Грузовой подвижной состав магистральных железных дорог в основном оборудован воздухораспределителями усл. № 270-005-1, 483-000 и 483-001. В настоящее время выпускаются воздухораспределители усл. № 483-000 и 483-001.
Воздухораспределители усл. № 270 и 483 созданы на базе типажного ряда, т.е. имеют общие или разные, но взаимозаменяемые съемные узлы. Это дает возможность использовать их на разных типах грузового подвижного состава и в различных условиях эксплуатации. В процессе эксплуатации они подвергались конструктивным изменениям, но во всех случаях без нарушения взаимозаменяемости по месту привалки и без каких-либо существенных изменений двухкамерного резервуара усл. № 295-001 и главной части усл. № 270-023.
Воздухораспределитель усл. № 270-002 с магистральной частью усл. № 270-053 золотниково-поршневой конструкции был принят к серийному производству в 1959 г. В 1968 г. началось серийное производство магистральной части усл. № 270-1000 диафрагменно-клапанной конструкции без ускорителя экстренного торможения и с ручным переключением на равнинный и горный режимы. Воздухораспределители с этой магистральной частью и главной частью усл. № 270-023 имеют условное обозначение усл. № 270-005-1. В 1977 г. начато серийное производство магистральных частей усл. № 483-010. Воздухораспределитель с этой частью получил условное обозначение усл. № 483-000. С 1981г. выпускаются главные части усл. № 466 в алюминиевом исполнении. Воздухораспределитель с главной частью усл. № 466-110 и магистральной частью усл. № 483-010 имеет условное обозначение усл. № 483-000-1.
Устройство воздухораспределителя
В комплект воздухораспределителя усл. № 483-000 входят: главная часть усл. № 270-023, магистральная часть усл. № 483-010 и двухкамерный резервуар усл. № 295-001.
Рисунок 1 - Устройство воздухораспределителя № 483
Двухкамерный резервуар содержит фильтр 34, рабочую (РК) и золотниковую (ЗК) камеры, к нему подведены трубопроводы от тормозной магистрали (ТМ) через разобщительный кран, запасного резервуара (ЗР) и тормозного цилиндра (ТЦ). На корпусе 36 двухкамерного резервуара расположена рукоятка переключателя режимов торможения (на рисунке не показана): порожнего, среднего и груженого. На двухкамерный резервуар крепятся главная и магистральная части, в которых сосредоточены все рабочие узлы прибора.
Магистральная часть состоит из корпуса 28 и крышки 25, в которой расположен узел переключения режимов работы (отпуска): равнинного и горного. Этот узел включает в себя рукоятку 22 с подвижной упоркой 23 и диафрагму 24, прижатую двумя пружинами к седлу 20 с калиброванным отверстием диаметром 0,6 мм. На равнинном режиме работы ВР усилие пружин на диафрагму 24 составляет 2,5-3,5 кгс/см2, на горном режиме — 7,5 ктс/см2.В корпусе магистральной части расположены: магистральный орган, узел дополнительной разрядки и клапан мягкости.
Магистральный орган включает в себя резиновую магистральную диафрагму 18, зажатую между двумя алюминиевыми дисками 19 и 27 и нагруженную возвратной пружиной. В хвостовике левого диска 27 расположены два отверстия диаметром по 1 мм и толкатель 30, а в торцовой части правого диска 19 — три отверстия диаметром по 1,2 мм (или два отверстия диаметром по 2 мм). Магистральная диафрагма делит магистральную часть на две камеры: магистральную (МК) и золотниковую (ЗК). В полости дисков расположен нагруженный пружиной плунжер 21, который имеет несквозной осевой канал 26 диаметром 2 мм и три радиальных канала диаметром по 0,7 мм каждый. Седлом плунжера является левый диск магистральной диафрагмы.
Узел дополнительной разрядки содержит атмосферный клапан 14 с седлом 33, клапан дополнительной разрядки 32 с седлом 31 и манжету дополнительной разрядки 15, выполняющую функции обратного клапана, с седлом 29. Все клапаны прижаты пружинами к своим седлам. В заглушке 13 атмосферного клапана расположено отверстие диаметром 0,9 мм (до модернизации ВР 0,55 мм), в седле 31 клапана дополнительной разрядки имеется шесть отверстий, через которые полость за клапаном сообщена с каналом дополнительной разрядки (КДР), в седле 29 манжеты дополнительной разрядки расположены шесть отверстий диаметром по 2 мм каждое.
Клапан мягкости16 нагружен пружиной и имеет в средней части резиновую диафрагму 15. В канале клапана мягкости (между торцовой частью клапана и МК) расположен ниппель с калиброванным отверстием диаметром 0,9 мм (до модернизации ВР 0,65 мм). Полость под диафрагмой клапана мягкости постоянно сообщена с атмосферой.
Главная часть состоит из корпуса 37 и крышки 1. В крышке расположен отпускной клапан 39 с поводком 38. В корпусе расположены главный и уравнительный органы, обратный клапан 0,9 мм 7 и калиброванное отверстие диаметром 0,5 мм.
Главный орган включает в себя нагруженный пружиной 4 главный поршень 2 с полым штоком 3. Внутри полого штока расположен нагруженный пружиной тормозной клапан 8, седлом которого является торцовая часть полого штока. В полом штоке имеется также одно отверстие диаметром 1,7 мм и восемь отверстий диаметром по 1,6 мм каждое (или четыре отверстия по 3 мм). Шток уплотнен резиновыми манжетами 5 и 6.
Уравнительный орган включает в себя уравнительный поршень 9, нагруженный большой 10 и малой 11 пружинами. Затяжка большой пружины регулируется резьбовой втулкой 35 с атмосферными отверстиями, воздействие малой пружины на уравнительной поршень изменяется с помощью подвижной упорки 12, связанной с рукояткой переключения режимов торможения. Уравнительный поршень имеет в диске два отверстия для сообщения тормозной камеры (ТК) с каналом ТЦ и сквозной осевой атмосферный канал диаметром 2,8 мм.
Между главной частью и двухкамерным резервуаром расположен ниппель с отверстием диаметром 1,3 мм.
Рисунок 2 - Клапанная часть модернизированного воздухораспределителя № 483-000М
Модернизированный ВР усл. №483-000М имеет в седле 29 манжеты дополнительной разрядки канал диаметром 0,3 мм, через который МК постоянно сообщена с полостью 40 за манжетой дополнительной разрядки. Верхний радиальный канал плунжера смещен вправо по отношению к его нижним радиальным каналам с целью повышения чувствительности ВР к отпуску и ускорения начала отпуска в хвостовой части поезда (рис.2). Расположение верхнего радиального канала плунжера выбрано таким образом, чтобы при движении магистральной диафрагмы в отпускное положение (вправо), РК, полость «П» и МК череч этот канал и канал диаметром 0,3 мм сообщились бы между собой раньше, чем сообщатся РК и ЗК через нижние радиальные каналы плунжера.
Действие воздухораспределителя
Зарядка
Равнинный режим. Сжатый воздух из ТМ поступает в двухкамерный резервуар. Часть воздуха через фильтр 34, отверстие 1,3 мм и обратный клапан 7 проходит в ЗР. Время зарядкиЗРс 0 до 5 кгс/см2 составляет 4—4,5 мин.
Часть воздуха поступает в МК, вызывая прогиб магистральной диафрагмы 18 вправо до упора торцовой частью диска 19 в седло 20 диафрагмы переключателя режимов отпуска. При этом два отверстия диаметром по 1 мм в хвостовике левого диска 27 совпадут по сечению с шестью отверстиями диаметром по 2 мм в седле 29 манжеты дополнительной разрядки. Через эти отверстия воздух из МК поступает в полость 40 за манжетой дополнительной разрядки и далее через осевой и верхний радиальный каналы плунжера — в полость П (справа от диафрагмы 24 переключателя режимов отпуска), откуда через нижние радиальные каналы плунжера— в ЗК.
Воздух из ЗК подходит под манжету клапана мягкости 16, а воздух из МК через калиброванное отверстие диаметром 0,9 мм в канале клапана мягкости — под торцовую часть клапана. При давлении воздуха в ЗК около 3,5-4 кгс/см2 клапан мягкости поднимается, преодолевая усилие своей пружины, и открывает проход воздуха из МК в ЗК вторым путем, ускоряя зарядку последней.
Под действием воздуха из ЗК и усилия отпускной пружины 4 главный поршень 2 занимает крайнее левое (отпускное) положение, при котором воздух из ЗК начнет перетекать в РК через отверстие диаметром 0,5 мм в корпусе 37 главной части. По каналу РК воздух проходит в магистральную часть и через отверстие диаметром 0,6 мм в седле 20 подходит к диафрагме 24 переключателя режимов отпуска, воздействуя на нее по кольцевой площади, большей, чем площадь, на которую воздействует воздух из полости «П». При давлении со стороны РК на диафрагму 24 больше 2,5—3,5 кгс/см2, последняя отжимается от седла 20 вправо, открывая тем самым второй путь зарядки РК из полости «П» (из МК) через отверстие диаметром 0,6 мм.
ЗарядкаРКс0 до 5 кгс/см2 на равнинном режиме происходит за время 3-3,5 мин.
Горный резким. На горном режиме воздух РК не может отжать диафрагму 24, так как усилие режимных пружин на нее составляет 7,5 кгс/см2. Поэтому зарядка РК на горном режиме осуществляется только одним путем — через отверстие диаметром 0,5 мм в корпусе главной части. Время зарядки РК с 0 до 5 кгс/см2 на горном режиме составляет 4-4,5 мин.
Поездное положение
При выравнивании давлений в МК, ЗК и РК магистральная диафрагма 18 под действием возвратной пружины выпрямляется в среднее положение, при котором толкатель 30 упирается в плунжер 21 и клапан дополнительной разрядки 32, два отверстия в хвостовике левого диска заходят за манжету дополнительной разрядки 17, крайние правые радиальные каналы плунжера выходят из полости «П». Среднее (поездное) положение магистральной диафрагмы является положением готовности к торможению. При этом МК и ЗК сообщены между собой через калиброванное отверстие диаметром 0,9 мм в канале органа мягкости, РК и ЗК — через отверстие диаметром 0,5 мм в главной части, полость «П» и РК— через отверстие диаметром 0,6 мм в седле диафрагмы переключателя режимов отпуска. (На горном режиме сообщения полости «П» и РК нет).
Одновременно с зарядкой происходит и отпуск тормоза, то есть сообщение ТЦ через уравнительный поршень 9 с атмосферой. Для большей ясности процесс отпуска на различных режимах работы Воздухораспределителя рассмотрен ниже.
Мягкость
Мягкостью называют способность ВР не срабатывать на торможение при падении давления в ТМ до какого-то предельного темпа.
При медленном снижении давления вТМтемпом до 0,3—0,4 кгс/см2 в минуту воздух из РК перетекает в ЗК, а оттуда в МК через отверстие диаметром 0,9 мм в канале клапана мягкости. При этом давления в МК и ЗК выравниваются и прогиба магистральной диафрагмы в тормозное положение (влево) не происходит. Клапан дополнительной разрядки 32 остается закрытым.
При падении давления в ТМ темпом до 1,0 кгс/см2 в минуту воздух из ЗК не успевает перетекать в МК через отверстие диаметром 0,9мм, что вызывает прогиб магистральной диафрагмы влево. Одновременно начинают перемещаться влево толкатель 30 и плунжер 21. Толкатель приоткрывает клапан дополнительной разрядки 32 и воздух из ЗК через каналы плунжера и приоткрытый клапан дополнительной разрядки перетекает в канал дополнительной разрядки (КДР) и далее в атмосферу через осевой канал уравнительного поршня 9. Сечение для прохода воздуха через клапан дополнительной разрядки автоматически дросселируется так, что темп разрядки ЗК соответствует темпу разрядки ТМ. Давления в МК и ЗК быстро выравниваются и магистральная диафрагма занимает поездное положение.
Максимальный темп разрядки ТМ, не вызывающий срабатывание ВР на торможение, зависит от перепада давлений по обе стороны манжеты дополнительной разрядки и определяется усилием ее пружины.
Торможение
При снижении давления в ТМ темпом служебного или экстренного торможения (при служебном торможении на величину не менее 0,5 кгс/см2) магистральная диафрагма, прогибается влево и толкатель полностью открывает клапан дополнительной разрядки (см. рисунок-анимацию 7 ). При этом воздушная полость 40 за манжетой дополнительной разрядки резко разряжается в КДР и далее в атмосферу Ат и ТЦ через уравнительный поршень 9. Давлением МК манжета дополнительной разрядки отжимается от седла 29 влево, и воздух из МК резко устремляется в КДР, в ТЦ и в атмосферу через уравнительный поршень (дополнительная разрядка ТМ). Давлением воздуха из КДР опускается на седло клапан мягкости, разобщая МК и ЗК.
Резкое падение давления в МК вызывает дальнейший прогиб магистральной диафрагмы влево, в результате чего хвостовиком клапана дополнительной разрядки отжимается от седла 33 атмосферный клапан 14, который открывает дополнительный выход воздуха из МК в атмосферу через отверстие диаметром 0,9 мм в заглушке 13.
Темп падения давления в МК увеличивается и магистральная диафрагма вновь прогибается влево до упора диском 27 в седло манжеты дополнительной разрядки. Так как к этому моменту все свободные зазоры клапанов 17, 32 и 14 уже выбраны, то толкатель и плунжер перемещаться не будут и, следовательно, между плунжером и левым диском (седлом плунжера) возникает кольцевой зазор, через который начинается интенсивная разрядка ЗК в атмосферу: через КДР и уравнительный поршень и через атмосферный клапан, и в ТЦ. (При дополнительной разрядке ТМ и первоначальной разрядке ЗК давление в ТЦ будет не более 0,3— 0,4 кгс/см2, а общая величина дополнительной разрядки ТМ составляет 0,4-0,45 кгс/см2).
Одновременно с падением давления в ЗК начинает понижаться давление в РК за счет перетекания воздуха из РК в ЗК через отверстие диаметром 0,5 мм в корпусе главной части. При падении давления в ЗК на 0,4-0,5 кгс/см2 (в РК в этот момент давление понизится на 0,2— 0,3 кгс/см2) главный поршень под действием давления РК начинает перемещаться вправо, преодолевая усилие пружины 4. Когда главный поршень пройдет приблизительно 7 мм, он своим диском разобщит ЗК и РК, тормозной клапан 8 сядет на хвостовик уравнительного поршня, перекрывая его атмосферный канал, восемь отверстий по 1,6 мм в полом штоке 3 главного поршня совпадут с каналом ЗР, а манжета 6 полого штока перекроет КДР. При этом воздушные давления на манжету дополнительной разрядки выравниваются, и она своей пружиной прижимается к седлу, разобщая ЗК от МК и прекращая дополнительную разрядку ТМ. ЗК продолжает разряжаться в атмосферу через торцовые отверстия правого диска магистральной диафрагмы, кольцевой зазор между плунжером и левым диском и атмосферный клапан.
При продолжающемся понижении давления в ЗК главный поршень продолжает перемещаться вправо. Так как уравнительный поршень при этом остается неподвижным, то между тормозным клапаном 8 и его седлом (торцовой частью полого штока) возникает кольцевой зазор, через который воздух из ЗР начинает интенсивно перетекать в тормозную камеру (ТК) и из нее — в ТЦ. Повышение давления в ТЦ быстрым темпом (скачок давления) будет продолжаться до тех пор, пока давление воздуха из ТК на уравнительный поршень не станет выше давления на него режимных пружин 10 и 11 (в зависимости от режима торможения — одной или двух), или при глубокой разрядке ТМ (например, при полном служебном или экстренном торможении), когда главный поршень перемещается вправо на полный свой ход (23-24 мм), и с каналом ЗР совпадает одно отверстие полого штока диаметром 1,7мм. Это отверстие вместе с манжетой 5 на полом штоке называют замедлителем наполнения ТЦ или замедлителем торможения. Замедлитель торможения увеличивает время наполнения ТЦ в головной части поезда, чем обеспечивается плавность торможения.
Действие ВР одинаково при служебном и экстренном торможении, с той лишь разницей, что в последнем случае разрядка МК и ЗК происходит до нуля.
Перекрыша
После прекращения разрядки ТМ через кран машиниста разрядка ЗК в атмосферу продолжается через атмосферный клапан 14 до тех пор, пока давление в ней не уравняется с давлением ТМ.
Магистральная диафрагма при этом занимает среднее положение (положение перекрыши) и атмосферный клапан закрывается. Клапан дополнительной разрядки при этом остается приоткрытым.
При перетекании воздуха из ЗР в ТЦ растет давление и в ТК. Когда давление в ней станет выше, чем усилие режимных пружин на уравнительный поршень, последний начинает перемещаться вправо, сжимая пружины. При этом начинает уменьшаться кольцевой зазор между тормозным клапаном и его седлом в полном штоке. Следовательно, уменьшается и темп перетекания воздуха из ЗР в ТЦ. При посадке тормозного клапана на седло ТК оказывается изолированной от ЗР и ТЦ устанавливается определенное давление, которое зависит от величины снижения давления в ТМ и установленного на ВР режима торможения.
Чем больше усилие режимных пружин 10 и 11 на уравнительный поршень, тем при большем давлении воздуха в ТК он начнет движение в положении перекрыши. Поэтому для получения различных режимов торможения (порожнего, среднего и груженого) изменяют усилие режимных пружин 10 и 11 на уравнительный поршень. Это достигается изменением положения рукоятки переключателя режимов торможения.
Уравнительный поршень в положении перекрыши поддерживает в ТЦ определенное установленное давление. Так, например, при утечках сжатого воздуха из ТЦ понижается давление и в ТК. Под действием режимных пружин уравнительный поршень переместится влево, отжимая от седла тормозной клапан 8, что приведет к появлению кольцевого зазора между тормозным клапаном и торцовой частью полого штока. При этом воздух из ЗР через открывшийся тормозной клапан начнет перетекать в ТК, а из нее в ТЦ. При превышении давления воздуха в ТК усилия режимных пружин, уравнительный поршень переместится вправо и тормозной клапан закроется.
ЗР через обратный клапан 7 пополняется из ТМ.
Воздхораспределитель усл. № 483-000 в положении перекрыши защищен от самопроизвольного отпуска на равнинном режиме при незначительном (не более 0,3 кгс/см2) самопроизвольном повышении давления в ТМ. При этом магистральная диафрагма прогнется в сторону крышки и нижний правый радиальный канал плунжера выдвинется в полость «П». Воздух из РК начнет перетекать в ЗК, перемещая магистральную диафрагму в среднее положение. При этом возможно незначительное понижение давления в ТЦ, однако полного отпуска не произойдет.
Отпуск
Горный режим. Особенностью этого режима является возможность получения ступенчатого отпуска. На горном режиме диафрагма 24 практически всегда прижата пружинами к своему седлу 20, поскольку усилие пружин составляет 7,5 кгс/см2. Поэтому сообщения РК и полости «П» нет.
При повышении давления в ТМ магистральная диафрагма прогибается из положения перекрыши в сторону крышки и крайние радиальные каналы плунжера выходят в полость «П». Клапан дополнительной разрядки 32 закрывается. При этом устанавливается сообщение между МК и ЗК. Давление в ЗК будет повышаться за счет поступления воздуха из ТМ. Под действием давления ЗК главный поршень 2 начнет перемещаться влево, уменьшая объем РК и, следовательно, повышая в ней давление. При этом тормозной клапан 8 отходит от хвостовика уравнительного поршня и через осевой канал последнего воздух из ТЦ начнет выходить в атмосферу.
Для получения полного отпуска на горном режиме необходимо, чтобы главный поршень переместился влево до упора в крышку 7. С этой целью давление в ЗК должно быть увеличено до давления в РК, то есть на 0,2-0,3 кгс/см2 ниже первоначального зарядного.
Если же давление в ЗК будет повышено на меньшую величину, то при выравнивании давлений в ЗК и РК главный поршень остановится в промежуточном положении, не дойдя до крышки. Так как при открытом осевом канале уравнительного поршня давление в ТЦ и в ТК понижаются, то под действием режимных пружин 10 и 11 уравнительный поршень начнет перемещаться влево и своим хвостовиком упрется в тормозной клапан, прекращая разрядку ТЦ в атмосферу.
При последующем частичном повышении давления в ТМ на соответствующую величину понизится давление в ТЦ.
Таким образом, на горном режиме отпуск получается в результате восстановления давления в ТМ. При ступенчатом повышении давления в ТМ имеет место ступенчатый отпуск. Так как темп повышения давления в ТМ в голове состава выше, чем в хвосте, то и отпуск головной части получается раньше.
Равнинный режим. Характер отпуска на равнинном режиме определяется темпом повышения давления в ТМ. В зависимости от этого возможно ускоренное и замедленное протекание процесса отпуска.
При медленном повышении давления в тормозной магистрали в хвосте поезда магистральная диафрагма прогибается в сторону крышки до тех пор, пока нижний правый радиальный канал плунжера 21 не выдвинется в полость «П». Клапан дополнительной разрядки закрывается. Так как при этом отверстия в хвостовике левого диска 27 еще перекрыты манжетой дополнительной разрядки, то сообщения МК и ЗК не устанавливается. Воздух из РК начинает перетекать в ЗК. При этом главный поршень начнет перемещаться влево и тормозной клапан отходит от хвостовика уравнительного поршня. Воздух из ТЦ начинает выходить в атмосферу через осевой канал диаметром 2,8 мм уравнительного поршня.
Главный поршень, перемещаясь в отпускное положение, вытесняет воздух из РК в полость «П», а из нее — в ЗК, то есть давление в ЗК повышается, а в РК уменьшается. Следовательно, главный поршень двигается до упора в крышку 7 без остановки, а, значит, и ТЦ непрерывно разряжается в атмосферу до нуля.
Таким образом, в хвостовых вагонах поезда протекает ускоренный отпуск, при котором главный поршень перемещается в отпускное положение за счет одновременного повышения давления в ЗК и уменьшении его в РК.
При быстром темпе повышения давления в ТМ в голове поезда магистральная диафрагма прогибается вправо до упора диском 19 в седло 20. Клапан дополнительной разрядки закрывается. Воздух из ТМ через два отверстия диаметром по 1 мм в хвостовике левого диска 27 и осевой и радиальный каналы плунжера 21 перетекает в полость «П», а из нее — в ЗК. Рост давления в ЗК вызывает перемещение главного поршня в отпускное положение и, следовательно, опорожнение ТЦ в атмосферу.
В полости «П» устанавливается повышенное магистральное давление, которое препятствует поступлению в нее воздуха из РК, поэтому в головной части поезда давление в РК практически не падает, а отпуск происходит замедленно только за счет роста давления в ЗК (из МК).
Таким образом, отпуск в голове состава начинается раньше, но протекает он медленно, а в хвосте состава начинается позже, но протекать он будет быстрее. За счет этого на равнинном режиме происходит выравнивание времени отпуска по длине поезда.
Следовательно, на равнинном режиме возможен только полный отпуск, для получения которого достаточно повысить давление в ТМ на 0,2—0,3 кгс/см2.
Отпуск на равнинном режиме после экстренного торможения протекает почти аналогично, но дольше, так как при этом была произведена полная разрядка ТМ, МК и ЗК.
Особенности отпуска воздухораспределителя усл. № 483М
При повышении давления в ТМ медленным темпом верхний радиальный канал плунжера 21 выдвигается в полость «П» раньше, чем нижний правый радиальный канал, то есть РК сообщится с МК раньше (через радиальный канал плунжера и канал диаметром 0,3 мм в седле 29 манжеты дополнительной разрядки), чем с ЗК. Поэтому достаточно повысить давление в ТМ всего на 0,15 кгс/см2, чтобы магистральная диафрагма прогнулась в отпускное положение.
Так, если при отпускном положении магистральной диафрагмы давление в ТМ повышается медленным темпом, то за счет перетекания воздуха из РК в ЗК (на равнинном режиме), магистральная диафрагма может переместиться в положение перекрыши и уплотнительная манжета плунжера перекроет его правый нижний радиальный канал. Однако при этом остается сообщение РК с МК через верхний радиальный канал плунжера и канал диаметром 0,3 мм в седле 29. Поэтому независимо от дальнейшего темпа роста магистрального давления происходит полный отпуск.
Наличием канала диаметром 0,3 мм в седле манжеты дополнительной разрядки повышена и чувствительность ВР к началу отпуска, так как через этот канал выравниваются давления в МК и ЗК в положении перекрыши. Для перемещения магистральной диафрагмы в отпускное положение достаточно преодолеть усилие ее отпускной пружины и силу трения уплотнительных манжет
