В настоящее время на вагоны устанавливают поглощающие аппараты различных типов в зависимости от назначения вагонов. Каждый поглощающий аппарат, независимо от его конструкции, характеризуется следующими показателями:
• рабочим ходом подвижных частей аппарата, выходящих за пределы его корпуса;
• энергоемкостью, т.е. количеством поглощаемой энергии при полном ходе при усилии 2 МН (200 тс);
• усилием начального сопротивления.
Помимо этих основных показателей, существуют и дополнительные, в зависимости от конструкции аппарата, например, стабильность работы, период приработки, масса аппарата, срок службы и т.д.
На основе анализа условий эксплуатации, показавшего значительные различия требований в зависимости от рода перевозимых грузов, был разработан типоразмерный ряд поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов (табл. 8.2).
Таблица 8.2
Типоразмерный ряд поглощающих аппаратов
|
Наименование показателя |
Т-1 |
Т-2 |
Т-3 |
Т-4 |
|
Номинальная энергоемкость, кДж, не менее |
60—80 |
100—120 |
140—160 |
200—400 |
|
Максимальная энергоемкость, кДж, не менее |
80—110 |
30—160 |
190—220 |
400—800 |
|
Ход аппарата |
70—120 |
90—120 |
120 |
250—500 |
|
Рекомендуемые типы вагонов |
Полувагоны, платформы, крытые для грузов общего назначения, маршрутные поезда |
Цистерны, крытые для ценных и экологически опасных грузов |
Газовые и химические цистерны для особо опасных грузов |
Специализированные вагоны |
К классам Т1 и Т2 относятся пружинно-фрикционные аппараты, в которых поглощение энергии удара происходит преимущественно за счет трения на рабочих поверхностях. Характеристики, отвечающие требованиям классов ТЗ и Т4, могут быть реализованы только в конструкции гидравлических или эластомерных поглощающих аппаратов.
В конце 90-х гг. XX в. отечественными заводами были разработаны эластомериые поглощающие аппараты, удовлетворяющие техническим требованиям МПС России и превосходящие по своим показателям зарубежные аналоги. ОАО «ВНИИЖТ» совместно со специалистами авиационной промышленности и заводом «Авиаагрегат» (г. Самара) создан аппарат АПЭ-120-И, ГУП «Урал вагон завод» — аппарат АПЭ-95-УВЗ, ОАО «БМЗ-Вагон» — аппарат ЭПА-120. Одновременно испытывается и аппарат 73 ZW12M, разработанный фирмой «КАМАКС» (Польша), серийное производство которого предусматривается на совместном российско-польском предприятии «ЛЛМЗ-КАМАКС».
В 1997 г. ГУП «Уралвагонзавод» совместно с ОАО «ВНИИЖТ» начал работы по созданию собственной конструкции эластомерного поглощающего аппарата автосцепного устройства грузовых вагонов.
Характеристики эксплуатируемых и намечаемых к серийному производству аппаратов приведены в табл. 8.3. Для фрикционных аппаратов значения энергоемкости и безопасной скорости соударения вагонов определены при среднем значении максимальной силы 2 МН.
Таблица 8.3
Основные показатели эксплуатируемых и опытных поглощающих аппаратов
|
Тип аппарата |
Конструктивный ход, мм |
Энергоемкость при соударении вагонов массой 100 т, кДж |
Скорость соударения вагонов массой 100 т, км/ч |
Статическая сила закрытия. МН |
|
Ш-1-ТМ |
70 |
20 |
6,0 |
Не нормируется |
|
Ш-2-В |
90 |
46 |
7,9 |
Не нормируется |
|
Ш-6-ТО-4 |
120 |
60 |
9,0 |
Не нормируется |
|
Г1МК-110-K-23 |
ПО |
60 |
9,7 |
Не нормируется |
|
73ZVV |
90 |
110 |
10.0 |
0,85 |
|
73ZW12M |
120 |
135 |
12,0 |
1,85 |
|
ЛПЭ-120-И |
120 |
160 |
14,0 |
1,7 |
|
АГ1Э-120 |
120 |
140 |
13.0 |
1,8 |
|
АПЭ-95-УВЗ |
95 |
130 |
10.0 |
1,15 |
Возможность широкого применения недорогих аппаратов для поездных условий эксплуатации обусловлена маршрутизацией перевозок с применением поездов постоянного формирования.
Для грузов высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам целесообразно обеспечить более надежную защиту вагона от действия продольных сил и ускорений. Однако это возможно только при условии узкой специализации такого подвижного состава, введения специального тарифа и организации транспортных структур, которые будут арендаторами или собственниками вагонов. Выбор поглащаюшего аппарата для вагонов, предназначенных для перевозки опасных грузов, осуществляется с учетом их воздействия на окружающую среду.
Показатели наиболее перспективных на сегодняшний день аппаратов приведены в табл. 8.4.
Таблица 8.4
Показатели перспективных поглощающих аппаратов
|
Тип аппарата |
Ход аппарата, |
Скорость соударения, км/ч |
Энергоемкость, кДж |
|
73 ZW |
90 |
10,0 |
110 |
|
Модель 120 |
120 |
11,0 |
135 |
|
ЛПЭ-120-И |
120 |
13,5 |
157 |
|
АПЭ-95-УВЗ |
95 |
10.0 |
110 |
|
ЭПА-120 |
120 |
12.0 |
145 |
Пружинно-фрикционные аппараты автосцепки получили наибольшее распространение в вагонах из-за простоты и возможности их проектирования с удовлетворительными параметрами. Основная часть подвижного состава российских железных дорог оснащена пружинно-фрикционными поглощаюшими аппаратами шестигранного типа — аппаратами Ш-1-ТМ, которыми оборудовались четырехосные грузовые вагоны постройки до 1979 г., а затем преимущественно аппаратами Ш-2-В. Восьмиосные вагоны оснащались аппаратами типа Ш-2-Т и Ш-4-Т, имеющими отличие в габаритных размерах (Ш — шестигранный, Т — термически обработанный, М — модернизированный, В — взаимозаменяемый). Эти аппараты сходны между собой по конструкции и различаются в основном такими параметрами, как энергоемкость, ход, первоначальная и конечная сила сжатия.
Поглощающий аппарат Ш-1-ТМ и Ш-2-В (рис. 8.12) состоит из корпуса 3 с шестигранной горловиной, в котором размещены нажимной конус 1, три клина 2 и нажимная шайба 5. Между днищем корпуса 3 и шайбой 5 размещены пружины б (наружная) и 7 (внутренняя) подпорного комплекта. Стяжной болт 8 с гайкой 4 служит для удержания деталей в собранном аппарате и создания начальной затяжки пружин. Ход аппарата 70 мм, энергоемкость 50 кДж.
Поглощающие аппараты Ш-2-В и Ш-2-Т имеют конструкцию, как и аппарат Ш-1-ТМ, однако в целях увеличения хода аппарата они не имеют нажимной шайбы, и усилие от конуса передается непосредственно на пружины. Аппарат Ш-2-Т имеет габаритные размеры, отличающиеся от размеров аппаратов Ш-1-Т и Ш-2-В, и предназначен для постановки на 8-осные вагоны. Указанные выше аппараты по своей энергии относятся к классу «ТО» стандарта. Аппараты класса «ТО» могут использоваться только как запчасти или на вагонах ограниченного применения по согласованию с ОАО «РЖД».
Для того, чтобы клинья при перемещении не перекашивались и не смещались в сторону, они сделаны в форме угла, а горловина корпуса аппарата выполнена шестигранной формы, т.е. клинья перемещаются по направляющим. Для облегчения восстановления аппарата грани горловины корпуса выполнены с уклоном 2° в наружную сторону.
Пружинно-фрикционный аппарат типа Ш-6-ТО-4 для грузового четырехосного подвижного состава состоит из корпуса 4 (рис. 8.13), выполненного за одно целое с тяговым хомутом, отъемного днища 9, нажимного конуса 1, трех фрикционных клиньев 2, опорной шайбы 3, наружной пружины 6, двух внутренних пружин 7, между которыми установлена промежуточная шайба 5, и стяжного болта с гайкой 8.
Аппарат Ш-6-ТО-4 имеет шестигранную схему фрикционного узла и принцип действия по типу рассмотренных выше конструкций. Он взаимозаменяем с аппаратами Ш-1-TM и Ш-2-В по установочным размерам. Однако при установке данного аппарата в вагоны прежней постройки требуется модернизация упоров, обеспечивающих свободное размещение между ними съемного днища.
Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4У (рис. 8.14) является вариантом предыдущего типа. Его особенностью является то, что в конструкции отсутствует стяжной болт с гайкой.
Состоит из корпуса 4, изготовленного совместно с хомутовой частью, упорной плиты 10, конуса 1, фрикционных клиньев 2, размешенных в горловине корпуса аппарата, пружин 6 и 7, предварительно сжатых съемным днищем 9. В сжатом состоянии через вырез 11 закладываются сухари 12, которые после снятия монтажной нагрузки посредством заплечиков 13 и буртиков 14 корпуса фиксируют днище, удерживающее все детали в собранном состоянии аппарата.
Клин 15 тягового хомута, соединяющий аппараты Ш-6-ТО-4 и Ш-6-ТО-4У с автосцепкой, не имеет буртиков и должен опираться на специальную планку 16, через которую пропускают поддерживающие болты 17.
Поглощающий аппарат ПМК-110А, ПМК-110К-23 (рис. 8.15) состоит из корпуса 4, в котором размещены наружная 1, внутренняя 2 пружины. На пружины опирается опорная пластина 6, нажимной конус 8 опирается на два фрикционных клина 7. Между клиньями и корпусом аппарата расположены неподвижные пластины 3 с металлокерамичсскими элементами, входящие своими выступами в отверстия корпуса, и подвижные пластины 5, опирающиеся на опорную пластину 6. Стяжной болт 10 с гайкой 9. Ход аппарата 110 мм, энергоемкость 75 кДж.
Аппарат ПМК-110К-23 отличается от аппарата ПМК-110А только маркой металлокерамических элементов.
Работает аппарат следующим образом. При действии на автосцепку сжимающего усилия ее хвостовик через упорную плиту давит на нажимной конус аппарата, а при растягивающем усилии тяговый хомут давит на основание конуса; аппарат начинает сжиматься. Конус, перемещаясь внутрь корпуса, нажимает на клинья. Клинья прижимаются к неподвижным пластинам, и возникает трение, в результате чего происходит поглощение энергии. Когда упорная плита доходит до подвижных пластин, последние начинают перемешаться вместе с конусом, создавая дополнительное трение. Сопротивление аппарата возрастает, поглощаемая энергия увеличивается. После прекращения нажатия под воздействием пружин детали аппарата возвращаются в исходное положение, причем сила отдачи за счет трения меньше силы отдачи сжатых пружин.
При постановке аппарата на подвижной состав разрешается только применение упорных плит, не имеющих скоса со стороны контакта с аппаратом.
Поглощающие аппараты ПМК-110А и ПМК-110К-23 относятся к классу Т1.
Для вагонов, требующих повышенной защиты, применяются эластомерные поглощающие аппараты. Действие аппаратов основано на перетекании эластомера в зазор между поршнем и цилиндром, который составляет десятые доли миллиметра. Это приводит к увеличению энергоемкости аппарата по сравнению с пружинно -фрикционными системами. Внутри корпуса аппарата при соударении возникает высокое давление до 450 МПа (4500 кгс/см2).
Поглощающий аппарат 73 ZW (рис. 8.16) относится к категории амортизаторов, в которых используют в качестве рабочей среды силиконовые эластомеры. Амортизатор 1 расположен в корпусе 2 аппарата. Шток А упирается в днище корпуса аппарата, а основание — в упорную плиту 5. Плита удерживается четырьмя закрепленными на ней болтами с гайками 3 и шплинтами с помощью
двух монтажных планок 4. Аппарат имеет ход 90 мм, энергоемкость 130 кДж. Он предназначен для установки, в первую очередь, на вагоны, перевозящие опасные грузы и имеющие расстояние от упора головы автосцепки до переднего упора не менее 110 мм, что соответствует ходу аппарата.
От усилия сжатия сжимается амортизатор, и его шток входит, сжимая рабочий материал (эластомер). При ударной нагрузке поглощение энергии происходит за счет перетекания эластомера через калиброванный зазор между корпусом амортизатора и поршнем, установленным на штоке.
При частичной разборке аппарат устанавливают вертикально на упорную плиту, отвертывают гайки болтов плиты, после чего снимают корпус аппарата. Сборку аппарата производят в обратном порядке. Полную разборку аппарата выполняют на специализированных предприятиях. Для облегчения постановки на вагон аппарат сжимают и между монтажными планками 5 и приливами Б корпуса ставят дистанционные вкладыши высотой 18 мм и диаметром 16—20 мм.
Поглощающий аппарат 73 ZW относится к классу Т2.
Поглощающий аппарат АПЭ- 120-И (рис. 8.17) также относится к эластомерным системам. Он состоит из корпуса 2, внутри которого находится поршень 3 со штоком 1, проходящим через уплотнительную буксу 4. Камеры А и Б корпуса заполнены эластомером.
Корпус соединяется с упорной плитой с помощью болтов с гайками. Между гайками и приливом корпуса ставятся полукольца, предназначенные для
сжатия аппарата с целью облегчения постановки аппарата на вагон. При действии сжимающей нагрузки в камере А происходит динамическое дросселирование за счет перетекания в калиброванный зазор между корпусом 2 и штоком-поршнем 1 силиконовой композиции, в результате чего происходит рассеивание кинетической энергии удара. В камере А также происходит частичное сжатие силиконовой композиции в связи с уменьшением объема камеры за счет разницы диаметров двух концов штока- поршня. В камере происходит основное сжатие композиции, и величина статической нагрузки на аппарат определяется, в основном, давлением в этой камере. После прекращения действия нагрузки подвижные детали аппарата возвращаются в
исходное положение. В теле поршня имеются обратные клапаны для уменьшения сопротивления перетеканию эластомерного материала при обратном ходе.
Поглощающий аппарат АПЭ-120-И относится к классу ТЗ. При ходе 120 мм его энергоемкость 160 кДж; аппарат устанавливается на вагоны, перевозящие особоопасные грузы.
Инженерами научно-производственного предприятия «Дипром», основанного на базе Брянского государственного университета (БГУ), а также специалистами Бежицкого сталелитейного завода и УК «Грузовые вагоны» создан поглощающий аппарат ПМКП-ПО класса Т1. Это новый высокоэффективный амортизатор удара, предназначенный для защиты грузовых вагонов широкого назначения от продольных нагрузок.
Поглощающий аппарат ПМКП-110 (рис. 8.18) разработан на базе серийно выпускаемого поглощающего аппарата ПМК-110К-23. Применение полимерных блоков повышает полноту и энергоемкость силовых характеристик амортизатора. Достигается это за счет повышения жесткости подпорного комплекта, что позволяет уменьшить управляющие углы клиновой системы и, соответственно, стабилизировать трение на вспомогательных поверхностях. В сочетании с демпфирующими свойствами полимеров устраняются фрикционные автоколебания.
Аппарат ПМКП-110 прошел установленный курс ресурсных испытаний и принят Межведомственной комиссией ОАО «РЖД». Конструкция аппарата ПМКП-110 защищена патентам РФ № 2128301. Поглощающий аппарат ПМКП-110 обладает следующими конкурентными преимуществами:
— эксплуатация, не требующая предварительной приработки для получения нормативной энергоемкости, благодаря чему аппарат надежно защищает вагон от повреждений уже при первых ударах (первый в мире фрикционный поглощающий аппарат такого типа); большая энергоемкость и надежность по сравнению с предшествующими моделями;
— износостойкие металлокерамические элементы на основных поверхностях трения, значительно стабилизирующие работу;
— более эффективная сохранность перевозимых грузов, повышенная безопасность движения, увеличение межремонтного пробега и уменьшение стоимости ремонта вагона;
— возможность установки на вагоны любой грузоподъемности, перевозящие неопасные грузы;
— эксплуатация без технического обслуживания (нормативный безремонтный срок службы составляет 16 лет).
Техническая характеристика аппарата приведена ниже.
Конструктивный ход, мм 100
Масса, кг 145
Номинальная энергоемкость, кДж, не менее 70
Максимальная энергоемкость. кДж 90—100
Рабочий температурный диапазон, °C -60…+50
Габаритные размеры, мм 570 х 320 х 230
(соответствуют размерам заменяемых аппаратов Ш-2Т. Ш-1-ТМ, ПМК-110K-23 и других, не затрудняют установку и ремонт).