Поглощающие аппараты автосцепки предназначены для восприятия и смягчения
ударов и рывков при передаче сжимающих и растягивающих
усилий через автосцепку раме вагона. Они уменьшают
динамические воздействия на подвижной состав и перевозимые в нем грузы.
Смягчение усилий обеспечивается за счет преобразования кинетической
энергии массы подвижного состава в работу сил трения и потенциальную
энергию деформации упругих элементов поглощающих аппаратов.
Поглощающие аппараты должны обладать достаточно высокой эффективностью
(энергией, воспринимаемой аппаратом при его полном сжатии), способностью
необратимо поглощать не менее 75% энергии удара, стабильностью работы,
прочностью и долговечностью, простотой и технологичностью конструкции.
Существуют различные типы и конструкции поглощающих аппаратов
автосцепки: пружинно-фрикционные, гидравлические, резнно-фрикционные,
гидрогазовые и гидрофрикционные.
Пружины о-фрикционные поглощающие аппараты получили наибольшее
распространение на подвижном составе магистрального и промышленного
железнодорожного транспорта СССР. Типичным поглощающим аппаратом такого
рода является аппарат Ш-1-Тм (шестигранный термически обработанный,
модернизированный, рис. 6. 9,а), которым оборудуются четырехосные
грузовые вагоны. Аппарат Ш-1-Тм состоит (рис. 6. 9,6) из корпуса 5,
нажимного конуса 1, трех фрикционных клиньев 3, нажимной шайбы 4,
внутренней 6 и наружной 7 пружин и стяжного болта 2 с гайкой.
Поглощающий аппарат работает следующим образом.
Рис. 6.9. Поглощающий аппарат Ш-1-Тм:
При сжатии аппарата нажимной конус, продвигаясь внутрь корпуса,
перемещает клинья и через нажимную шайбу передает усилия на пружины.
Сила нажатия клиньев к корпусу увеличивается по мере сжатия аппарата,
рас-
тут силы трения и общее сопротивление сжатию.
Эффективность (энергоемкость) этого аппарата с хорошо приработанными
поверхностями достигает 50 кДж (5000 кгс-м), а сила, соответствующая
полному сжатию аппарата, равна примерно 2,8 МН.
Корпуса поглощающих аппаратов изготовляют литыми из термически
обработанной стали марки 27ГЛ или 32Х06Л. Фрикционные клинья
отштампованы из стали марки 38ХС и закалены.
Основные размеры фрикционных элементов аппарата и углы наклона клиньев
выбраны из условий получения больших сил трения при сохранении
достаточной стабильности работы аппарата. -
К числу основных недостатков поглощающего аппарата Ш-1-Тм следует
отнести нестабильность его работы и недостаточную эффективность для
вагонов большой грузоподъемности. Нестабильность обусловливается высокой
чувствительностью аппарата к изменению коэффициента трения. Появляется
скачкообразное изменение силы. По-высить эффективность аппарата можно за
счет увеличения хода.
В восьмиосных полувагонах и цистернах применяется пружинно-фрикционный
аппарат Ш-2-Т (рис. 6. 10). В отличие от аппарата Ш-1-Тм этот аппарат
имеет увеличенную высоту пружины за счет отсутствия нажимной шайбы,
увеличенный ход до 110 мм и повышенную стабильность. Энергоемкость
такого аппарата составляет 55 кДж при усилии закрытия аппарата 2,5 МН.
Аппарат состоит из нажимного конуса 1, клиньев 2, корпуса 3, внутренней
6 и наружной 5 пружин, болта 7 с гайкой 4.
В настоящее время разработан новый пружинно-фрикционный аппарат типа
Ш-4-Т, более полно отвечающий новым техническим требованиям. Он имеет
ход 160 мм и энергоемкость 100 кДж (10 000 кгс-м) при силе нажатия 2,5
MII. Аппарат предназначен для оборудования восьмиосных вагонов. Он
устанавливается на раме так, чтобы при сжимающих силах мог сжиматься на
полный ход, а при растягивающих — на 100 мм, что позволяет сохранить
длину тормозного рукава.
Рис. 6.10. Поглощающий аппарат Ш-2-Т.
Рис. 6.11. Различные конструкции поглощающих
аппаратов с резиновыми элементами.
Рис. 6.12. Гидравлический поглощающий аппарат.
Поглощающие аппараты автосцепки с резиновыми
элементами в различных конструктивных вариантах показаны на рис. 6. 11.
Резиновые элементы 3 таких аппаратов прочно скрепляются с металлическими
при помощи горячей вулканизации. Это является нербходи-мым условием их
надежной и долговечной работы. Направляющие планки 2 предохраняют пакет
резиновых элементов от выпучивания. Нажимная крышка I одновременно
служит упорной плитой.
Применение резины позволяет создавать поглощающие аппараты малых
размеров и массы, простые по конструкции, со сравнительно высокой
энергоемкостью при хорошей стабильности. Наряду с этим резина имеет и
свои
недостатки, которые могут привести к изменению
эксплуатационных свойств аппаратов. Наиболее существенным является
большой коэффициент линейного расширения (в 15 раз больше, чем стали),
вследствие чего с изменением температуры меняется начальная затяжка
аппарата. Меняются и упругие свойства резины под влиянием температуры и
времени.
Гидравлические поглощающие аппараты автосцепки так же, как и аппараты с
резиновыми элементами, могут быть выполнены в различных конструктивных
вариантах. Один из них показан на рис. 6. 12.
Под действием внешней силы происходит перемещение поршня 2 и сжатие
пружины 1. При этом поршень выжимает жидкость из одной полости цилиндра
3 (справа от поршня) в другую (слева от поршня). Перетекание жидкости
происходит через калиброванные отверстия а, что вызывает значительные ;
силы гидравлического сопротивления, значения которых зависят от скорости
движения поршня и размеров отверстия а. Большей скорости соударения и,
следовательно, более высокой кинетической энергии соответствует большее
сопротивление поглощающего аппарата. В этом преимущество гидравлического
аппарата по сравнению с фрикционным.
Перспективными являются также гидрогазовые и
гидрофрикционные аппараты.
Поскольку гидравлическое сопротивление изменяется пропорционально
квадрату скорости движения жидкости, то при медленном сжатии в поезде
гидравлический аппарат сжимается почти без сопротивления и вследствие
малой жесткости пружин не подготовлен к восприятию последующих ударных
нагрузок.
Гидрогазовые аппараты позволяют в значительной мере устранить этот
недостаток. В гидрогазовом аппарате роль упругого элемента играет газ
высокого давления, например азот. Наличие газа высокого давления вместо
пружин обеспечивает большее значение упругого сопротивления.
Гидрофрикционные аппараты сочетают в себе достоинства гидравлических и
фрикционных. При этом гидравлическая часть может иметь значительно
меньшее давление и, следовательно, проще обеспечить надежную работу
уплотнений. Фрикционная же часть может быть выполнена с геометрическими
параметрами, обеспечивающими высокую стабильность.
Ввиду сложности конструкции гидравлических, гидрогазовых и
гидрофрикционных поглощающих аппаратов и трудности обеспечения на
длитель-ное время надежных уплотнений в Советском Союзе и за рубежом
проводятся работы по устранению этих недостатков.