Наша сеть партнеров Banwar
Довідники
1. Призначення поглинаючих апаратів
Поглинаючі апарати призначені гасити частина енергії удару, зменшуючи поздовжні розтягують і стискають зусилля, що передаються на раму кузова вагона через автозчеплення. Принцип їх дії заснований на виникненні в апараті сил опору і перетворення кінетичної енергії соударяющихся мас в інші види енергії. За типом робочого елемента, що створює сили опору, поглинаючі апарати бувають: пружинні, пружинно-фрикційні, з резинометаллическими елементами, гідравлічні та ін. Пружинні апарати не знайшли широкого застосування в вагонах через великої віддачі пружин і неможливості отримати високу енергоємність в обмежених габаритах в конструкціях вагонів. Вони застосовуються лише в буферних пристроях.
2. Пружинно-фрикційні апарати
Пружинно-фрикційні апарати автозчеплення набули найбільшого поширення в вагонах через простоту і можливості їх проектування з задовільними параметрами. Основна частина рухомого складу російських залізниць оснащена пружинно-фрикційними поглинають апаратами шестигранного типу - апаратами Ш-1-ТМ, якими обладналися чотиривісні вантажні вагони споруди до 1979 р, а потім переважно апаратами Ш-2-В. Восьмивісні вагони оснащувалися апаратами типу Ш-2-Т і Ш-4-Т, що мають відмінність у габаритних розмірах (Ш - шестигранний, Т - термічно оброблений, М - модернізований, В - взаємозамінний). Ці апарати подібні між собою по конструкції і розрізняються в основному параметрами: енергоємністю, ходом, початкової і кінцевої силою стиснення.
Пружинно-фрикційні апарати шестигранного типу (рис. 3.54, а) складаються з корпусу 1 з шестигранною горловиною, в якій розміщені нажімной конус 7 і три клина 6. Усередині корпусу поставлена двухрядная пружина: зовнішня 4 і внутрішня 3, зверху якої покладена нажимная шайба 5 . З метою збільшення висоти пружини у апаратів Ш-2-В, Ш-2-Т і Ш-4-Т відсутній нажимная шайба.
З аналізу силової характеристики (діаграми) (рис. 3.54, б), яка б показала залежність між силою натискання T в МН і величиною стиснення апарату в мм, дія пружинно-фрикційних апаратів зводиться до наступного. Точка А діаграми відповідає силі, що виникає від попереднього стиснення стяжним болтом 2, а точка В - зусиллю кінцевого стиснення при повному ході X апарату, коли натискний конус 7 (див. Рис. 3.54, а) повністю входить в корпус 1. При перевищенні сили попереднього стиснення (Т. А), що діє на натискний конус 7, фрикційні клини 6, притискаючись до внутрішньої поверхні горловини, переміщаються всередину корпусу 1, передаючи зусилля на пружини 3 і 4 через натискну шайбу 5. Тиск клинів на горловину корпусу зростає в міру стиснення пружин , а слідчий але, збільшуються сили тертя між поверхнями, що труться і сили опору апарату до величини, що відповідає точці В на діаграмі (див. рис. 3.54, б).
Після зменшення стискає сили до величини, що відповідає точці С, клини залишаються нерухомими внаслідок утримання їх силами тертя. Подальше зменшення сили призведе до відновлення (віддачі) апарату за рахунок пружних сил пружин, які за величиною перевищують сили тертя клинів про корпус. У точці Е діаграми апарат повністю відновиться і буде готовий до сприйняття наступного удару. Для того щоб клини при переміщенні НЕ перекошувалися і не зміщувалися в сторону, вони зроблені у формі кута, а горловина корпусу апарату виконана шестигранної форми, тобто клини переміщаються по напрямних. Для полегшення відновлення апарату межі горловини корпусу виконані з ухилом 2 ° в зовнішню сторону.
Основні параметри апарату визначають за його діаграмі: площа OABD - енергоємність; АВСЕ - незворотньо енергія, що поглинається; OECD - потенційна енергія деформації пружин, долає роботу сил тертя і повертає деталі в початкове положення. Після складання апарату і стиснення його під пресом на стягує болт нагвинчують гайку, під яку ставлять тимчасову підкладку товщиною 10 мм, що забезпечує вільну постановку його на вагон, а після першого удару в автосцепку і випадання підкладки апарат займає нормальне положення в розпір між задніми і передніми упорами.
Пружинно-фрикційний апарат типу Ш-6-ТО-4 розроблений для вантажного чотиривісного рухомого складу. Він складається з корпусу 4 (рис. 3.55), виконаного за одне ціле з тяговим хомутом, окремого днища 9, натискного конуса 1, трьох фрикційних клинів 2, опорної шайби 3, зовнішньої пружини б, двох внутрішніх пружин 7, між якими встановлена проміжна шайба 5, і стяжного болта з гайкою 8. Апарат Ш-6-ТО-4 має шестигранну схему фрикційного вузла і принцип дії по типу розглянутих вище конструкцій. Він взаимозаменяем з апаратами Ш-1ТМ і Ш-2-В по настановних розмірів. Однак при установці даного апарату в вагони колишньої будівлі потрібно модернізація упорів, які забезпечують вільне розміщення між ними знімного днища.
Поглинаючий апарат Ш-6-ТО-4У (рис. 3.56) є варіантом попереднього типу. Його особливістю є те, що в конструкції відсутній стягнутий болт з гайкою. Поглинаючий апарат Ш-6-ТО-4У складається з корпусу 1, виготовленого спільно з Хомутова частиною, що має упори 2, наполегливої плити 3, конуса 4, фрикційних клинів 5, розміщених в горловині б корпусу апарату, і пружин 11 і 12, попередньо стиснутих знімним днищем 10. у стислому стані через виріз 7 закладаються сухарі 9, які після зняття монтажної навантаження за допомогою заплічок 8 і буртиков 13 (рис. 3.56, 6) корпусу фіксують днище, яке утримує всі деталі в зібраному стані апарату.
Пружинно-фрикційний поглинаючий апарат ПМК-110А з металокерамічними елементами (рис. 3.57) застосовується в рефрижераторному рухомому складі, платформах для перевезення контейнерів і частково восьмивісних вагонах.
В апараті ПМК-110А з метою підвищення енергоємності і стабільності характеристик в якості фрикційних елементів застосовані металокерамічні пластини. Він складається з корпусу 10, зовнішньої 8 і внутрішньої 7 пружини, опорної пластини 6, фрикційних клинів 4, натискного конуса 2. Між бічними стінками корпусу 10 і нерухомими пластинами 5 розміщуються рухливі пластини 1. Деталі апарату фіксуються стяжним болтом 9 з гайкою 3.
Поглинаючий апарат типу ПФ-4 (рис. 3.58) складається з корпусу 6 коробчатого перетину, виконаний у вигляді єдиної виливки з тяговим хомутом.
У корпусі розміщений змінний фрикційний вузол, який взаємодіє через центральну опорну плиту 7 з підпірною комплектом. Фрикційний вузол складається з распорного клина 12, що спирається своїми похилими поверхнями на рухливі клини 2 рухомих плит 1, встановлених рухомо в поздовжньому напрямку на поперечних ребрах корпусу, нерухомих клинових вкладишів 5 і бічних вкладишів 3, відбійною пружини 4 і центральною опорною плити 7. Підпірний комплект апарату включає в себе силові зовнішню 9, внутрішні 10 пружини з проміжною шайбою 8, що розміщуються в подовжувачі 11, який монтується в корпусі через отвір в днищі. Робота апарату характеризується високою швидкістю підробітки і для умов експлуатації оцінюється періодом 0,5-1 рік.
Робота апарату зводиться до наступного. При дії поздовжньої стискаючої сили від корпусу автозчеплення через наполегливу плиту розпірний клин 12 переміщує рухливі клини 2 щодо нерухомих клиновидних вкладишів 5. Від рухливих клинів 2 усі¬ліе передається на центральну опорну плиту 7, яка, переміщаючись разом з рухомими клинами 2, стискає силові пружини 9 і 10. у момент зіткнення наполегливої плити з торцями рухомих плит 1 вони починають просуватися, в результаті чого сила опору зростає з більшою інтенсивністю. Відбійна пружина 4 забезпечує отжатие распорного клина 12 від рухомих клинів 2 на зворотному ході апарату при зменшенні поздовжніх зусиль, виключаючи заклинювання апарату на хід відновлення.
Поглинаючий апарат типу ПГФ-4 має аналогічну конструкцію з апаратом ПФ-4 і відрізняється від нього наявністю гідропідсилювача (рис. 3.59), розміщеного в зовнішній силовий пружині подовжувача.
Гідропідсилювач клапанного типу з автоматичним підстроюванням його опору в залежності від швидкості зіткнення вагонів працює в квазістатичному і динамічному режимах навантаження.
У квазістатичному режимі стиснення апарату циліндр 2 гідропідсилювача переміщається щодо штока 77. Робоча рідина (АМГ-10) при цьому з камери А через отвір в поршні 4 і щілину диференціального клапана 7, підгорнутого пружиною 8, і далі через зливний отвір 6 перетікає в компенсаційну камеру Б гумовотканинного сильфона 10. Сила опору в такому режимі навантаження незначна, так як при малій швидкості стиснення апарату гідравлічний опір прохідних отворів мало і робоча рідина вільно перетікає з камери А в до омпенсаціонную камеру Б. У динамічному (ударному) навантаженні апарату при великих швидкостях його стиснення значно збільшується гідравлічний опір прохідних отворів в поршні 4 і ущільнюючим кільцем 3 і перепаду тиску на поршні до величини, на яку налаштований диференційний клапан. Після припинення стискають сил диференційний клапан 7 повертається у вихідне положення, пружина 9, взаємодіючи з циліндром 2 і кришкою 72, повертає деталі гідропідсилювача в початкове положення. Одночасно робоча рідина з компенсаційної камери Б через отвір 5 і щілину клапана 7 перетікає в камеру А. Заправка гідропідсилювача робочою рідиною виробляється через отвір 7. Через наявність фрикційного і гідравлічного вузлів поглинає апарат ПГФ-4 відноситься до гідрофрікціонному типу, що забезпечує поглинання енергії удару бла¬годаря розсіюванню роботи сил фрикційного взаємодії деталей фрикційного вузла та опору гідропідсилювача.
3. Гідравлічні поглинаючі апарати
Дія гідравлічних поглинаючих апаратів грунтується на протікання рідини через калібровані (дросельні) отвори з однієї порожнини в іншу, що створює пружний опір при ударах в автозчеплення. Для забезпечення відновлення апарату в початковий стан і швидкої підготовки його до сприйняття наступних ударних навантажень як пружний елемент застосовують інертний газ. Гідрогазовие поглинаючі апарати розроблені в двох варіантах: ГА-ЮМ і ГА-500.
Гідравлічний поглинає апарат ГА-100М (рис. 3.60, а) складається з корпусу 7, що має циліндричну внутрішню поверхню; нажимного поршня (склянки) 2, всередині якого розміщений плаваючий поршень 3; проміжного дна 4, закріпленого в корпусі стопорними кільцями 7; другого плаваючого поршня 5; штока б, який проходить через центральний отвір проміжного дна 4 і впирається одним кінцем в поршень 5. Інший кінець штока меншого діаметра вільно проходить в центральний отвір днища поршня 2, в якому знаходяться дросельні отвори 8 і перепускні пази 9.
В апараті є три основні порожнини А, В і С. Порожнина А низького тиску заповнюється нейтральним газом - азотом при початковому тиску 0,4 МПа. Порожнина В заливається робочої рідиною АМГ. Порожнина З високого тиску заповнюється нейтральним газом при початковому тиску 9 МПа.
Під дією зовнішнього навантаження Т поршень 2 переміщується всередину корпусу 7 уздовж нерухомого штока б. При цьому робоча рідина через дросельні отвори 8 і пази 9 перетікає з порожнини В в простір B1, (рис. 3.60, б), впливаючи на плаваючий поршень 3, переміщаючи його і стискаючи газ в порожнині А. При подальшому русі днище поршня 2 впирається в виступ штока б, перекриває пази 9, збільшуючи гідравлічний опір апарату. Потім під дією поршня 2 шток 6 починає переміщатися, тисне на плаваючий поршень 5, долаючи тиск стисненого газу в порожнині С і зрушуючи його вправо.
Таким чином, в порожнинах А і С підвищується тиск газу, що сприяє порівняно швидкому поверненню частин апарату в початкове положення при зниженні сили Т.
Позитивною якістю гідравлічних апаратів є більш вигідна форма силовий характеристики (рис. 3.60, в). Тут сила удару в процесі стиснення не має стрибків, що забезпечує плавний рух вагонів в поїзді, а також при маневрових зіткненнях. Крім того, чим більше швидкість зіткнення, тим вище енергоємність апарату, тобто забезпечується саморегулювання характеристик. Це випливає з діаграми (рис. 3.60, в), де швидкості зіткнення V1 <V2 <V3.
Гідравлічний поглинає апарат ГА -500 (рис. 3.61) складається з корпусу 2 і входить в нього плунжера 8. В апараті дві газові А і Б і три гідравлічні В, Г і Д камери. Камери В і Д розділені проміжним дном 4, в якому закріплений регулює стрижень 5, що має поздовжні профілюючі канавки. Газова камера низького тиску А відокремлена від гідравлічної камери Д плаваючим поршнем 3; 1 - заглушки заправних отворів.
Гідравлічні камери В і Г розділені жорстко закріпленої в плунжері 8 діафрагмою 6, яка забезпечена центральним отвором для пропуску регулює стрижня 5 і додатковими дросельними отворами, перекриваються зворотним клапаном.
Зв'язок гідравлічних камер У і Д здійснюється також через дросельні отвори в проміжному дні 4. Зарядка газових камер азотом проводиться через штуцери 1, забезпечені прямими клапанами. Зарядний тиск газу в камері А становить 3,5 МПа, в камері Б 9 МПа. Робочою рідиною в гідравлічних камерах служить масло АМГ-10.
Робота апарату ГА-500 зводиться до наступного. При впливі на апарат поздовжніх стискаючих сил плунжер 10 входить всередину корпусу 2, витісняючи рідину з камери У через отвори жиклерів в проміжному дні 4 в камеру Д і стискаючи газ в камері А при подальшому переміщенні плунжера 10 плаваючий поршень 3 впирається в дно корпусу 2, рідина з камери в при цьому через отвори жиклерів в діафрагмі 6 і профільні канавки штока 5 перетікає в камеру Г, переміщаючи плаваючий поршень 7 і стискаючи газ в камері Б. Перетікання рідини через калібровані отвори створює опір, залежне від ск рости прикладання навантаження до апарату.
Після зняття з апарату стискають сил тиском газу в газових камерах А і Б на плаваючі поршні 3 і 7 рідина з камер Д і Г вичавлюється в камеру В, в результаті чого відбувається відновлення апарату. Наявність в апараті регулюючого елемента у вигляді стрижня 5, що має профільні канавки, дозволяє створювати необхідний опір апарату в залежності від швидкості зіткнення одиниць рухомого складу, що забезпечує поліпшення умов його роботи.
Гідравлічний апарат ГА-500 може бути використаний як для чотиривісного так і для восьмиосного рухомого складу. Апарати даного типу на відміну від пружинно-фрикційних не вимагають підробітки і реалізують свою максимальну енергоємність з моменту початку експлуатації.
Основні параметри розглянутих вище поглинаючих апаратів наведені в табл. 3.8.
Для розроблюваних конструкцій апаратів в зв'язку з перспективними умовами експлуатації подовжених поїздів встановлено такі основні вимоги: динамічна енергоємність при поздовжньої силі 1,5 МН повинна бути не менше 45 кДж; максимальний хід апарату - 70-100 мм; сила початковій затягування - в межах 25-50 кН; коефіцієнт незворотного поглинання енергії - не менше 0,5.
4. Поглинають апарати пасажирських вагонів
На російських залізницях з 1947 р і до теперішнього часу на ряді пасажирських вагонів ще використовуються поглинаючі апарати типу ЦНДІ-Н6, а з 1969 р новоспоруджувані пасажирські вагони оснащують резинометаллическими поглинають апаратами типу Р-2П. Підвищену енергоємність має поглинаючий апарат Р-4П, який використовують в рефрижераторному рухомому складі. З урахуванням задоволення перспективним вимогам розроблений новий резинометаллический апарат Р-5П.
Пружинно-фрикційний апарат типу ЦНДІ-Н6 (рис. 3.62) застосовується в пасажирських вагонах. Він складається з двох частин: пружинної і пружинно фрикційної, стягнутих болтом 9. Пружинно-фрикційна частина по конструкції і принципу дії аналогічна розглянутої вище (див. Рис. 3.54, а). Ця частина має шестигранну горловину 5, натискний конус 8, три фрикційних клина 7, натискну шайбу б, зовнішню 11 і внутрішню 10 пружини.
Пружинна частина складається з Підстави 1, центральної пружини 13, чотірьох Кутовий Довгих 3 и чотірьох коротких 2 пружин, одягненіх на кінці ціліндрічніх наполеглива стріжнів 4, что ма ють в середній части потовщення. Короткі пружини 2 розміщуються в Кутового нішах Підстави 1, а Довгі 3, взаємозамінні з внутрішньою пружиною 10, в нішах горловини 5.
При впливі сили, що відповідає точці А діаграми (рис. 3.62), вступає в роботу пружинна частина: стискаються центральна 75 і чотири довгих кутових пружини 3, що володіють меншою жорсткістю в порівнянні з короткими пружинами 2.
При зближенні горловини 5 з корпусом 1 і стисненні пружин 13 і 3 на 23 мм циліндричні кутові припливи 12 просунуться на величину а. Торці припливів 12 торкнуться наполегливих стрижнів 4, які почнуть просуватися в бік підстави 1, стискаючи своїми буртами короткі кутові пружини 2.Дальнейшее стиснення апарату триває до зіткнення горловини 5 з підставою 1, що відповідає точці В 'на діаграмі. До цього моменту вже вступає в дію пружинно-фрикційна частина, що має велику жорсткість в порівнянні з пружинної частиною апарату. Таким чином, забезпечується плавний перехід від роботи пружинного до пружинно-фрикційного частини. Стиснення апарату закінчується при його повному ході та досягненні кінцевого опору, що відповідає точці В на діаграмі. Віддача апарату відбувається по ламаній лінії ВСЕ. Площа діаграми OABD відповідає енергоємності апарату, ЕАВС - незворотньо поглиненої енергії.
Поглинаючий апарат Р-2П (рис. 3.63) (Р - гумовий, П - пасажирський) взаимозаменяем з апаратом ЦНДІ-НБ. Цей апарат відрізняється простотою конструкції і підвищеною надійністю в експлуатації, хорошою стабільністю роботи, більш високою енергоємністю при меншій масі в порівнянні з пружинно-фрикційними апаратами.
У передній частині корпусу 1 (рис. 3.63, а), що має форму хомута, встановлена натискна плита 4, яка спирається на пакет з дев'яти секцій гумово елементів 3, розділених на дві частини проміжної плитою 2. Кожна секція резинометаллическим елемента 3 складається з двох металевих пластин , між якими розташований шар морозостійкої гуми, з'єднаної з пластинами методом гарячої вулканізації. Шар гуми по периметру має параболічну виїмку, що забезпечує деформацію гуми без вичавлювання за межі пластин при повному стисненні апарату. Для запобігання поперечного зсуву гумово елементів на днище корпусу 1, натискний 4 і проміжної 2 плитах, а також на сталевих пластинах секцій 3 євиступи і відповідні їм западини 5. Попередня затягування апарату забезпечується за рахунок того, що висота пакетів гумово елементів у вільному стані разом з проміжною плитою перевищує на 13,5 мм відстань від натискної плити 4 до днища корпусу 1.
Аналіз роботи поглинає апарату Р-2П показує (рис. 3.63, б), що в залежності від збільшення швидкості зіткнення підвищується його жорсткість - крива навантаження стає крутіше (на діаграмі цифрами 4, 6, 8 вказані швидкості зіткнення вагонів в км / год). Заштрихованная площа діаграми отримана при стисненні апарату під пресом і являє собою необоротно поглинену енергію. Як випливає з аналізу діаграми, позитивною якістю апарату з резинометаллическими елементами є те, що в кінці не спостерігається перепадів сил, як це має місце в пружинно-фрикційних апаратах. Отже, подібні типи апаратів забезпечують кращу плавність руху вагонів у поїздах і за рахунок наявності гумових елементів знижують рівень шуму.
В поглинає апараті Р-4П резинометаллические елементи подібні елементам, що застосовуються в апараті Р-2П. Відмінність лише в товщині, яка становить 24,2 мм замість 41,5 у апарату Р-2П. Силова характеристика поглинає апарату Р-4П аналогічна розглянутої вище. Апарат Р-4П рекомендований для рефрижераторних вагонів.
Поглинаючий апарат Р-5П розроблений для перспективних умов експлуатації пасажирських вагонів. Відмінність від апарату Р-2П в тому, що поперечні розміри гумово елементів збільшені, а їх товщина зменшена до 33 мм замість 41 мм. Установчі розміри апарата повністю збережені.
У комплекс міжвагонних зв'язків пасажирських вагонів входять поглинає апарат і пружна майданчик, від конструкції і параметрів яких залежить комфортабельність рухомого складу. Тому до міжвагонних зв'язків і, зокрема, до поглинає апаратів для пасажирських вагонів пред'являються особливі вимоги.
Основні параметри поглинаючих апаратів пасажирських вагонів наведені в табл. 3.9.
Пружні майданчики і міжвагонні амортизатори пасажирських вагонів. Між ударними поверхнями контуру зачеплення зчеплених автозчепів, клином тягового хомута, отворами в хомуті і хвостовику корпусу є вільні зазори. Для нового автозчіпного пристрою сумарні зазори можуть досягати 40 мм на вагон, а при максимально допустимих износах зазначених вище сполучених поверхонь доходити до 100 мм.
Під дією поздовжніх сил в межах цих зазорів зчеплені вагони вільно переміщаються, створюючи різкі удари, ривки і погіршення плавності ходу. Для пом'якшення таких ударів і ривків пасажирські вагони оснащують амортизирующими пристроями, що забезпечують постійне пружне натяг зчеплених автозчепів, ліквідуючи вільні зазори і зменшуючи тим самим їх негативний вплив. Суцільнометалеві пасажирські вагони для цієї мети обладнають центральними пружними перехідними площадками, які розташовуються в торцевих стінах кузова. Крім пружного натягу автосцепок і амортизації ударів при зчепленні вагонів, рушанні поїзда і інших перехідних режимах, вони забезпечують безпечний перехід пасажирів з вагона в вагон під час руху поїзда.
Одна з перших конструкцій включає в себе вертикальну раму, нижня частина якої з'єднана з тарелями буферів, а верхня - з хомутом листової ресори. Над буферної балкою рами шарнірно укріплений відкидається місток, службовець для переходу пасажирів між вагонами. Площина рамки виходить за лінію зачеплення автосцепок на 65 мм. Тому зчеплені вагони завжди знаходяться під пружним розпором силою 9,14 кН. Надалі замість рамки і перехідною гармоніки в пружною майданчику стали застосовувати гумові ущільнення, виконані у вигляді замкнутих профілів великого діаметра, укріплені на торцевій стіні вагона. Такі гумові ущільнення слід установлювати і на все нові пружні перехідні площадки, а також при модернізації на старі вагони. Распорное зусилля при зчеплених вагонах становить 8,72 кН, а кінцева навантаження при повному стисненні 18 кН. Пружні майданчики, крім поздовжніх, сприяють гасінню вертикальних коливань за рахунок сил тертя між тарелями буферів. Ефективність гасіння в значній мірі залежить від распорного зусилля буферів, розмірів вертикальних зазорів у них, а також від стану поверхонь тарелей - наявності мастила і вологи.
Для знову проектованих пасажирських вагонів передбачено наявність міжвагонних гасителів коливань. Для фрикційних гасителів сила тертя, що перешкоджає вертикальному зсуву кузова, повинна становити 20-28 кН.
Дивіться також:
○ Ударно-тягові пристрої (автозчеплення)
○ Альбом довідник вантажних вагонів
○ Загальні відомості про вагонах