen s brzdovým válcem III, napájeného stlačeným vzduchem přívodem z pomocného vzduchojemu I tlakem R přes podvojnou záklopku. Podstata tohoto vynálezu spočívá vtom, že přestavná část od pístu kolem pístnice obsahuje soustavu nejméně dvou tlačných pružin zapojených paralelně a/nebo sériově s výslednou lomenou charakteristikou, které jsou vůči pístnicí uloženy koaxiálně.

V jednom provedení vynálezu soustava tlačných pružin obsahuje dvě až tři tlačné pružiny, a to tlačnou pružinu velkou a tlačnou pružinu malou, případně i tlačnou pružinu středovou, které jsou zapojeny paralelně.

V jiném provedení vynálezu soustava tlačných pružin obsahuje tři tlačné pružiny, a to tlačnou pružinu primární, tlačnou pružinu sekundární a tlačnou pružinu terciární, které jsou zapojeny sériově.

V dalším provedení vynálezu soustava tlačných pružin obsahuje dvě tlačné pružiny, a to tlačnou pružinu primární a pružinu s duální charakteristikou, které jsou zapojeny sériově.

Konstrukční řešení podle tohoto vynálezu značně eliminuje nelineárnost výsledné brzdové charakteristiky vozidla, která je zapříčiněna nelineární charakteristikou zátěžového brzdového ventilu.

Objasnění výkresů

Na připojených výkresech jsou zobrazeny příklady provedení předloženého vynálezu.

Na obr. 1 je průběh charakteristiky brzdění kolejového vozidla vybaveného špalíkovou brzdou s litinovými špalíky P10.

Na obr. 2 průběh charakteristiky brzdění kolejového vozidla vybaveného špalíkovou brzdou s kompozitními špalíky K.

- 2 CZ 2020 - 461 A3

Na obr. 3 je porovnání ideální červené křivky a původní lineární modré křivky charakteristiky tlačné regulační pružiny v přestavné části zátěžového brzdového ventilu.

Na obr. 4 je porovnání ideální a původní charakteristiky brzdění kolejového vozidla vybaveného špalíkovou brzdou s kompozitními špalíky K.

Na obr. 5 je příklad průběhu vylepšené charakteristiky brzdění kolejového vozidla vybaveného špalíkovou brzdou s kompozitními špalíky K.

Na obr. 6 je schématické znázornění návaznosti komponentů brzdy DAKO.

Na obr. 7 je funkční schéma zátěžového brzdového ventilu s původním konstrukčním řešením přestavné části s jednou tlačnou pružinou a volnoběžkou.

Na obr. 8 je funkční schéma zátěžového brzdového ventilu s konstrukčním řešením přestavné části podle předloženého vynálezu se soustavou dvou paralelně zapojených pružin.

Na obr. 9 je funkční schéma zátěžového brzdového ventilu s konstrukčním řešením přestavné části podle tohoto vynálezu se soustavou tří paralelně zapojených pružin.

Na obr. 10 je funkční schéma zátěžového brzdového ventilu s konstrukčním řešením přestavné části se soustavou tří sériově zapojených pružin podle tohoto vynálezu.

Na obr. 11 je funkční schéma zátěžového brzdového ventilu s konstrukčním řešením přestavné části se soustavou dvou sériově zapojených pružin podle tohoto vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Názorné příklady konstrukčních provedení tohoto vynálezu jsou podrobně vysvětleny v následujícím textu, včetně funkce zátěžového brzdového ventilu.

Propad křivky brzdové účinnosti vozidla z důvodu nelineární charakteristiky zátěžového brzdového ventilu se dá v praxi vyřešit pro konkrétní brzděnou hmotnost vozidla dvěma způsoby, buď mechanicky změnou převodu tyčoví při stálém tlaku v brzdovém válci, nebo pneumaticky změnou tlaku v brzdovém válci při stálém převodu tyčoví. V následujícím textu se pojednává pneumatické řešení, to je úprava přestavné části zátěžového brzdového ventilu, a to konkrétně úprava jeho charakteristiky prostřednictvím změny charakteristiky tlačné regulační pružiny, od které de facto závisí velikost vnitřního převodu na dvojramenné páce a tedy velikost tlaku C do brzdového válce.

Průběh změn pilotního tlaku Cv v řídicím vzduchojemu VI se přenáší prostřednictvím řídicího pístu 13 rozvodné části ventilu, pístnice 22, na dvojramennou páku 9, dutou pístnici 23 a vstřícný píst 20 do brzdového válce III. který je napájený stlačeným vzduchem kanálem 16 do brzdového válce III od pomocného vzduchojemu I tlakem R přes otevřené vnější sedlo podvojné záklopky 17. Zátěžový brzdový ventil je tedy zařízení, které umožňuje udržovat tlak vzduchu v brzdovém válci III na hodnotě vyplývající z momentové rovnováhy na dvojramenné páce 9 opírající se svou spodní částí o pohyblivou podpěru 8. Na řídicí píst 13 rozvodné části ventilu působí trvale tlak Cv z řídicího vzduchojemu VI, přičemž na vstřícný píst 20 působí tlak C od brzdového válce ΙΠ.

Poměr ramen m : n na dvojramenné páce 9 je možné měnit posunem pohyblivé podpěry 8, přičemž dochází i ke změně velikostí momentů na dvojramenné páce 9. Tlak v brzdovém válci III tím nabývá různé hodnoty v závislosti od okamžité polohy otočného bodu pohyblivé podpěry 8.

-3CZ 2020 - 461 A3

Poloha pohyblivé podpěry 8 závisí od velikosti řídicího tlaku T a výsledné tuhosti soustavy tlačných pružin. Tato soustava může být řešena vícerými způsoby, jak je znázorněno na obr. 8 až obr. 11, kde tlačná pružina 4 velká, tlačná pružina 5 malá a tlačná pružina 6 středová podle obr. 8 a obr. 9 jsou zapojené paralelně a pružiny 26, 28, 30 a 31, tedy tlačná pružina 26 primární, tlačná pružina 28 terciární, tlačná pružina 30 sekundární a tlačná pružina 31 s duální charakteristikou na obr. 10 a obr. 11 jsou zapojené sériově. Taková soustava pružin působící na řídicí píst 3 přestavné části ventilu má výslednou charakteristiku lomenou, což znamená, že v určitém okamžiku po dosažení definované hodnoty poměru ramen m : n na dvojramenné páce 9 nastane skoková změna její tuhosti.

V prvním předloženém konstrukčním provedení, zobrazeném na obr. 8, je soustava tvořena dvěma tlačnými pružinami 4 a 5, tedy tlačnou pružinou 4 velkou a tlačnou pružinou 5 malou, které jsou zapojeny paralelně, to znamená, že řídicí píst 3 přestavné části ventilu se při působení řídicího tlaku T od snímače ložení posouvá směrem od nastavovacího šroubu 2 minimálního tlaku do brzdového válce III, přičemž stlačuje zpočátku jenom tlačnou pružinu 4 velkou. Jelikož dochází k stlačení jenom tlačné pružiny 4 velké, tuhost soustavy pružin je rovna tuhosti této pružiny. Po přejetí určité vzdálenosti řídicím pístem 3 přestavné části ventilu a tedy od okamžiku, který je definován určitým poměrem ramen m : n na dvojramenné páce 9, dochází k stlačení i tlačné pružiny 5 malé, což vyvolá skokovou změnu v tuhosti soustavy pružin. To stejné platí i pro konstrukční provedení v předloženém pořadí jako druhé, zobrazeném na obr. 9. Výsledná tuhost soustavy pružin v daném okamžiku se potom rovná součtu tuhostí všech stlačených pružin v dané soustavě.

k = k^ + k₂ + k₃ + ... + k_n

V třetím konstrukčním provedení, zobrazeném na obr. 10, je soustava pružin tvořena třemi tlačnými pružinami 26, 28 a 30, tedy je zde tlačná pružina 26 primární, tlačná pružina 28 terciární, tlačná pružina 30 sekundární, které jsou zapojeny sériově, to znamená, že řídicí píst 3 přestavné části ventilu se při působení řídicího tlaku T od snímače ložení posouvá směrem od nastavovacího šroubu 2 minimálního tlaku do brzdového válce III. přičemž stlačuje všechny tři výše uvedené pružiny soustavy pružin. Po přejetí určité vzdálenosti řídicím pístem 3 přestavné části ventilu, a tedy od okamžiku, který je definován určitým poměrem ramen m : n na dvojramenné páce 9, dochází k dosednutí dorazového tělesa 27 o stěnu ventilu, což má za následek vyřazení tlačné pružiny 26 primární z funkce. Dochází tak ke změně tuhosti soustavy. Při dalším pohybu řídicího pístu 3 přestavné části ventilu směrem od nastavovacího šroubu 2 minimálního tlaku do brzdového válce III se stlačují už jenom tlačná pružina 28 terciární a tlačná pružina 30 sekundární. To stejné platí i pro konstrukční provedení předloženému v pořadí jako čtvrté a zobrazené na obr. 11, avšak s tím rozdílem, že tlačná pružina 30 sekundární a tlačná pružina 28 terciární j sou nahrazeny tlačnou pružinou 31 s duální charakteristikou. Výsledná obrácená tuhost soustavy pružin v daném okamžiku se potom rovná součtu obrácených tuhostí všech stlačených pružin v dané soustavě.

1111 1 = 7- + 7- + 7- + - ⁺ T~ k k_± k₂ k₃ k_n

Ve výsledné brzdové charakteristice kolejového vozidla se okamžiky, ve kterých došlo k změně tuhosti soustavy pružin v přestavné části zátěžového brzdového ventilu ΙΠ, promítnou jako vrcholové body ležící v intervalu hmotnosti vozidla, v daném případě mezi 18 až 72 t (viz obr. 2).

Podle podmínek UIC má být na počátku brzdění velikost náskoku na brzdových zdržích přibližně 10 % z maximálního přítlaku. Tento požadavek je řešen tak, že dvojramenná páka 9 je v této fázi brzdění uložená na statické podpěře 10. která přitlačí dvojramennou páku 9 o horní opěrku 14 takovým způsobem, že pohyblivá podpěra 8 není v kontaktu s dvojramennou pákou 9. V náskokové fázi se vahadlo, které tvoří dvojramenná páka 9. vychýlí okolo otočného bodu statické podpěry 10. přičemž do brzdového válce III přes otevřené vnější sedlo podvojné záklopky 17 vnikne vzduch z pomocného vzduchojemu I a vytvoří tak prvou část náskoku nezávisle na poloze pohyblivé podpěry 8. Jakmile tlak vzduchu C v brzdovém válci III dosáhne takové hodnoty,

-4CZ 2020 - 461 A3 že se jeho působením na vstřícný píst 20 spolu s působením tlaku Cv od řídicího vzduchojemu VI stlačí pružiny statické podpěry 10. klesá dvojramenná páka 9, až dosedne na pohyblivou podpěru 8. Další nárůst tlaku v brzdovém válci III je určený výlučně převodem ramen m : n na dvojramenné páce 9.

V průběhu brzdění se rozvaděčem nastavený tlakový stupeň v řídicím vzduchojemu VI dále šíří prostřednictvím řídicího pístu 13 rozvodné části ventilu na rameno m dvojramenné páky 9. Rameno n dvojramenné páky posouvá dutou pístnici 23 a vstřícný píst 20 směrem nahoru, přičemž dutá pístnice 23 otvírá vnější sedlo podvojné záklopky 17. Spojení brzdového válce III s ovzduším ίο je tak přerušené a dochází k jeho plnění z pomocného vzduchojemu I. Hned jakmile dosáhne tlak C v brzdovém válci III hodnoty, při které dojde k momentové rovnováze řídicího pístu 13 rozvodné části ventilu a vstřícného pístu 20 na dvojramenné páce 9, vnější sedlo podvojné záklopky 17 se zavře a zabrání tak dalšímu plnění brzdového válce III z pomocného vzduchojemu I.

is V průběhu odbrzďování klesá tlak v řídicím vzduchojemu VI a zároveň i síla působící na řídicí píst 13 rozvodné části ventilu a na rameno m dvojramenné páky 9. Přetlak ze strany brzdového válce III působící na vstřícný píst 20 vyvolá jeho pohyb spolu s dutou pístnici 23 směrem dolů, až se otevře vnitřní sedlo podvojné záklopky 17. Brzdový válec III je tak spojen s ovzduším přes otvor 21 ústící do dutiny v duté pístnici 23 a odvzdušňovací kanál 11.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zátěžový brzdový ventil pro kolejová vozidla, pro brzdění podle nákladu s přizpůsobením brzdné síly okamžité hmotnosti vozidla, napojený na přívod (1) řídicího tlaku (T) od snímače ložení a obsahující řídicí píst (3) přestavné části ventilu, který je spojený prostřednictvím pístnice (7) s pohyblivou podpěrou (8), jejíž poloha definuje převod ramen (m) : (n) na dvojramenné páce (9), kde tato ramena (m, n) jsou jednotlivě ve styku jednak s pístnicí (22) řídicího pístu (13) rozvodné části ventilu, na který trvale působí tlak (Cv) z řídicího vzduchojemu (VI) brzdového systému, a jednak s dutou pístnicí (23) vstřícného pístu (20) do brzdového válce (III), napájeného stlačeným vzduchem přívodem (19) z pomocného vzduchojemu (I) tlakem (R) přes záklopku (17), vyznačující se tím, že přestavná část od pístu (3) kolem pístnice (7) obsahuje soustavu nejméně dvou tlačných pružin (4, 5, 6, 26, 28, 31), které jsou zapojeny paralelně nebo sériově s výslednou lomenou charakteristikou a které jsou vůči pístnicí (7) uloženy koaxiálně.
2. Zátěžový brzdový ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že soustava tlačných pružin obsahuje dvě až tři tlačné pružiny, a to tlačnou pružinu (4) velkou a tlačnou pružinu (5) malou, případně i tlačnou pružinu (6) středovou, které jsou zapojeny paralelně.
3. Zátěžový brzdový ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že soustava tlačných pružin obsahuje tři tlačné pružiny, a to tlačnou pružinu (26) primární, tlačnou pružinu (30) sekundární a tlačnou pružinu (28) terciární, které jsou zapojeny sériově.
4. Zátěžový brzdový ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že soustava tlačných pružin obsahuje dvě tlačné pružiny, a to tlačnou pružinu (26) primární a pružinu (31) s duální charakteristikou, které jsou zapojeny sériově.