铁路车辆自动调整行程式制动缸
技术领域
[0001] 本
发明涉及铁路车辆制动装置，具体地指一种铁路车辆自动调整行程式制动缸。
背景技术
[0002] 在铁路车辆制动装置中，制动缸的性能的优劣对整个
制动系统的可靠性和使用寿命影响极大。对于制动缸
活塞行程超长的车辆而言，其制动
力将降低，同时相对于其它活塞行程正常的车辆制动滞后。对于制动缸活塞行程过短的车辆而言，其制动力将增加，同时相对于其它活塞行程正常的车辆制动提前。无论制动滞后或是制动提前，都将导致列车纵向冲击增大。在当今车辆重载高速运行的模式下，保持制动缸活塞行程在一个规定的范围内是非常重要的，否则将无法准确控制列车制动时的纵向冲击力，甚至酿成列车行车安全事故。
[0003] 制动缸活塞行程超长或过短主要是由于
车轮与闸瓦之间的间隙较正常值加大或减少造成的。例如，闸瓦磨耗将导致制动缸活塞行程过长，更换新闸瓦会导致制动缸活塞行程过短，这些因素都将影响行车的安全。而该间隙的校正有赖于制动装置中的闸瓦间隙调整机构，通过闸瓦间隙调整机构及时调整制动缸活塞的行程，可使其保持在安全的设计尺寸范围之内。
[0004] 目前，在一些制动装置布置空间较大的传统铁路车辆上，其制动装置中的制动缸和闸瓦间隙调整机构是分开布置的，制动缸与闸瓦间隙调整机构之间通过一系列的杠杆、
连杆等传动部件连接，不仅结构复杂、占用空间大、生产成本高，而且传动效率低下、工作可靠性差。而在一些制动装置布置空间受到限制的新型铁路车辆上，将制动缸和闸瓦间隙调整机构分开布置十分困难，即使勉强完成布置，其仍然存在结构繁琐复杂、传动效率偏低、运行可靠性不高、容易产生自动故障等
缺陷。如何将制动缸的行程与闸瓦间隙的调整有机地融合为一体，一直是本领域技术人员试图攻克的难题。
发明内容
[0005] 本发明的目的就是要提供一种结构简单紧凑、运行性能可靠、传动效率高的铁路车辆自动调整行程式制动缸。
[0006] 为实现上述目的，本发明所设计的铁路车辆自动调整行程式制动缸，主要由制动缸本体和闸瓦间隙调整机构组合而成。
[0007] 所述制动缸本体包括缸体、设置在缸体内的活塞、与活塞刚性连为一体的推动套、以及设置在活塞与缸体之间的缓解
弹簧，缸体的顶端设置有与其内腔相通的外套筒，推动套的顶部开设有导向槽，且推动套的顶部可推进至外套筒中。
[0008] 所述闸瓦间隙调整机构包括螺杆、第一弹簧、组合套筒、调整
螺母、第二弹簧、拉杆和操纵杆。组合套筒由左侧端盖、第一筒体、第二筒体、第三筒体和右侧端盖可拆卸式连接而成，并可轴向移动地安装在外套筒中。在第一筒体外壁上套装有
复位弹簧，复位弹簧的一端与外套筒的内挡圈抵接，另一端与第二筒体的端面抵接，在复位弹簧的作用下右侧端盖与推动套的顶部抵接。
[0009] 调整螺母位于第二筒体内，调整螺母的左端外锥面可与第二筒体的内锥面
啮合配合，构成第一
离合器，调整螺母的右端外锥面可与第三筒体的内锥面啮合配合，构成第二离合器。
[0010] 拉杆位于第三筒体内，拉杆带纵向
盲孔的一端延伸至调整螺母的端面沉孔处，拉杆的另一端从右侧端盖伸出至推动套的顶部，并与操纵杆相连，操纵杆嵌置在推动套的导向槽中，操纵杆的端部凸台可与缸体的内腔凸台抵接配合，构成第三离合器。
[0011] 螺杆位于第一筒体、第二筒体和第三筒体中，螺杆的
螺纹段从调整螺母中旋出并伸入到拉杆的一端纵向盲孔内，螺杆的光杆段从左侧端盖伸出至组合套筒之外。
[0012] 调整螺母的左右两侧设有可便于其旋转的推力
轴承组件，第一弹簧套装在螺杆上、位于螺杆的光杆段挡圈与左侧
推力轴承组件之间；第二弹簧套装在拉杆上、位于右侧推力轴承组件与右侧端盖之间。
[0013] 作为优选的技术方案，所述推动套的顶部对称开设有两条导向槽，所述拉杆的另一端通过销轴与操纵杆的对称中心铰接，操纵杆的两臂分别嵌置在两条导向槽中，操纵杆可在导向槽中摆动，操纵杆两臂上的端部凸台可与缸体的内腔凸台抵接配合，构成第三离合器。
[0014] 本发明的结构改进如下：其一，将普通的制动缸本体与可双向作用的压缩式闸瓦间隙调整机构有机组合为一体，制动缸活塞上的推动套一方面与组合套筒的右侧端盖抵接，另一方面通过操纵杆与拉杆相连，这样取代了原闸瓦间隙调整机构中的联接头，闸瓦间隙调整机构可跟随活塞一起移动。其二，操纵杆对称铰接在拉杆上，其两臂端部凸台与缸体的内腔凸台抵接配合，这样操纵杆的控制方式由拉压变为
挤压，且其均衡杆式的结构可确保闸瓦间隙调整机构运行可靠、传动效率高。其三，设置在外套筒与组合套筒之间的复位弹簧可在制动缸缓解后驱使闸瓦间隙调整机构跟随活塞回到初始状态。在闸瓦磨耗和更换新闸瓦时，制动缸活塞的行程能保持在一定的尺寸范围之内。
[0015] 由此可见，本发明具有如下优点：一、制动缸本体与闸瓦间隙调整机构之间省略了一系列的杠杆、连杆等传动部件，结构简单、布置紧凑、安装方便、成本低廉。二、在不影响铁路车辆原有制动装置基本性能的前提下，有效提高了制动缸与闸瓦间隙调整机构之间的传动效率和运行可靠性，大幅延长了其使用寿命。三、非常适于各种安装空间受到限制的铁路车辆，可满足绝大部分铁路车辆制动缸工作行程稳定的需要，提高铁路车辆运行的安全性。
附图说明
[0016] 图1(a)为本发明铁路车辆自动调整行程式制动缸在正常工作状态的结构示意图。
[0017] 图1(b)为图1(a)所示制动缸在手动工作状态的结构示意图。
[0018] 图1(c)为图1(a)所示制动缸中组合套筒的放大结构示意图。
[0019] 图2为本发明制动缸的结构原理示意图。
[0020] 图3(a)至图3(d)为正常闸瓦间隙工况时，本发明制动缸的工作原理和流程示意图。
[0021] 图4(a)至图4(e)为大于正常闸瓦间隙工况时，本发明制动缸的工作原理和流程示意图。
[0022] 图5(a)至图5(e)为小于正常闸瓦间隙工况时，本发明制动缸的工作原理和流程示意图。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图和具体
实施例对本发明铁路车辆自动调整行程式制动缸作进一步的详细描述。
[0024] 参见图1(a)至图1(c)、以及图2，本发明的铁路车辆自动调整行程式制动缸，主要由制动缸本体13和闸瓦间隙调整机构12组合而成。其中：制动缸本体13具有一个缸体9，缸体9内安装有活塞11，活塞11与缸体9之间设置有缓解弹簧10，活塞11上通过
铆接结构刚性连接有推动套21。在缸体9的顶端连接有与其内腔相通的外套筒19，推动套21的顶部对称开设有两条导向槽21a，且推动套21的顶部可推进至外套筒19中。
[0025] 闸瓦间隙调整机构12套装在外套筒19内，可在外套筒19内轴向移动。具体地，闸瓦间隙调整机构12由螺杆1、第一弹簧2、组合套筒3、调整螺母4、第二弹簧6、拉杆7和操纵杆8等部件构成。组合套筒3的结构如图1(c)所示，它由左侧端盖3a、第一筒体3b、第二筒体3c、第三筒体3d和右侧端盖3e可拆卸式
螺纹连接而成，可轴向移动地安装在外套筒19中。在第一筒体3b外壁上套装有复位弹簧18，复位弹簧18的一端与外套筒19的内挡圈19a抵接，另一端与第二筒体3c的端面抵接。在复位弹簧18的作用下，右侧端盖3e与推动套21的顶部抵接。当制动缸本体13中的活塞11充气制动时，推动套21可跟随活塞11移动，推动组合套筒3带动闸瓦间隙调整机构12一起移动；当制动缸本体13中的活塞11制动后缓解时，复位弹簧18可以推动组合套筒3带动闸瓦间隙调整机构12跟随活塞11回到初始状态。
[0026] 调整螺母4可轴向移动地安装在第二筒体3c内，调整螺母4的左端外锥面可与第二筒体3c的内锥面啮合配合，构成第一离合器A；调整螺母4的右端外锥面可与第三筒体3d的内锥面啮合配合，构成第二离合器B。调整螺母4在第一离合器A与第二离合器B之间的轴向移动距离为设计要求的δ值，第一离合器A或第二离合器B接合后将使调整螺母
4与组合套筒3之间不能相对旋转，从而阻止螺杆1相对于调整螺母4旋转(装车后螺杆1只能伸缩移动，不能旋转)，其结构原理如图2所示。
[0027] 拉杆7安装在第三筒体3d内，拉杆7带纵向盲孔的一端延伸至调整螺母4的端面沉孔处，该端外圆表面台阶处嵌装有拉杆挡圈7a，拉杆挡圈7a可在作用过程中压缩第二弹簧6。拉杆7的另一端从右侧端盖3e伸出，并通过销轴20与操纵杆8的对称中心铰接，操纵杆8的两臂分别嵌置在推动套21的两条导向槽21a中，操纵杆8两臂上的端部凸台8a可与缸体9的内腔凸台9a抵接配合，构成第三离合器C。第三离合器C接合后将限制操纵杆8继续跟随组合套筒3移动，其结构原理仍如图2所示。
[0028] 螺杆1贯穿安装在第一筒体3b、第二筒体3c和第三筒体3d中，螺杆1的螺纹段从调整螺母4中旋出并伸入到拉杆7的一端纵向盲孔内，螺杆1的光杆段从左侧端盖3a伸出至组合套筒3之外。
[0029] 调整螺母4的左右两侧设有可便于其旋转的推力轴承组件5，第一弹簧2套装在螺杆1上、位于螺杆1的光杆段挡圈1a与左侧推力轴承组件5之间，第二弹簧6套装在拉杆7上、位于右侧推力轴承组件5旁的拉杆挡圈7a与右侧端盖3e之间。设计第一弹簧2的预压力小于第二弹簧6的预压力，在第一弹簧2、第二弹簧6和车辆制动力的作用下，调整螺母4可在第二筒体3c与第三筒体3d之间移动，实现第一离合器A或第二离合器B的啮合或脱离。
[0030] 上述闸瓦间隙调整机构12上还可以安装手动操作装置(图中未示出)。这样，当采用手动制动时，闸瓦间隙调整机构12可独自向左移动而不用拉动活塞11跟随移动，如图1(b)所示。手动制动缓解时，复位弹簧18仍然可以推动组合套筒3，从而带动闸瓦间隙调整机构12回到初始状态。
[0031] 本发明铁路车辆自动调整行程式制动缸的详细工作原理将分为三个工况进行说明：第一是正常闸瓦间隙时的工况，第二是大于正常闸瓦间隙时的工况，第三是小于正常闸瓦间隙时的工况。为了详细描述其工作原理或流程，图2至图5(e)中的铁路车辆自动调整行程式制动缸简化了具体结构，并附加了车轮14、制动梁闸瓦15、第一制动梁杠杆16和第二制动梁杠杆17。
[0032] 一、原始状态
[0033] 原始状态是指本自动调整行程式制动缸装车后处于正常缓解状态下的情况，此时各部件所处
位置如图2所示。在缓解状态下，制动缸本体13没有受外力，各部件是根据组合组合套筒3内第一弹簧2和第二弹簧6的压力作用保持在各自位置，第一弹簧2的预压力小于第二弹簧6的预压力，此时第一离合器A啮合，第二离合器B和第三离合器C脱开。
[0034] 二、正常闸瓦间隙时的工况
[0035] 第一阶段如图3(a)所示，初始状态时，螺杆1伸出量为L值，车轮14与制动梁闸瓦15之间的间隙为M值。制动缸本体13充
风制动后，活塞11逐渐向左移动，通过推动套21驱动组合套筒3移动，操纵杆8跟随组合套筒3移动，第三离合器C逐渐由脱开转为啮合，在第三离合器C啮合之前，操纵杆8没有受力，暂时没有动作。
[0036] 第二阶段如图3(b)所示，随着活塞11继续向左移动，制动梁闸瓦15与车轮14
接触，此时第三离合器C已经啮合，操纵杆8不再跟随组合套筒3向左移动，与操纵杆8相连的拉杆7也停止向左移动。
[0037] 第三阶段如图3(c)所示，组合套筒3继续向左移动，第二弹簧6被压缩，使第二弹簧6作用在调整螺母4上的作用力小于第一弹簧2作用在调整螺母4上的作用力，这两个相反作用力的合力(以下简称为弹簧合力)和螺杆1所受第一制动梁杠杆16的反力共同作用，使调整螺母4和螺杆1一起向右移动δ值，从而使第一离合器A脱开，第二离合器B啮合。由于此时上述弹簧合力和螺杆1所受第二制动梁杠杆17的反力大小接近，在此移动过程中，调整螺母4并不旋转，螺杆1和调整螺母4之间的位置没有变化。
[0038] 仍如图3(c)所示，当第二离合器B啮合后，闸瓦间隙调整机构12成一个压死杆。此时，活塞11的工作行程为P值，制动力的传递过程是活塞11→推动套21→组合套筒3→第二离合器B→调整螺母4→螺杆1→第一制动梁杠杆16，此时有相同大小的制动反力作用在第二制动梁杠杆17上。
[0039] 第四阶段如图3(d)所示，制动缸本体13放风缓解后，活塞11在缓解弹簧10的推动下带动闸瓦间隙调整机构12一起向右移动，活塞11回到初始位置，螺杆1的伸出量仍为L值，车轮14与制动梁闸瓦15之间的间隙仍为M值。
[0040] 三、大于正常闸瓦间隙时的工况
[0041] 第一阶段如图4(a)所示，初始状态时，螺杆1伸出量为L值，车轮14与制动梁闸瓦15之间的间隙为M+ΔM值。制动缸本体13充风制动后，活塞11逐渐向左移动，通过推动套21驱动组合套筒3移动，操纵杆8跟随组合套筒3移动，第三离合器C逐渐由脱开转为啮合，在第三离合器C接触之前，操纵杆8没有受力，暂时没有动作(该阶段闸瓦间隙调整机构12作用情况与正常间隙工况的第一阶段相同)。
[0042] 第二阶段如图4(b)所示，随着活塞11继续向左移动，当达到活塞11预定控制行程时，制动梁闸瓦15仍未与车轮14接触，此时第三离合器C已经啮合，操纵杆8不再跟随组合套筒3向左移动，与操纵杆8相连的拉杆7也停止向左移动。
[0043] 第三阶段如图4(c)所示，活塞11可以推动组合套筒3继续向左移动，第二弹簧6被压缩，使第二弹簧6作用在调整螺母4上的作用力小于第一弹簧2作用在调整螺母4上的作用力，由于此时制动梁闸瓦15仍未与车轮14接触，于是螺杆1所受第一制动梁杠杆16的反力远小于弹簧合力，调整螺母4向右侧移动，第一离合器A脱开，在第二离合器B尚未啮合之前调整螺母4没有受到任何离合器
摩擦副的约束，因此调整螺母4可以在螺杆1上旋转，即不再约束螺杆1相对调整螺母4移动。由于第一弹簧2作用在螺杆1上的力大于第一制动梁杠杆16的反力，于是螺杆1在第一弹簧2的作用力推动下向左侧伸出组合套筒3，伸出量为ΔL值。这一过程直到两侧的制动梁闸瓦15接触到车轮14时停止。
[0044] 第四阶段如图4(d)所示，当两侧的制动梁闸瓦15接触到车轮14后，螺杆1所受第一制动梁杠杆16的反力增大，这个反力和上述弹簧合力共同作用将使调整螺母4和螺杆1一起向右移动δ值，使第二离合器B啮合，闸瓦间隙调整机构12成一个压死杆。此时，活塞11工作行程仍为P值，制动力的传递过程仍是活塞11→推动套21→组合套筒3→第二离合器B→调整螺母4→螺杆1→第一制动梁杠杆16，此时有相同大小的制动反力作用在第二制动梁杠杆17上。
[0045] 第五阶段如图4(e)所示，制动缸本体13放风缓解后，活塞11在缓解弹簧10的推动下带动闸瓦间隙调整机构12一起向右移动，制动缸活塞11回到初始位置，螺杆1的伸出量变为L+ΔL值，车轮14与制动梁闸瓦15之间的间隙减小为正常间隙M值。
[0046] 四、小于正常闸瓦间隙时的工况
[0047] 第一阶段如图5(a)所示，初始状态时，螺杆1伸出量为L值，车轮14与制动梁闸瓦15之间的间隙为M-ΔM值。制动缸本体13充风制动后，活塞11逐渐向左移动，通过推动套21驱动组合套筒3移动，操纵杆8跟随组合套筒3移动，第三离合器C逐渐由脱开转为啮合，在第三离合器C接触之前，操纵杆8没有受力，暂时没有动作(该阶段闸瓦间隙调整机构12作用情况与正常间隙工况的第一阶段相同)。
[0048] 第二阶段如图5(b)所示，随着活塞11继续向左移动，在第三离合器C接触之前，制动梁闸瓦15接触到车轮14，螺杆1所受第一制动梁杠杆16的反力增大；这一增大的反力和第一弹簧2共同作用在调整螺母4上的合力将大于第二弹簧6作用在调整螺母4上的作用力，推动调整螺母4和螺杆1一起向右移动；但此时第二弹簧6对调整螺母4的作用力仍大于第一弹簧2对调整螺母4的作用力，于是当第一离合器A脱开后，上述弹簧合力又有使第一离合器A啮合的趋势，由于第二离合器B也保持脱开状态，导致调整螺母4可以旋转，螺杆1向右移动缩进组合套筒3中。
[0049] 第三阶段如图5(c)所示，当活塞11达到预定控制行程时，第三离合器C已经啮合，操纵杆8不再跟随组合套筒3向左移动，与操纵杆8相连的拉杆7也停止向左移动。此时，螺杆1向右移动缩进组合套筒3，缩进量为ΔL值。
[0050] 第四阶段如图5(d)所示，组合套筒3继续向左移动，第二弹簧6被压缩，使第二弹簧6作用在调整螺母4上的作用力逐渐减小，直到该作用力小于第一弹簧2作用在调整螺母4上的作用力，这两个相反弹簧作用力的合力和螺杆1所受第一制动梁杠杆16的反力共同作用，使调整螺母4和螺杆1一起向右移动δ值；由于此时上述弹簧合力和螺杆1所受第一制动梁杠杆16的反力大小接近，在移动过程中调整螺母4并不旋转，螺杆1和调整螺母4之间的位置没有变化(该阶段闸瓦间隙调整机构12作用情况与正常间隙工况的第二阶段相同)。
[0051] 仍如图5(d)所示，第二离合器B啮合后，闸瓦间隙调整机构12成一个压死杆。此时活塞11工作行程仍为P值，制动力的传递过程仍是活塞11→推动套21→组合套筒3→第二离合器B→调整螺母4→螺杆1→第一制动梁杠杆16，此时有相同大小的制动反力作用在第二制动梁杠杆17上。
[0052] 第五阶段如图5(e)所示，制动缸本体13放风缓解后，活塞11在缓解弹簧10的推动下带动闸瓦间隙调整机构12一起向右移动，活塞11回到初始位置，螺杆1的伸出量变为L-ΔL值，车轮14与制动梁闸瓦15之间的间隙增加为正常间隙M值。
