CZ2019106A3 - Nouzová brzda kolejových vozidel - Google Patents

Abstract

Uspořádání nouzové brzdy kolejových vozidel obsahuje brzdné ústrojí, přičemž toto brzdné ústrojí je připojeno k prostředku vyvýšeného umístění částí brzdného ústrojí, kterýžto prostředek je uzpůsoben tak, aby snímal výskyt překážky v prostoru koleje a přemísťoval části brzdného ústrojí nad úroveň temene kolejnice při rozpoznání překážky v prostoru koleje.

Description

Oblast techniky

B61117/00 Brzdy kolejových vozidel s brzdnými členy účinkující s dráhou-kolejí

Dosavadní stav techniky

Známy jsou třecí brzdy potiskující brzdné elementy k plochám kol vozidel, nebo k plochám disků a bubnu na osách kol vozidel. Brzdná síla působící na vozidlo je u kolejových vozidel spoluurčena adhezí-součinitelem smykového tření mezi kolem a kolejnicí, což u kovových kol a kolejnic je malé číslo. Přitom brzdná sílaje omezena i velikostí kolmo působící síly, v případě brzdění koly je omezena tíhou vozidla, danou hmotností vozidla, která je dána konstrukcí a omezena požadavky j ako únosnost a účinnost. Proto brzdná dráha vlaku j e běžně tisíc metrů, j sou běžné kolize kvůli nedobrzdění v případě spatření automobilu, často téměř nevyhnutelné, se škodami v desítkách a stovkách milionů, škodami na zdraví, ztrátami životu. Dlouhá zábrzdná vzdálenost přitom vyžaduje velké mezery mezi vlaky, omezuje propustnost železnic.

Proto se někdy používají zvláštní nouzové/záchranné brzdy, některé pracují na principu elektromagnetu, přitahovaného elektromagnetickou silou k horní ploše kolejnic, kde brzdí třením, přitisknuty shora.

US810316 P. Adams (1906) Emergency rail brake, brzda se skládá z čelistí, které jako kleště sevřou kolejnici z opačných stran a brzdí třením. Pokud brzda najede např. na výhybku, nárazem je zničena brzda, vozidlo a železniční svršek, přitom výhybka je běžná součást kolejové sítě, tedy havárie u takového řešení hrozí s vekou pravděpodobností, jelikož vyvolávající aktér nemůže vždy spolehlivě ověřit, že trať je hladká. I když brzdění zahájí na hladké trati, vozidlo může setrvačností dojet na výhybku či jiný prvek trati, který ani nemusel být postřehnut, a nemá možnost řízením brzdění zvednout čelisti z prostoru u kolejnic, zvednout ze záběru do kolejnic. Hladkost kolejnic a koleje se nedá u železniční trati zajistit, takže použitelnost takové brzdy je omezená, množství nehodových událostí nastává v místech rozvětvení sítě (zhlaví stanic), kde např. druhé vozidlo na sousední větvi zasáhne do profilu- průřezů projížděné koleje, nebo do ní přímo vjíždí chybou při řízení provozu, vozidlo

CZ 2019 - 106 A3 potřebuje prudce brzdit a přitom vzápětí najíždí na výhybku-překážku v přednádraží. Podobně další příklady překážek: traťové brzdy svážnic, počítadla kol, výkolejky, zabezpečovací prvky.

US425226, us4785739, usll78224,us809632, us2748895

W02016193392: před a za čelistmi má zaváděcí kolečka, s vodorovnou osou, s účelem zavést čelisti vedle boků kolejnice při pádu na kolejnici při začátku brzdění.

KR100978900: není to brzda, díl 110 nemá níže popisovaný účel.

us2397237

CN2409104Y tyčka spuštěná v neupřesněném místě na předku vozidla, která „přes pákový převod uzavře kohout přívodu tlakové kapaliny do válce, ovládajícího sevření čelistí brzdy.“ A to „při najetí na vozovku silničního přejezdu“ o čemž se v nárocích ani nezmiňuje. Rozevření čelistí je závislé na síle pružiny, a uzavření přívodní trubky do válce znamená, že válec zůstane natlakován a tedy rychlost otevírání je sporná, k rozevření čelistí by zřejmě nedošlo. Podle nákresu a z použitého označení tyč jde o úzký svislý předmět, takže do tyče udeří jen překážka umístěná v jednom velmi malém místě, (pravděpodobně ve středu koleje mezi kolejnicemi, tyčka je pravděpodobně umístěna na středu šířky vozidla, není nijak upřesněno), zatímco ostatní překážky ve zbytku příčného průřezu, u jedné nebo u obou kolejnic, volně pokračují, aniž by zavadily o tyč, a nárazem zničí brzdu v záběru. Čelisti se ani v rozevřeném stavu nezvedají na dostatečnou úroveň (jak je vidět z tvaru a uspořádání jejich ovládacích pák v nákresu). I kdyby čelisti byly rozevřeny do velmi velkého úhlu, dostaly by se mimo povolený průřez-profil vlaku a náraz, překážky by zničil brzdy i okolí. Zvednutí ani není nijak popsáno. Páka od tlakového válce ovládá kohout na trubce do válce sevření, nezvedá brzdové ústrojí. Rozevření čelistí do stran neodvrací riziko střetu, např. s jazyky výhybky nebo přídržnicemi, v určitém směru zhoršuje riziko.

JP706488 us720005: jako vedlejší prvek, naznačený v nákresu bokorysu, je zaoblení čelisti brzdy: tak jak je zaoblení na brzdné čelisti zakresleno, se svislou ploškou pod úrovní temene kolejnice, znamená dle názoru autora tohoto popisu, že běžná překážka ve výši kolejnice by narazila čelně na svislou plochu čelisti, plnou energií dopředného pohybu vozidla, tedy vznik extrémních sil ve vodorovném směru, s destruktivními důsledky na brzdu, vozidlo i trať a její

CZ 2019 - 106 A3 okolí, ať už by se čelist nacházela v poloze zakreslené nízko, nebo během poklesu do nejnižší polohy při brzdění.

Neodpomohla by ani větší délka čelisti: i kdyby umožnila menší úhel náběhu, potřebný k omezení destrukčních sil, nejde použít, neboť při průjezdu obloukem by se začátek čelisti stranově vzdálil od kolejnice při jednom směru oblouku a do vzniklé mezery by vnikla a vzpříčila se překážka, při průjezdu obloukem opačného smyslu by se začátek i konec čelisti stranově vzpříčil o kolejnici, v obou případech s destruktivními důsledky, nebo vyřazenou funkcí. Kvůli poměrům v půdorysu-vodorovině tedy toto pojetí principiálně nemůže mít větší vodorovnou vzdálenost začátku čelisti od středu čelisti. Kvůli omezení délky čelisti má zkosení náběžné hrany nutně relativně velký úhel, při nárazu na překážku (na výhybku) během brzdění i během klesání do pracovní-brzdící polohy by na zkosení vznikla extrémní síla ve vodorovném směru, zejména při rychlostech, kdy je potřeba použít nouzovou brzdu, t. j. velkých rychlostech.

Explicitně jev popisu zmíněno jen „zaoblení čelisti ve vodorovném-půdorysném řezu 5“, ale v řezu 5 není vidět, a zaoblení čelisti ve vodorovném-půdorysném obrysu nemůže zajistit udávanou funkci „vyhnutí se výhybce“.

Náraz do výhybky by zničil zmíněné konstrukce, vlak by pokračoval bez nouzové brzdy, s poškozeným vozidlem, po poškozené trati s pravděpodobným vykolejením ve vysoké rychlosti.

Z podobných důvodů se princip klešťových brzd (známý u pomalých jeřábů, využívaný u kolejových tratí bez výhybek), dosud neuplatnil na železnici, trati s výhybkami a dalšími překážkami okolo kolejnic.

Podstata vynálezu

Uspořádání nouzové brzdy kolejových vozidel, obsahující brzdné ústrojí, brzdné ústrojí zahrnuje brzdné čelisti a mechanismus ovládající čelisti při brzdění. Brzdné ústrojí je připojeno k výstupu prostředku vyvýšeného umístění částí brzdného ústrojí, řečený prostředek je uzpůsoben tak, aby snímal-rozpoznával výskyt překážky v prostoru koleje a přemístil, zdvihl čelisti a případně i další části brzdového ústrojí alespoň nad úroveň temena kolejnice (nebo nad úroveň překážky, příp. i mimo prostor překážky) při výskytu/rozpoznání překážky v prostoru koleje, za účelem zmenšení škodlivých následků případného nárazu částí brzdného ústrojí na překážku. Tento účel zahrnuje i předcházení škodlivým následkům případného nárazu částí brzdného ústrojí na překážku, i snížení takových případných následků na nulovou

CZ 2019 - 106 A3 hodnotu, včetně upřednostňované pod varianty, kdy se části brzdného ústrojí vůbec nestřetnou s překážkou.

S výhodou, když řečený prostředek a brzdné ústrojí jsou uzpůsobeny tak, aby brzdové čelisti a případně další části brzdného ústrojí, které jsou během brzdění pod úrovní temene kolejnice v prostoru, kde hrozí jejich srážka s překážkou při pohybu vozidla, byly oddáleny, přemístěny, zdviženy nad úroveň temene kolejnice dřív, než by se tyto části brzdného ústrojí včetně čelistí dostaly do střetu s překážkou a/nebo před tím bylo přemístění aspoň zahájeno, a/nebo přemístění nad úroveň temene kolejnice nastalo nebo bylo alespoň zahájeno dřív, než se překážka dostane do prostoru, v němž se vyskytují brzdové čelisti nebo další části brzdového ústrojí při brzdění, takže případný následný náraz na překážku má menší velikost.

Jedním z účelů je, aby se části brzdného ústrojí nestřetly s překážkou v prostorech, ve kterých se čelisti, příp. další části brzdového ústrojí, octnou při brzdění, během požadavku brzdění, v době kdy má probíhat nouzové brzdění.

S výhodou: účelem je. aby se části brzdného ústrojí nestřetly s překážkou v prostorech, ve kterých se čelisti, příp. další části brzdového ústrojí, octnou během přemisťování mezi zdviženou-klidovou a dolní-pracovní-brzdící polohou čelisti. Proto se v tomto prostoru zjišťuje přítomnost překážky, s prostorovým-vzdálenostním a časovým předstihem, než se v řečeném prostoru octnou části brzdného ústrojí, tak jak se brzdné ústrojí pohybuje s vozidlem nad kolejí a prostory, v nichž se objevují překážky.

A to při výskytu překážky v prostoru koleje, s výhodou při výskytu překážky v těsné blízkosti kolejnice, zejména ve vzdálenosti menší než 5 centimetrů, zejména v prostoru, kde se budou vyskytovat brzdná čelist a její příslušenství při dalším pohybu vozidla, při zohlednění pohybu vozidla, vyskytovat zejména v záběrové-brzdné poloze, s případným zohledněním pohybu překážky.

Formulace typu „než se překážka dostane do prostoru brzdových čelistí“ jsou brány v relativních souřadnicích soustav vzájemně se pohybujících těles, jsou ekvivalentem formulace „než prostor vozidla, v němž se vyskytují brzdové čelisti při brzdění, dojede do prostoru překážky,“ vzhledem k tomu, že vůči Zemi je poloha překážky obvykle stálá, pohybuje se vozidlo s brzdovým ústrojím a řečeným prostředkem.

CZ 2019 - 106 A3

Postup brzdění může být následující:

- krok 1) Po požadavku na brzdění, čelist brzdného ústrojí brzdí o plochu kolejnice, zejména boční, pod úrovní temene kolejnice.

- krok 2) Po rozpoznání překážky v kolej išti snímačem, prostředek vyvýšeného umístění čelisti vyvolá přemístění čelistí, a příp. i dalších částí brzdného zařízení, vyvolá zvednutí nad úroveň temene kolejnice.

- krok 3) Čelist se přemístí nad úroveň temene kolejnice.

Je možné doplnění, za krok 3) se zařadí

- krok 4): Po přejetí překážky a při trvajícím požadavku na brzdění se čelist přemístí dolů a opět brzdí o plochy kolejnice, zejména boční, a/nebo před krok 1) se předřadí

- krok la): Plochou na části zařízení se brzdí o plochu na temeni kolejnice.

Přínosem je zvýšení bezpečnosti provozu, ochrana zdraví, životu, majetku včetně vozidel, kolej iště a okolí, snižování škod včetně na převážených nákladech a životním prostředí, času zmařeného u dopravců i dopravní sítě. V případě nouzové situace, intenzivní brzdění nepoškozuje pojížděnou horní plochu kolejnic ani povrch kol, které se dosud musí brousit, soustružit a měnit, tedy náklady na každou nouzovou situaci jsou nízké, místo škod dnes dosahujících desítek milionů. Při snížení zábrzdné vzdálenosti je možné zvýšení propustnosti kolejové sítě, ve stávajícím způsobu řízení i ETCS, zvýšení výkonu kolejové dopravy jako celku, úspory energií a emisí, úleva silnicím a provozu na nich, úspory investic do infrastruktury.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1: bokorys vozidla na koleji

Obr. 2: bokorys vozidla na koleji

Obr. 3: bokorys vozidla na koleji

Obr. 4: bokorys vozidla na koleji

Obr. 5: bokorys vozidla na koleji

Obr. 6: bokorys vozidla na koleji

CZ 2019 - 106 A3

Obr. 7a: bokorys vozidla na koleji

Obr. 7b: půdorys náběhu pod vozidlem okolo koleje

Obr. 8: řez A.

Obr. 9a: bokorys vozidla na koleji

Obr. 9b: půdorys snímačů a čelistí pod vozidlem okolo koleje

Obr. 11: bokorys vozidla na koleji

Obr. 12: bokorys vozidla na koleji

Obr. 13: bokorys vozidla na koleji

Vysvětlení výkresů a příklady provedení

Níže uvedená ustanovení jsou jen ilustrační příklady a neomezují mnohem širší záběr nárokovaného řešení.

Řečený prostředek v upřednostňovaném provedení zahrnuje snímač rozpoznávající výskyt překážky, a signálové spojení ze snímače do aktuátoru, a aktuátor k přemístění čelistí alespoň nad úroveň temena kolejnice, při výskytu překážky v prostoru koleje.

Je výhodné, když signál o přítomnosti překážky je, po případném zpracování, veden, přes případné mezičleny, na povelový vstup aktuátoru ke zvednutí čelistí

Obr. 1: Pod čelem vozidla 1 jedoucího na kolech 2 směrem SM je umístěn snímač 3, snímající přítomnost překážky P (např. přídržnice nebo jazyka výhybky nebo hmoty výkolejky) u kolejnice K. Snímač je připojen signálovým spojením 4 k čelisti 5, po spojení 4 se přenáší signál ze snímače 3 do čelisti 5. Na místě bloku 5 muže být nosič čelisti s čelistí. Čelisti 5 jsou zobrazeny níže než je jejich možná klidová poloha nad temenem kolejnice. Zobrazená poloha pod úrovní temene může být dolní polohou nebo mezipolohou během poklesu do dolní polohy.

Obr. 2: Signál od snímače je přenášen přes zprostředkovávající členy, zde přes část 6 ústrojí, obsahující například aktuátor, který silovým působením snižuje/zvedá čelist a tím dokončuje přenos signálu ze snímače na čelist. Signál od snímače je přenášen po signálovém spojení 4a do části 6, kde signál pokračuje v podobě svislého pohybu 4b mezi aktuátorem a čelistí 5.

CZ 2019 - 106 A3

Obr. 3: Možným způsobem zajištění prostředku vyvýšeného umístění čelistí je mechanická lyžina-náběh 31. odlišný od čelisti (nejde o jednolitý tuhý kus) a jeho poloha tedy může být přizpůsobena poloze kolejnice, i při měnícím se zakřivení. Začátek náběhu je umístěn v určité vodorovné vzdálenosti od brzdící účinné části, čelisti, takže křivka náběhu 3 Ik může mít malý úhel-sklon Alfa vůči vodorovině, díky větší vodorovné délce (větší vzdálenosti začátku náběhu od čelisti, umožněné právě oddělením náběhu od čelisti s přizpůsobením polohy částí ústrojí k poloze kolejnice). Jde v podstatě o mechanický snímač, hmota náběhu-snímače a prostor snímaný snímačem (jeho spodní část) jsou v tomto příkladu totožné. Toto provedení využívá energii dopředného pohybu: rozkladem síly nárazu náběhu 31 na překážku P, rozkladem síly na úhlu Alfa šikminy křivky náběhu 3 Ik, vzniká svislá složka síly působící na náběh, síla zvedá náběh a zvedá také připojenou čelist, coby síla aktuátoru.

Náběh-snímač je spojen s čelistí, zejména mechanicky spojen, např. spojením tuhým ve svislém směru, zachovávajícím polohu mezi náběhem a čelistí, polohu ve svislém směru (ve svislém pohledu-průmětu): při najetí na překážku se náběh zvedá, tak jak najíždí na překážku hranoukřivkou s malým úhlem náběhu, a se sebou zvedá přes tuhé spojení i čelist.

Signál ze snímače zde má po celé délce přenosu podobu mechanické polohy ve svislém směru a její změny = pohybu, přenos signálu symbolicky naznačen šipkou 4c v obrázku, fyzicky je přenášen hmotou náběhu-lyžiny 31 a přes spojku 319, resp. náběhem 32 a přes spojku 329. Spojky mohou být vymodelovány z hmoty náběhů 31 a 32 jako jejich jednolité pokračování, v tom případě signál v podobě mechanického pohybu ve svislém směru je přenášen hmotou náběhu-lyžiny přímo do nosiče čelisti či přímo čelisti, bez mezičlenů. Náběh je tedy současně aktuátorem.

Připojení těchto částí k vodítkům, umožňujícím jen pohyb ve svislém směru a/nebo omezujícím naklápění a příp. omezujícím pohyb v podélném směru, zachovává svislou složku vzájemné polohy (výškovou polohu-postavení-umístění) náběhu vůči čelisti, resp. nosiče čelisti, takže čelist se zvedá souběžně se zvedáním náběhu, tlačeného nahoru při najetí na překážku.

Vodorovná složka rozkladových sil, působících na náběhy a čelisti, muže být nesena (neutralizována, bear) plochami vodítek 7 v části 6 ústrojí.

CZ 2019 - 106 A3

Šikmina křivky náběhu s malým úhlem Alfa začíná nad úrovní temene kolejnice, aby při najetí na překážku, výškově typicky na úrovni kolejnice, se hmota překážky nedostala do střelu s částí náběhu o velkém úhlu, nýbrž opřela se o úsek křivky s malým úhlem, a vytlačila náběh nahoru, se sníženou energií rázu ve vodorovném směru.

Křivka náběhu muže být přímková nebo odlišná od přímky, křivočará, zejména parabolická (s konstantním zrychlením).

Snímače mohou být na obou čelech-koncích vozidla, pro oba směry jízdy, zde mechanické snímače v podobě dlouhých náběhu 31 a 32.

Čelist je příjemcem vzruchu-signálu od snímače, přes případné přepracovávající-modifikující mezijednotky, čelist přijímá signál, zde ve formě svislého mechanického pohybu, vyvolaného aktuátorem.

Náběhy a/nebo snímače a/nebo čelisti u různých stran kolejnic mohou být propojeny tak, že čelisti se zvedají současně, když některý z náběhů najede na překážku a/nebo některý ze snímačů rozpozná překážku. Náběhy a/nebo snímače a/nebo čelisti u různých stran kolejnic mohou být propojeny tak, že čelisti se zvedají samostatně, když některý z náběhu najede na překážku a/nebo některý ze snímačů rozpozná překážku. Náběhy a/nebo snímače a/nebo čelisti na různých stranách kolejnic mohou být propojeny tak, že čelisti se zvedají současně, nebo samostatně v závislosti na tom, který náběh/snímač rozpozná překážku.

Jedná se o symbolické vyjádření principu, mezikrok návrhu, neboť při této délce náběhů by v obloucích kolejnic trpěl slabinou: náběh v předpokládaném kovovém provedení by nepříliš dokonale stranově opisoval-kopíroval polohu kolejnic na úrovni začátku náběhů u čel vozidla.

Ústrojenství zahrnující např. čelist, nosič čelisti, snímače, přenosové prvky, v úrovni čelisti (při brzdění v úrovni kolejnice), může být při své délce mechanicky rozděleno na části, aby lépe stranově opisovaly půdorysný polohu kolejnic v oblouku.

Obr. 4: V tomto příkladu je náběh jednoho směru rozdělen na části 311. 312. 313. mezi kterými je signál ve formě mechanického pohybu ve svislém směru přenášen přes spojky 319‘, 319“. 319‘“. Zachování svislé složky vzájemné polohy náběhů a nosiče čelisti mohou zajišťovat vodítka 7 v části 6 ústrojí, které současně nese vodorovné síly, působící na náběhy

CZ 2019 - 106 A3 a čelisti. Další možností je, že zachování vzájemné polohy náběhů a nosiče čelisti zajišťují vodítka 7‘ a 7“ u jednotlivých částí náběhů.

Pokud je náběh rozdělen na více částí, pak přechody křivky náběhu na koncích částí jsou uzpůsobeny tak, aby byla omezena velikost nárazů při přejíždění přes překážku. Křivka náběhu, zejména její část, může být vytvořena i na brzdové čelisti či jejím nosiči.

Částí ústrojenství, v místech vzájemných styků, zespodu vystavených případným překážkám, mohou mít spodní plochy styků překryté, nebo s výčnělky zespodu vzájemně překrývajícími tyto části, aby se předcházelo zaseknutí překážky do mezer styků mezi částmi.

Obr. 5: Část kňvky náběhu je provedena i na bloku 55, např. čelisti nebo nosiči čelisti.

Další způsoby zajištění prostředku mohou využít snímač např. elektromagnetický, optický/radiační, pneumatický, hydraulický. Signál o přítomnosti překážky způsobí jako povel zvednutí čelistí (a případných dalších částí brzdového ústrojí), např. vyvoláním síly aktuátoru zvedající čelisti (a případné další části brzdového ústrojí) nahoru, sepnutím elektromagnetu nebo vpuštěním tlakové kapaliny do válce, zvedajícího brzdové ústrojí, nebo po odjištění zámku, zadržujícího části ústrojí proti síle pružiny, zvedající brzdové ústrojí. Dalším způsobem vytvoření síly, zvedající čelist, může být energie chemická (využívající energii expanze-výbuchu, jako např. v airbagu).

Čelisti mohou být umístěny např. na středu délky vozidla, ovládány od snímačů překážek z obou konců vozidla. Nebo čelisti mohou být umístěny na přední/zadní části vozidla, těsně před koly, za koly (viz Obr. 6), nebo mezi dvojkolími vícekolového podvozku (Obr. 13).

Obr. 11: Brzdná čelist spuštěná ve vodítkách, umístěných na středu vozidla. Pomocné dvojkolí Dli pomáhá přes vazbu Til sladit polohu čelistí s polohou kolejnic, a to zejména stranovou polohu před spuštěním čelistí okolo kolejnic při začátku brzdění, přičemž vodítka umožňují stranový (příčný vůči směru jízdy) pohyb čelistí.

Obr. 12: Brzdná čelist ve vodítkách, umístěných za dvojkolím vozidla, které přes vazbu T12 pomáhá sladit polohu čelistí s polohou kolejnic, a to zejména stranovou polohu před spuštěním čelistí okolo kolejnic při začátku brzdění. Vodítka vlevo zahrnují příčné vedení V12 odlišného druhu, další možnosti uskutečnění vodítek jsou zřejmé odborníkovi v oboru.

CZ 2019 - 106 A3

Obr. 13: Brzdná čelist ve vodítkách, umístěných na čtyřkolovém podvozku vozidla, podvozek svou polohou a natočením pomáhá sladit polohu čelistí s polohou kolejnic.

Snímače, stejně jako prostory, ve kterých jsou snímače citlivé (prostory které snímače snímají, ve kterých detekují, rozpoznávají překážky), mohou být umístěny např. za koly, vedle kol, před koly, pod nárazníky, pod čely vozidel, na čelech vozidla, daleko od čelistí, které ovládají, dokonce je to žádoucí ve smyslu tohoto řešení, aby ovládaná čelist měla více času ke zvednutí v případě výskytu překážky pod snímačem. Snímače mohou být přímo u kola na začátku vozidla, přesně kopírovat polohu kolejnice, tedy mohou snímat-hlídat prostor těsně vedle kolejnice, i v celé šíři mezi kolejnici.

S výhodou, pokud snímače (prvky prostředku, které rozpoznávají přítomnost překážky), rozpoznávají překážku v prostoru a/nebo jsou umístěny v prostoru, jehož vzdálenost od středu jimi ovládané čelisti, resp. vzdálenost od středu jimi ovládané skupiny brzdných elementů, je větší než 1/3 délky vozidla nebo Ά délky vozidla nebo 2/3 délky vozidla nebo 3/5 délky vozidla, nebo větší než délka vozidla, nebo tyto prostory či snímače jsou umístěny mimo vozidlo nesoucí brzdové elementy, např. snímače jsou upevněny na jiném vozidle, nebo radiolokační snímač zjišťuje přítomnost překážek v okolí kolejnic ve vzdálenosti 30 metrů před vozidlem. Snímač muže být společný pro prostory obou kolejí, pro prostory delší než 1/3 délky vozidla.

S výhodou, pokud pokles čelistí na úroveň kolejnice je rychlý, rychlejší než např. 2 vteřiny, nebo 1 vteřina, nebo 1/10 vteřiny x max. vzdálenost mezi brzdnou čelistí a snímačem/snímaným prostorem. S výhodou, pokud pohyb čelistí vzhůru nad úroveň kolejnice je rychlý, rychlejší než např. 2 vteřiny, nebo 1 vteřina, nebo 1/10 vteřiny x max. vzdálenost mezi brzdnou čelistí a snímačem/snímaným prostorem.

Uspořádání může obsahovat tlumič pohybu brzdného ústrojí, aby po rychlém pohybu (zejména vzhůru, ať již po nárazu na překážku nebo zvednutí silou aktuátoru) nedošlo k větším škodám, i když v nouzové situaci je možné připustit jednorázovou spotřebu části materiálu brzdového ústrojí, obětovat předem omezenou/vymezenou část materiálu, např. gumový nárazník uvnitř tlumiče, při zachování bezpečnosti vůči okolí.

CZ 2019 - 106 A3

Obr. 7a: bokorys. Náběhy jsou rozdělené na části, v tomto příkladu je náběh jednoho směru rozdělen na části 311. 312, 313. mezi kterými je signál ve formě mechanického pohybu ve svislém směru přenášen přes spojky 319‘, 319“, 319‘“.

Obr. 7b: půdorys částí náběhu okolo koleje K. Na částech 311 a 312 je předvedeno vybrání, ponechávající prostor kolu 2. Spojky 319‘, 319“, 319‘“ umožňují vzájemné natáčení částí 311, 312, 313 vůči sobě v půdorysu, zatímco udržují výškový vztah částí a čelisti tak, aby zůstaly v přímce. Vodorovnost této přímky, skupiny dílů, zajišťují vodítka 7 v části 6.

Části 311 a 321 jsou v půdorysu rozšířeny i do vnitřní části koleje, aby se pokryl případný výskyt překážky dále od kolejnice, podobným způsobem mohou být rozšířeny i další části, např. 312. 313.

Rez A je zobrazen v Obr. 8.

Obr. 8: řez A z obr. 7: řez kolejnicí K a čelistí s válečkem 58b v pouzdru 58a. zakresleném plnou čarou v dolní poloze přitisknuté na boční plochy kolejnice, po poklesu po dráze d8 z výchozí polohy 58am. zakreslené čárkovaně. V případě najetí na překážku se pouzdro i s válečkem čelisti a dalším příslušenstvím zvedá nad temeno kolejnice, např. po stejné či podobné dráze d9 v opačném směru.

S výhodou, když čelisti se po zjištění překážky, resp. nájezdu vozidla na překážku, pohybují při zvednutí ze záběru (z polohy ve které se čelisti nachází při brzdění) do polohy nad úrovní temene kolejnice souhrnným směrem s úhlem Beta větším než 40° vůči vodorovině, a/nebo do stranové vzdálenosti V od kolejnice menší než 200 mm nebo 500 mm. Alespoň u čelisti na vnější straně vozidla, kde vybočení mimo povolený-bezpečný profil hrozí největší škodou.

Brzdové čelisti jsou při brzdění přitištěny ke stěnám kolejnice velkou silou, takže při zvedání čelistí je vhodné zmenšit tlak čelistí na kolejnici, uvolnit stisk čelistí, což usnadňuje zvedání, snižuje síly a momenty a zmenšuje rizika vzpříčení kvůli nerovnostem, souběžně se snahou zvednout čelisti po zjištění překážky.

Jiným upřednostňovaným provedením jsou elektronické snímače, posílající signál přes vyhodnocovací jednotky do aktuátoru, které zvedají čelisti nahoru a spouští dolu.

Obr. 9a: bokorys, obdobná situace jako na Obr. 1, je doplněn snímač 32li pod druhým čelem vozidla, snímajícím prostor 32lip, a signálové spojení 42 snímače.

CZ 2019 - 106 A3

Obr. 9b: půdorys.

Snímač 311o na vnější straně vozidla je napojen signálovým spojením 411o přenášejícím signál směrem k čelistem.

Snímač 31 li na vnitřní straně vozidla je napojen signálovým spojením 41 li přenášejícím signál směrem k čelistem.

Prostor 31 lip, ve kterém snímá snímač 31 li. jev půdorysu rozšířen i do vnitřní části koleje, aby se pokryl případný výskyt překážky dále od kolejnice. Prostor, ve kterém snímá snímač, muže být stejný jako půdorys snímače (např. mechanického nebo indukčního), jako v případě prostoru 3 Hop snímaného snímačem 311o. je však pochopitelně možné i provedení, ve kterém snímač (např. radarový nebo ultrazvukový) má velmi malý objem řádu centimetru umístěný nad kolejí, zatímco prostor, ve kterém snímá, je mnohem větší, např. se šířkou blízkou velikosti rozchodu kolejí, jako v případě prostoru 31 lip snímaného snímačem 31 li. Signály po spojeních, např. 411o. 411i. od snímačů mohou být slučovány (např. vyhodnocovány ve společné jednotce J9), a pak rozvedeny do aktuátoru. potažmo čelistí, jak schematicky naznačeno. Signál může být veden přes zprostředkovávající členy, například aktuátor, zde v části 6 ústrojí, aktuátor silovým působením 41 v ve svislém směru snižuje/zvedá pouzdro 58a čelisti s čelistí a tím dokončuje přenos signálu ze snímače na čelist. Pouzdro čelisti 58a obsahuje klouzavou čelist s válečkem 58b.

V praktickém provedení je možné kombinovat uvedené příklady, např. použít snímače radiové i mechanické, prostory 311op, 313on, 31 lip, 313ip, 321i, ve kterých snímají, mohou pokrývat celý prostor pod vozidlem i před ním. Čelisti mohou být připojeny k aktuátoru a jím zvedány dle signálu od elektronických čidel, a jako záloha pro případ selhání čidel/aktuátorů mohou čelisti být připojeny k mechanickým lyžinám-náběhům.

Je možný i mechanický snímač, např. v podobě desky visící pod čelem vozidla napříč mezi kolejemi, který při dotyku s překážkou sepne spínač, který posílá signál po drátovém nebo trubkovém signálovém spojení, do elektromagnetického či hydraulického aktuátoru. který zvedne čelist.

Části uspořádání se mohou spouštět shora při nouzovém brzdění, aby nebyly v prostoru mezi kolejnicemi během běžné jízdy. Jednoduše se dá provést mechanickým spojení částí uspořádání s čelistí: spojení částí uspořádání a čelistí je zvedáno aktuátorem současně.

S výhodou: maximální vzdálenost S v příčném směru, mezi nej vzdálenějšími okraji prostorů snímaných snímači, je větší než 1 metr, a/nebo alespoň jedna část z těchto snímaných prostorů

CZ 2019 - 106 A3 je blíže jak 5 cm k jedné kolejnici a druhá část z těchto snímaných prostorů je blíže jak 5 cm ke druhé kolejnici.

Při zjištění překážky je odpovídajícím postupem vypnutí (ukončení vlivu) síly/aktuátoru snižujícího čelist dolů, pokud takový je použit, a zapnutí (prosazení vlivu) aktuátoru zvedajícího čelist nahoru.

Např. uzavření přívodu tlakové kapaliny (plynu/oleje) do válce snižujícího čelist dolů, uvolnění tlaku ve válci, resp. vypnutí magnetu snižujícího čelist dolů, rozpojení zámku/západky na výstupu aktuátoru tlačícího čelist dolů aby se vmžiku uvolnila, a otevření přívodu tlakové kapaliny do válce zvedajícího čelist nahoru, resp. zapnutí magnetu zvedajícího čelist nahoru.

Je možné nahrazení některého z aktuátoru pružinou, což má nevýhodu v potřebě překonávat její velkou sílu dlouhodobě, a tedy ve spotřebě energie, v dlouhodobějším namáhání. Pak pň poklesu čelisti do záběru silou tlakového válce nebo elektromagnetu je stlačena pružina tlačící čelist nahoru, a zajištěna zámkem-západkou aby se snížila spotřeba energie a sníženo namáhání částí. V případě potřeby zvednutí čelisti je západka uvolněna, stejně jako přívod energie do elektromagnetu/válce snižujícího čelist, uvolněn odvod tlakového média, a případně sepnuta energie do aktuátoru, zvedajícího brzdové ústrojí (elektromagnet/válec).

Pružina, např. držící části brzdného ústrojí v klidové či pracovní-brzdící poloze, nemusí být jen ocelová tlačná, muže být i tažná, listová, pneumatická, obecně jde o pružný člen. Rovnovážná poloha, daná pružností členů, bez působení aktuátorů, může být výškově s čelistí nad kolejnicí: při působení aktuátoru jsou části brzdného ústrojí přemístěny níže pod rovnovážnou polohu, takže při výpadku dodávky energie se části brzdného ústrojí vrátí do rovnovážné polohy nad úrovní kolej iště.

Teoreticky je možné i opačné pojetí, kde rovnovážná poloha je výškově s čelistí pod temenem kolejnice, přičemž při působení aktuátoru jsou části brzdného ústrojí přemístěny nad rovnovážnou polohu.

Při nízkých rychlostech vozidla může být klesání částí brzdného ústrojí pomalejší, např. k zabránění zasunutí překážky do škvír v částech brzdného ústrojí, mezi články čelisti a náběhulyžiny, nebo klesání může být zablokováno (brzdné ústrojí se nespustí vůbec).

CZ 2019 - 106 A3

Nouzové brzdění je možné spustit i na dalších vozidlech vlaku od určitých tlakových úrovní či jejich posloupnosti v rozvodu tlakového vzduchu běžného provozního brzdění vlaku, nebo signálem po jiném vedení, zejména elektrickém (el. rozvod napájecí energie, signalizace, zabezpečení, komunikace, sdělovacích informací zobrazovačů), dají se využít stávající, již využívané.

Obr. 10: Mechanický snímač S31 se při nárazu do překážky P pootočí okolo čepu c31 a zvedá lyžinu 31. která přes spojku 319 zvedá nosič 58a čelisti. Křivka 3Ik na lyžině-náběhu 31 současně slouží jako záložní prostředek zvednutí čelisti najetím na překážku v případě, že překážka nezvedne čelist přes snímač. Signál 4‘ je přenášen ze snímače S31 na lyžinu 31 v podobě mechanického pohybu ve svislém směru, signál 4“ je přenášen z Ivžiny 31 na nosič 58a čelisti.

K brzdění mohou sloužit různá uspořádání brzdných elementů, ale samosvomá uspořádání brzdných elementů, s neomezenou brzdnou silou lavinovitě rostoucí jako u samosvomých břitových zachycovačů zdviží, nejsou příliš vhodná, jelikož při vysoké pohybové energii jedoucího vlaku dochází k extrémně silnému rázu a zničení zařízení, zdevastují sestavu, použití může vést k havárii s horšími důsledky, než by byl např. náraz na prázdný automobil, což je nežádoucí. Přitom s krátkým, malým celkovým brzdným účinkem (snížení pohybové energie vlaku).

Brzdná síla nemusí být do krajnosti, neomezená přes meze. Je výhodné, když okamžitá brzdná sílaje omezena, relativně menší oproti samosvomým lavinově rostoucím, ale působí delší dobu a celkový brzdný účinek je vyšší. Zmenšení brzdné dráhy a energie v okamžiku nárazu výrazně zmenšuje škody, zlepšuje výsledek. Může být výhodné, když brzdná sílaje v podstatě konstantní nebo s nelineárně klesající strmostí vůči rychlosti nebo předchozímu přítlaku brzdy, případně jiným veličinám, alespoň v určitém rozsahu. Může být výhodné, když brzdná síla má nelineární závislost.

Brzdící čelisti mohou být třecí, podobné výše uvedeným řešením z dosavadního stavu techniky, brzdící čelistí se může rozumět špalík, působící na plochu kolejnice, brzdící z jedné strany kolejnice, nebo dva špalíky coby dvě čelisti tlačící na protilehlé plochy kolejnice. Brzdící čelisti se mohou skládat i z více jak dvou špalíků, brzdných elementů, na více místech i ve směru podélném (směru jízdy vozidla). Mohou se použít i další principy, např. valivé či

CZ 2019 - 106 A3 klouzavé brzdy, jaké se používají u výtahů coby klouzavé zachycovače, zde zahrnované do pojmu čelisti: mají brzdnou sílu omezenou, nelineární, nastavitelnou.

Brzdy s brzdnou silou omezenou, např. čelisťové tlačené pružinou nebo klouzavé s principem obdobným klouzavým zachycovačům zdviží, mohou mít sílu nastavenu na maximum umožněné podmínkami (pevností ústrojí, vozidla, částí vlaku, kolejí), tedy zabrzdit na nejnižší možnou energii na minimální vzdálenosti s minimálními škodami.

Brzdná síla muže být řízena, např. centrálně, na základě pokynu strojvůdce, nebo na základě měření ostatních sil vztažených k vozu, na kterém je brzda. Hlediskem při omezování brzdné síly muže být zachování celistvosti vlaku (aby se neroztrhal), nebo brzdění pod vozidlem vprostřed vlaku i s rizikem roztržení vlaku na části, takže zbylá utržená část by měla menší hmotnost a hybnost, dále snižovanou brzděním brzdami na zbylé části, běžnými provozními brzdami nebo další podobnou nouzovou.

Brzdná síla muže být řízená a/nebo závislá na další veličině, např.: rychlost, čas. vzdálenost, poloha dvojkolí či vozidel či kolejnic absolutně nebo vůči sobě, přítlak, síly ve vozidle a vlakové soustavě, nebo síla vyvozovaná jiným brzdovým elementem, např. na protilehlé straně vozidla, např. k zabránění vykolejení, poškození zařízení včetně kolej iště, zabránění deformacím, kroucení či vytrhávání kolejnice či koleje. Např. pokud dojde k překročení deformace či tlaku v napojení mezi vozidly nebo vzpěrách držících čelisti, tak je brzdná síla čelistí omezena, aby nedošlo ke škodám.

Požadovaná síla může být měněna i během brzdění, např. při zjištění, že dojetí k nebezpečnému místu na trati (byť v nízké rychlosti) znamená katastrofu, např. zřícený most nebo stržené koleje nad svahem, obsluha nastaví krajní hodnotu žádané brzdné síly i za cenu deformace koleje (kroucení, posuny pražců z lože), aby zastavila vlak před nebezpečným místem i za cenu poškození kolejiště. Přitom brzdí dlouhou dobu a je schopna snížit kinetickou energii vozidla na nulu, nebo aspoň mnohem nižší hodnotu energie, oproti samosvomému břitovému zachycovači (který má krátké účinky, destrukční vůči brzdnému zařízení).

S výhodou, pokud brzdná síla je vyvolávána současným tlakem na protilehlé plochy kolejnice nebo více kolejnic, zejména z boků (tlakem na boční plochy kolejnic), sílou ve vodorovné rovině, ze 2 čelistí, což umožňuje vyvolat větší síly. S výhodou tlakem na nosnou-pojížděnou kolejnici, aby nebylo nutné doplňovat zvláštní kolejnici pro brzdění.

CZ 2019 - 106 A3

Použití 2 sil v opačných směrech umožňuje použít mnohem větších sil, než jen gravitační tíhy.

Brzdná síla muže být vyvolávána tlakem i na plochy zespodu a šikmo zespodu částí kolejnice, zejména její hlavy, protilehlá síla pak tlačí opačným směrem na horní plochy kolejnice. Brzdná síla muže být vyvolávána tlakem na plochy více kolejnic, např. na plochy dvou kolejnic, plochy vnitřní v koleji, dvěma sílami směrujícími od sebe, na pravou vnitřní stranu levé kolejnice a levou vnitřní stranu pravé kolejnice.

Může se použít i u žlábkové kolejnice (i při ponoření kolejnice do asfaltu či betonu až po temeno kolejnice) tlakem na vnitřní stěny žlábku. Např. tlakem silami směrujícími od sebe v jednom žlábku (jedna síla působí v jejím působišti opačným směrem vodorovné složky příčné ke koleji, než je působiště druhé síly, jejíž vodorovná složka příčná ke koleji míří opačným směrem), nebo tlakem na steny žlábku více kolejnic, např. stiskem pravé vnitřní strany žlábku levé kolejnice a levé vnitřní strany žlábku pravé kolejnice. Může jít i o stranové páčení palce/desky zasunuté v žlábku, pak ale vznikají reakční a rozkladové síly v dalších směrech.

Čelisti mohou být přitlačeny ke kolejnici silou akčního členu, např. pneumatického, hydraulického, elektromagnetického, pružinou, přes páky či přímo.

Nastavení brzdných čelistí, např. úhel osy válečku u klouzavé brzdy nebo vzdálenosti a přítlaky, se mohou měnit v průběhu brzdění, např. k ovlivnění brzdné síly, k udržení polohy čelistí (jejich částí) vůči kolejnici.

S výhodou, pokud velikost a účinek brzdných sil jsou vyrovnávány mezi různými brzdnými elementy a jejich skupinami, i mezi elementy působícími na jednotlivé koleje na jednotlivých stranách vozidla, aby nedocházelo k vytváření nežádoucích sil. např. páčení, otáčení podvozku či vozidla. Známým způsobem vyrovnávání sil je provázání čelistí pomocí pák, vzpěr a táhel, i mezi dvojicemi čelistí na dvou kolejnicích.

Do účinkování vstupuje např. při požadavku na brzdění.

Brzda může byl použita i po předchozím brzdění, po zdvihu čelistí od boku kolejnice působením prostředku, za překážkou, při nadále trvajícím požadavku na brzdění, se čelisti za překážkou rychle vrátí dolů a brzdí znovu.

CZ 2019 - 106 A3

Části ústrojí mohou sloužit k brždění o horní plochu kolejnice, např. při brzdění z běžných provozních důvodu, menší silou než při nouzovém brzdění. Ustrojí může sloužit i jako parkovací brzda.

Strojvůdce může mít v předpisech zvednutí spuštěné brzdy při přiblížení k výhybce či jiné překážce, ale takové pojetí je nepřesné a nespolehlivé, v nouzové situaci je přirozenou snahou člověka zachránit si život, vzdálit se z čelní kabiny, zvednout dříve a spustit později, pokud vůbec.

ίο Spolehlivější a účinnější je zvedání brzdy samočinně dle signálu od snímačů podle zde odhaleného řešení, příp. i samočinné opětovné spouštění čelistí dolů za překonanou překážkou.

Předpokládá se nasazení na koleji s výhybkami či možným výskytem jiných překážek.

Části zařízení, zejména snímače a signálové cesty a vyhodnocovací jednotky, mohou sloužit i pro určování polohy vozidla na koleji, trati, kolejové síti.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Uspořádání nouzové brzdy kolejových vozidel, obsahující brzdné ústrojí, vyznačující se tím, že brzdné ústrojí je připojeno k prostředku vyvýšeného umístění částí brzdného ústrojí, řečený prostředek je uzpůsoben tak, aby snímal výskyt překážky v prostoru koleje a přemísťoval části brzdného ústrojí nad úroveň temene kolejnice při rozpoznání překážky v prostoru koleje, za účelem zmenšení škodlivých následků případného nárazu částí brzdného ústrojí na překážku, což zahrnuje i předcházení škodlivým následkům případného nárazu částí brzdného ústrojí na překážku až ke snížení takových případných následků na nulovou hodnotu, včetně předcházení škodlivým následkům do té míry, že se části brzdného ústrojí nestřetnou s překážkou.
2. 2. Uspořádání dle předchozího nároku, vyznačující se tím, že řečený prostředek a brzdné ústrojí jsou uzpůsobeny tak, aby alespoň jedna z částí brzdového ústrojí, brzdová čelist, kteráje během brzdění pod úrovní temene kolejnice v prostoru, kde hrozí její srážka s překážkou při pohybu vozidla, byla přemístěna nad úroveň temene kolejnice před okamžikem, kdy se překážka dostane do řečeného prostoru, a/nebo přemístění bylo aspoň zahájeno před řečeným okamžikem, a/nebo přemístění nastalo nebo bylo alespoň zahájeno před okamžikem, než se překážka dostane do prostoru, v němž se vyskytuje brzdová čelist nebo další části brzdového ústrojí při brzdění.
3. 3. Uspořádání dle některého z předchozích nároku nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že maximální vzdálenost (S) v příčném směru, vzdálenost mezi nej vzdálenějšími okraji prostoru snímaných snímači, je větší než 1 metr, a/nebo alespoň jedna část z těchto prostorů snímaných snímači je blíže jak 5 cm k jedné kolejnici a druhá část z těchto prostorů snímaných snímači je blíže jak 5 cm ke druhé kolejnici.
4. 4. Uspořádání dle některého z předchozích nároků nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že řečený prostředek a brzdné ústrojí jsou uzpůsobeny tak, aby se čelist po zjištění překážky pohybovala při zvednutí z polohy brzdění do polohy nad úrovní temene kolejnice souhrnným směrem s úhlem (Beta) větším než 40° vůči vodorovině, a/nebo do stranové vzdálenosti od kolejnice menší než 200 mm.

   CZ 2019 - 106 A3
5. 5. Uspořádání dle některého z předchozích nároků nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že řečený prostředek zahrnuje snímač rozpoznávající výskyt překážky, a signálové spojení ze snímače do aktuátoru, a aktuátor k přemístění čelisti.
6. 6. Uspořádání dle některého z předchozích nároků nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že snímače a/nebo čelisti na různých stranách kolejnic jsou propojeny tak, že čelisti se zvedají současně, nebo samostatně v závislosti na tom, který snímač rozpozná překážku.
7. 7. Uspořádání dle některého z předchozích nároků nebo jejich kombinace, vyznačující se tím, že čelisti brzdového ústrojí jsou uspořádány tak, aby brzdná síla byla vyvolávána současným tlakem na protilehlé plochy kolejnice nebo protilehlé plochy několika kolejnic, nebo tlakem na protilehlé boční plochy kolejnice nebo několika kolejnic, a/nebo alespoň část těchto ploch je pod úrovní temene kolejnice.
8. 8. Postup brzdění kolejových vozidel, vyznačující se tím, že:

   krok 1) Po požadavku na brzdění, čelist brzdného ústrojí brzdí o plochu kolejnice pod úrovní temene kolejnice krok 2) Po rozpoznání překážky snímačem, prostředek vyvýšeného umístění čelisti vyvolá přemístění čelisti nad úroveň temene kolejnice, krok 3) Čelist se přemístí nad úroveň temene kolejnice.
9. 9. Postup dle předchozího nároku, vyznačující se tím, že za krok 3) se zařadí krok 4): Po přejetí překážky a při trvajícím požadavku na brzdění se čelist přemístí dolu a opět brzdí o plochy kolejnice, a/nebo před krok 1) se předřadí krok la): Plochou na části zařízení se brzdí o plochu na temeni kolejnice.
10. 10. Postup dle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že signál o přítomnosti překážky jako povel způsobí zvednutí čelistí.