改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面 【技术领域】
本发明一般涉及用于铁路货车的手制动器，更特别地，本发明涉及一种适于与一个单缸、敞车安装的制动设备一起使用的改进的手制动杠杆界面。
背景技术
如美国专利4,613,016和4,793,446中所示，目前根据现有技术已知一种单缸、敞车安装的制动设备，它设计成与压杆型制动梁一起使用。在这方面，通过设备施加的制动力在梁中点作用于各制动梁上，由于梁压杆臂传递在梁压缩和张紧元件之间载荷的原因，在梁中点具有对于弯折力地最大抵抗力。相信这种单缸设备在与桁架型制动梁结合时能以相对较低的成本实现最大的操作效率。
美国专利5,069,312中教导了一种用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动器。该专利转让给本发明的受让人，其中的教导这里作为参考引入。
其中公开的是一种手制动系统，该手制动系统与包括一个桁架型制动梁的敞车安装单缸制动设备一起使用。有一个单个手制动枢转杠杆，该杠杆在其端部的中间由一个扭转的传动连接件支承，该传动连接件又固定到制动设备传动杠杆上。该手制动杠杆的支轴端可在制动梁张紧和压杆元件的结合处与安装在制动梁上的止推承座的承载表面自由配合，从而使支轴点与承载表面之间的配合点随着手制动杠杆的旋转而改变。此外，手制动杠杆的支轴端设有两个间隔开的弧形区段，这两个弧形区段在手制动杠杆旋转过程中连续与止推承座的承载表面配合，以改变其杠杆比，并因而限制手制动杠杆的旋转程度。
【发明内容】
本发明提供一种改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面，与铁路车辆的手制动系统一起使用，包括第一和第二空间隔开的制动梁。第一和第二传动杠杆在它们的端部中间的一个点与上述第一和第二制动梁中对应的一个枢转联接。第一和第二力传递元件在上述第一和第二传动杠杆的对应臂之间相互联接。上述第一力传递装置包括制动器致动装置，该制动器致动装置可响应向它供应的流体压力而操作，以增大上述第一力传递装置的长度，从而增大上述第一和第二制动梁之间的间隔距离。一个传动连接件与上述第一传动杠杆联接，从而可在平行于上述第一传动杠杆的旋转平面的一个平面内与之一起精确移动。改进之处包括一个设置于上述第一制动梁上的止推承座。上述止推承座具有一个设置于其中的销元件。和一个致动杠杆，该致动杠杆与上述传动连接件在它们的端部中间的一个位置具有枢转联接，紧密靠近上述致动杠杆的一端有一个弧形部分，该弧形部分可与上述销元件旋转配合，并适于接收手制动力。
发明目的
因此本发明的一个主要目的是提供一种改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面，该界面具有销和杠杆几何结构，可将杠杆正确定位在垂直方向，这将有助于减小由于缸传动杠杆和手制动传动连接件的不对准而引起的牵引力。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面，能够与前述类型的制动设备相互作用，从而可在各制动梁的中点施加手制动力和气动制动力，而不需要任何附加杠杆来从一个制动梁向另一个制动梁传递手制动力。
本发明的另一个目的是提供一种改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面，能够通过气动制动设备元件施加所需的手制动力，而不会在制动梁和/或设备元件上施加任何显著的扭矩力。
本发明的又一个目的是提供一种改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面，构造成使手制动杠杆比在操作过程中改变，从而限制其运行范围并因而防止与敞车轴的干涉。
本发明的另外一个目的是提供一种改进的用于单缸敞车安装铁路车辆制动器的手制动杠杆界面，能够改装到现有系统上。
除了上面已经详细描述的本发明的各种目的和优点之外，对于相关领域中的技术人员，本发明的各种其它目的和优点将从下面对本发明的更加详细的描述中变得容易明白，特别是当这种描述是结合附图和附属权利要求而进行时。
【附图说明】
图1是装有现有技术手制动装置的单缸敞车安装制动组件的等轴视图，该制动组件可加装本发明的手制动杠杆或连接件。
图2是图1中制动组件的平面图。
图3是图1中制动组件的立面图。
图4、5和6是表示现有技术手制动杠杆的不同位置的视图，以表示控制手制动杠杆旋转范围的双重杠杆比方面。
图7、8和9表示根据本发明的手制动杠杆的当前优选的实施例。
图10是一个图表，表示与现有技术手制动杠杆相比，当前优选的手制动杠杆的大体上的改进性能。
【具体实施方式】
本发明优选实施例的详细说明。
在对本发明进行更加详细的说明之前，应当注意，为清楚起见，在附图的所有视图中，具有相同功能的相同元件用相同的附图标记表示。
参照附图中的图1、2和3，示出一个铁路车辆制动设备，包括一对平行的制动梁1和2，该对制动梁1和2通过在各梁的可拆卸制动头4上的导引支腿3安装在铁路车辆的敞车(未图示)上。制动头4安装在制动梁的端部，承载着与铁路车辆敞车的轮子配合的制动蹄(未图示)。敞车侧部框架中的导引沟槽设置成以公知方式接收制动梁导引支腿3，以支承制动梁，并将制动蹄导引到与轮周配合进行正确制动。
制动梁1和2可以是常规的桁架设计，包括一个压缩元件5、一个张紧元件6和一个压杆元件7。压缩元件5和张紧元件6如通过铆钉或其它适当紧固件，在可拆卸地固定着制动头4的它们的外端，焊接在一起。压杆元件7在它们的中点刚性联接在压缩元件和张紧元件之间。作为重量相对较轻的结构，这种设计用来提供能够承受高制动力的低成本制动梁是众所周知的。
如在转让给本发明的受让人的美国专利4,830,148中公开的，在本发明中使用的制动梁1和2的优选结构中，制动梁在它们的中点弯折成V形。
这种设置更好地适应不与制动梁元件发生干涉地安装制动设备元件，与此同时能够与制动蹄力成直线地施加制动应用力，以避免制动梁扭矩。
在张紧元件6附近，由一个销8枢转安装在压杆元件7上升部分上的是一个与制动梁1相连的传动杠杆9。相似地，一个传动杠杆10由一个销11枢转安装在与制动梁2相连的压杆元件7的上升部分上。在将这些传动杠杆9和10安装在张紧元件6的上方时，传动杠杆9和10的位置可靠近各梁的张紧元件，在传动杠杆旋转之后不会与之干涉。上述弯折梁概念能够将传动杠杆从梁中点提升，同时仍将这些杠杆保持在与制动梁端部共面，此时向梁施加制动蹄力而没有制动扭矩。
传动杠杆9和10的对应臂通过力传递元件12和13而相互联接。
力传递元件12包括一个气动致动器装置，如常规的具有一个压力头15和一个非压力头16的活塞型制动缸14。
在压杆元件7的一侧压缩元件5和张紧元件6之间的一个位置，制动缸14通过螺栓联接适当地安装在制动梁1上，或者通过其它方式固定到梁压缩元件5上。可替换地，制动缸14可由制动设备承载，而不是直接安装到制动梁上，特别是在使用轻重量类型的制动缸，如膨胀气囊的情况下。一个活塞推杆17通过一个销18与传动杠杆9的臂19联接，而联接杆20的一端通过一个销21与传动杠杆10的臂22联接。
联接杆20的另一端通过一个扩大的孔23a销连接到制动缸压力头15的凸耳23上。这种转动联接可适应各制动梁及相应连接件的相对垂直和横向运动，而不会束缚在制动缸联接杆接头。
力传递元件13可以是一个简单的联接杆，或者如这里所示，是一个松弛调节装置24，如转让给本发明的受让人的美国专利4,662,485中公开的松弛调节装置。松弛调节体的一端25通过一个销27与传动杠杆9的臂26联接，而与可相对于松弛调节器壳体轴向移动的致动棒29相连的相对端28，通过一个销30与传动杠杆10的臂31联接。一个起动臂47枢转安装到松弛调节器壳体上，从而正常地与位于一个基准元件49的螺纹杆上的止动螺母48间隔开，该基准元件49又固定到传动杠杆9上。
与上述制动设备配合设置的是一个现有技术手制动机构，包括一个致动杠杆32，一个止推承座33和一个U形传动连接件34。止推承座33靠近张紧元件6以适当的方式，如通过帽螺钉33a紧固到压杆元件7的端部7a上，并包括从一个底座37伸出的一对间隔开的平行的侧壁35和一个底壁36。侧壁35设置成与垂直方向成一个角度，并与底壁36一起形成一个凹坑，致动杠杆32的支轴端38以有限的运动自由度容纳在该凹坑中。致动杠杆32借助于传动连接件34安装在传动杠杆9上，该传动连接件34在其一端具有一个U形钩39，在其另一端具有一个开口40，传动杠杆9的臂19穿过该开口40。传动连接件34的U形钩端部通过一个销41与致动杠杆32枢转联接，并相对于具有开口40的一端扭转，从而与传动杠杆9成一个角度地支承致动杠杆32，该角度对应于由止推承座33的壁35形成的角度。传动杠杆9在其对应于传动连接件34具有开口40的扭转端的一例形成一个角度沟槽42。该沟槽42用于正确地定位和保持传动连接件34的位置，传动连接件34又建立了致动杠杆32相对于传动杠杆9姿态的姿态。致动杠杆32相对于传动杠杆9的水平姿态的角度姿态选择成如下面所述，当由致动杠杆操作时，优化致动杠杆32和传动杠杆9的杠杆比，从而提供对于手制动系统所需的这种机械效益。致动杠杆32与支轴端38相反的端部43用于与铁路车辆手制动器(未图示)的手制动链条联接。
如图4、5和6中所示，现有技术中致动杠杆32的支轴端38设有由一个平面46分开的两个弧形区段44和45。这些弧形区段44和45中的每一个的位置靠近止推承座33的底座37，根据致动杠杆在其操作范围中的位置，一个或另一个用于与底座37配合，以提供一个杆可枢转的支轴。根据哪一个弧形区段提供了支轴，可获得一个例如对应于3.962∶1杠杆比或者3.095∶1杠杆比的机械效益。虽然不同弧形区段的半径可以不同，但每个区段各自的半径前后是相同的。由此，且由于杠杆32中的U形钩销孔41a因通过传动连接件34与传动杠杆9联接而被约束不能在水平面中移动，根据哪一个弧形区段与止推承座33的底座37配合，在杆旋转过程中一个杠杆比有效，直到另一个弧形区段同时旋转到与止推承座底座37配合，使另一个杠杆比也变得有效。
现在特别参照图7和8。其中图示了一个当前优选的手制动杠杆，总体上用100表示，包括一个弧形部分106。该弧形部分106的作用将在下面说明。图7和8中还示出止推承座110的一个当前优选实施例，该止推承座110中设有一个销104，杆100的弧形部分106环绕该销104旋转。
当手制动杠杆32在其操作范围内旋转时，自动改变杠杆比的目的是限制其旋转范围，从而防止否则可能发生的与敞车轴的干涉。图4中示出手制动杠杆32的松开位置，图6中示出完全应用位置，图5中示出一个中间位置。另外，图4和6中以阴影表示手制动杠杆32的中间位置，以表示手制动杠杆3从松开位置到中间位置(图4)以及从应用位置到中间位置(图6)的运动程度。图4中，该运动在手制动杠杆32的端部43表示为距离X，在图6中表示为距离X’，对于U形钩销孔41a的给定运动程度，与图6中相比，由于图4中有效的杠杆比较大，距离X大于距离X’。
众所周知，手制动链条一般通过一个双臂曲柄连杆(未图示)工作，该双臂曲柄连杆首先以较低的机械效益提供快速拉紧，随后以较高的机械效益缓慢拉紧。可以理解，设计成在手制动杠杆的各支点之间发生转换，从而在手制动链条于手制动双臂曲柄连杆的缓慢拉紧区域中操作的过程中(高机械效益)，对应于手制动杠杆32的低杠杆比的弧形区段45有效。反之亦然。
根据本发明，手制动器响应在制动缸装置14的空气供应和释放，或者响应铁路车辆手制动轮的操作，而通过制动设备操作。
在响应向制动缸14供应压缩空气而进行气动制动的情况下，推杆17被强制在相对于制动缸本体的左手方向移动，制动缸本体固定到制动梁1的压缩元件5上。
相似地，如图1中看到的，当以公知方式拉紧手制动链条时，致动杠杆32的端部43在逆时针方向的旋转迫使致动杠杆的支轴端38接触止推承座33的底座37，从而通过传动连接件34拉动传动杠杆9。
由于像推杆17那样，传动连接件34与传动杠杆9的臂19联接，很明显，如图1中看到的，在气动制动应用和手制动应用两种情况下，传动杠杆9都被强制在逆时针方向旋转。
传动杠杆9的这种逆时针旋转导致力传递元件13在右手方向移动，这样又使传动杠杆10环绕其枢转销11逆时针旋转。由于力传递元件12的联接杆20压靠形成在制动缸14的压力头上的凸耳23，在通过销21与联接杆20联接的传动杠杆10的端部遇到了运动阻力，因而传动杠杆10用作一个第二级杆。因此通过力传递元件13施加在传动杠杆18另一端的力导致传动杠杆10环绕其销11在逆时针方向枢转，从而通过传动杠杆10与压杆元件7的联接而在右手方向移动制动梁2，使与制动梁2相连的制动头4的制动蹄与其相连的轮周配合。
一旦在制动梁2处发生制动蹄配合，传动杠杆臂26与力传递元件13在其销27处的联接变得坚固，传动杠杆9也成为第二级杆。这样导致传动杠杆9逆时针旋转。此旋转是通过环绕传动杠杆9与力传递元件13的销联接点27枢转旋转而实现的。因此，所施加的手制动力通过传动杠杆9的压杆元件7的销8作用，在左手方向推动制动梁1，从而使与制动梁1相连的制动头4的制动蹄与其相连的轮周配合。
由于松弛调节装置24已经先前在美国专利4,662,485中公开，这里应当足可以说，如上所述，在手制动应用过程中，松弛调节装置24能够承受施加在力传递元件13上的压缩力，其中松弛调节器24是一个整体部件，因为在由于制动蹄磨损而没有超行程的情况下，起动臂47保持与止动螺母48脱离。还应当注意，在由于在前面的制动应用中已经发生了制动蹄磨损而不存在超行程的情况下，松弛调节器装置24与止动螺母48的配合将发生在制动蹄/轮周配合之前，以起动松弛调节动作。
当制动应用解除时，各制动梁通过重力并通过制动缸松开弹簧(未图示)朝一个收缩位置移动到敞车侧部框架中的倾斜导引凹坑下面，在该收缩位置，各制动梁的制动蹄保持与相连的轮周制动表面相隔一个预定的距离。在初始松开运动过程中，松弛调节装置24反作用于已致动的起动臂47，从而进一步延伸松弛调节器，直到起动臂47枢转到脱离与止动螺母48的配合。当此事发生时，松弛将被拉紧，以补偿任何制动蹄磨损，松弛调节器现在将被锁定，以承受当制动梁连续收缩时通过设备施加的力。制动梁收缩而移动制动蹄脱离与轮周的配合导致传动杠杆臂26和31及力传递元件12和13，以及制动梁1和2，以与制动器应用过程中发生的相反的方式移动。
可以理解，通过在压缩元件5处将制动缸14的一侧固定到制动梁1上，并使松弛调节起动臂47传感位于传动杠杆9上的止动螺母48，起动臂与由止动螺母48提供的蹄磨损参照点之间的关系对于任何给定的制动梁的位置都保持恒定，从而确保精确地读取制动蹄磨损，因而读取通过松弛调节操作引起的松弛拉紧。
此外，手制动力以与制动缸应用力相同的方式通过制动设备作用，每种情况下的制动力施加在各梁的中点，即施加在其压杆元件7上，这个事实符合使用常规低成本型制动梁的愿望。
如图4、5和6中所示，在手制动杠杆32的经过其全部操作范围的上述旋转过程中，我们可以注意到，弧形区段44首先与止推承座33的底座37配合，以提供手制动器致动杠杆32在旋转过程中枢转所环绕的支点。这样，手制动器致动杠杆32用作一个第二级杆，与U形钩销41和位于弧形区段44的支点之间的距离相比，该第二级杆具有由端部43处的手制动链条联接与弧形区段44处的支点之间的距离确定的初级杠杆比。
在手制动器致动杠杆32的旋转极限中间的某些给定位置，杆姿态能够将平面46置于止推承座33的底座37上。手制动器致动杠杆32从该中间位置连续旋转导致弧形区段45与止推承座33的底座37配合，弧形区段44脱离底座37。
因此，与U形钩销41和位于弧形区段44的支点之间的距离相比，初始的初级杠杆比瞬时减小到由端部43处的手制动链条联接与弧形区段45处的支点之间的距离确定的一个次级杠杆比。
初级杠杆比选择成以正常的手轮力致动制动设备，在此过程中手制动双臂曲柄连杆(未图示)提供较低的机械效益。在手制动杠杆支点从弧形区段44转换到弧形区段45之后，次级杠杆比变得有效，与由弧形区段44提供支点时相比，对于传动连接件34的给定的运动单元，在手制动杠杆32的端部43处产生一个相对较短的运动范围。这种双重杠杆比的结果是减小了手制动杠杆32在制动器松开和应用位置之间运行的全部范围，从而防止与相邻轴干涉。
这是在不必施加过多手轮力的情况下实现的，因为由手制动双臂曲柄提供的机械效益在手制动杠杆32根据其次级杠杆比操作的过程中提高。
由于其上通过传动连接件34固定着手制动器致动杠杆32的传动杠杆9的旋转角度，致动杠杆32被约束而不能在传动杠杆9的旋转平面内横向移位。但在允许手制动杠杆32的支轴端38自由浮动时，可以理解，可在不同点与止推承座33的底座37配合，以适应传动杠杆9的角度性。
另外，在允许手制动器致动杠杆32的支轴端38与止推承座33的底座37滑动配合时，如由弧形区段44、45中的一个或另一个提供的，可以适应在手制动操作过程中手制动器致动杠杆角度性的改变，而不会对制动设备元件有任何约束。
根据前述，由于手制动器致动杠杆32和其上固定着传动连接件34的传动杠杆9二者的旋转角度，支轴端38与由止推承座33的底座提供的支承表面之间发生滑动配合，因此具有反映传动和手制动杠杆二者角度性的运动。
除了消除对制动设备元件的约束之外，手制动杠杆32的自由滑动支轴端还消除了否则会施加到制动梁上的扭矩力。
止推承座33的侧壁35和底壁36形成一个凹坑，支轴端38在该凹坑中具有有限的自由运动，设置这些壁是为了防止支轴端38在极端应用条件下卷入制动设备中，例如在手制动链条张力突然释放时手轮装置快速释放操作过程中可能发生的。