ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТТ Ш-6-ТО-4
Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4 разработан для грузового четырехосного подвижного состава и относится к аппаратам пружинно-фрикционного типа. Аппарат имеет шестигранную схему фрикционного узла по типу аппаратов Ш-1-ТМ и Ш-2-В, но другое конструктивное исполнение.
Состоит аппарат из корпуса 4, выполненного за одно целое с тяговым хомутом, отъемного днища 9, нажимного конуса 1, фрикционных клиньев 2, опорной шайбы 3, наружной пружины 6, внутренних пружин 7 (между которыми установлена промежуточная шайба 5), стяжного болта 8 с гайкой. Рабочий ход аппарата составляет 120 мм. Энергоемкость аппарата в состоянии поставки составляет около 40 кДж, а в приработанном состоянии при продольной силе 2 МН энергоемкость— 85—90 кДж.
Рисунок 10 – Аппарат Ш–6–ТО-4 с центральным стяжным болтом
Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4 имеет увеличенную начальную затяжку, которая в приработанном аппарате равна 400—600 кН, что является причиной более продолжительного периода его приработки в эксплуатации.
Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4 взаимозаменяем с аппаратами Ш-1-ТМ и Ш-2-В по установочным размерам. Однако следует отметить, что при установке данного аппарата на вагоны прежней постройки требуется модернизация упоров для обеспечения возможности свободного размещения между ними съемного днища.
Сборка аппарата Ш-6-ТО-4 производится следующим образом. В отверстие днища аппарата вставляется пружина 6. Отъемное днище вводится в отверстие (рис. по стрелке А) в заднем торце корпуса так, что заплечики 10 проходят внутрь корпуса мимо его буртов 11, после чего днище 9 поворачивается вокруг своей продольной оси (рис. по стрелке Б) и осаживается так, чтобы фиксирующие от поворота вокруг продольной оси выступы 12 вошли в прорези 13. Между выступами днища и корпусом вставляются подкладки, исключающие возможность перемещения днища относительно корпуса. После закрепления отъемного днища через горловину корпуса вводятся внутренние пружины 7 с промежуточной шайбой 5 и фрикционные элементы 3, 2 и 1. Далее аппарат сжимается на размер предварительной затяжки аппарата, при этом положение фрикционных элементов относительно корпуса фиксируется с помощью болта и гайки.
На следующем рисунке показан поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4У, который является вариантом исполнения аппарата
Ш-6-ТО-4. В этом аппарате отсутствует стяжной болт с гайкой. Узел соединения корпуса 4 аппарата со съемным днищем 9 с использованием сухарей изображен на рис.
Рисунок 11 – Аппарат Ш-6-ТО-4У с фиксацией съемной крышки сухарями-вкладышами
Цифрами на рисунке обозначены: 1-нажимной конус; 2-фрикционные клинья; 3-опорная шайба; 5-корпус; 6-промежуточная шайба; 7-внутренние пружины; 9-днище; 10-упорная плита; 11-вырез; 12-сухари-вкладыши; 13-заплечики; 14-буртики корпуса
Сборка поглощающего аппарата Ш-6-ТО-4У производится в такой последовательности. Корпус 4 устанавливается вертикально хомутовой частью вниз. На упорах хомута укладывают упорную плиту 10 аппарата. Через отверстие в заднем торце корпуса в горловину устанавливают конус 1, фрикционные клинья 2, а на них — шайбу и далее пружины 5 и 7. На пружины надевают съемное днище 9 и разворачивают его так, чтобы заплечики 13 разместились за буртиками 14 корпуса. Далее пружины поглощающего аппарата поджимают до такой степени, чтобы в отверстие корпуса можно было ввести сухари 12 до соприкосновения их по всей длине с цилиндрической перемычкой днища. После этого нагрузка, сжимающая подпорный комплект поглощающего аппарата, снимается, а сухари самоустанавливаются в распор между буртиками 14 корпуса и заплечиками 13 днища.
Таблица 2 – Параметры поглощающих аппаратов Ш-6-ТО-4; ПМК-110А
СОВРЕМЕННЫЕ ПОГЛОЩАЮЩИЕ АППАРАТЫ
В последние годы в конструкциях поглощающих аппаратов, устанавливаемых на строящиеся грузовые вагоны, произошли коренные изменения. Это, безусловно, стало следствием введения в действие в начале текущего десятилетия отраслевого стандарта ОСТ 32.175—2001 «Поглощающие аппараты автосцепного устройства грузовых вагонов. Общие технические требования».
В стандарте впервые в отечественной истории была применена концепция разделения поглощающих аппаратов на классы в зависимости от их технических показателей, в первую очередь, энергоемкости. Предъявляемые этим документом требования стимулировали разработку новых конструкций поглощающих аппаратов, Основной путь достижения требуемых показателей—использование в конструкциях поглощающих аппаратов высокотехнологичных полимерных материалов.
В настоящее время в эксплуатации находится около десятка моделей поглощающих аппаратов, Их серийное производство было освоено в последнее десятилетие.
Все поглощающие аппараты предназначены для амортизации динамических продольных сил, действующих на подвижной состав в эксплуатации и передаваемых через автосцепку на упоры и хребтовую балку, Эти функции они должны выполнять в режимах маневровой и поездной работы вагонов и локомотивов.
Требования эксплуатации обеспечиваются определенными показателями силовой характеристики аппарата, представляющими собой зависимость силы сопротивления аппарата от хода при сжатии и отдаче. Таким образом, силовая характеристика поглощающего аппарата в значительной степени влияет на уровень продольных сил, действующих на вагон, сохранность конструкции вагона и перевозимых грузов.
По способу поглощения энергии поглощающие аппараты делят на следующие группы:
· фрикционные (поглощение механической энергии происходит за счет работы сил трения на рабочих поверхностях деталей фрикционного узла);
· гидравлические (за счет дросселирования жидкости);
· эластомерные (за счет продавливания высоковязкого эластомерного материала через калиброванный щелевой зазор или отверстие);
· аппараты из упругих элементов (за счет внутреннего трения в упругих элементах при их деформации);
· комбинированные (поглощение энергии происходит двумя или более из указанных выше способов).
В настоящее время технические параметры поглощающих аппаратов регламентированы нормативными требованиями отраслевого стандарта ОСТ-32.175—2001. Сертификационные требования к показателям, влияющим на безопасность, определены нормами безопасности НБ ЖТ ЦВ-ЦЛ 022—2000. Габаритные размеры должны обеспечивать возможность применения аппаратов на вагоне, оборудованном автосцепным устройством с установочными размерами по ГОСТ 3475—81.
В конце 2008 г. ОАО «РЖД» были утверждены технические требования на перспективное автосцепное устройство для грузовых вагонов нового поколения. Ими следует руководствоваться при разработке и испытаниях новых конструкций поглощающих аппаратов. В них наиболее полно отражены различные показатели поглощающих аппаратов и требования к ним.
Таблица 3 – Разделение поглощающих аппаратов на классы по основным техническим показателям
В таблице 3 приведено разделение поглощающих аппаратов на классы по основным техническим показателям. Основным критерием, по которому тот или иной аппарат относят к одному из классов, следует считать величины номинальной и максимальной энергоемкости, поскольку для аппаратов, имеющих узел сухого трения, определение статической энергоемкости является по ряду причин нецелесообразным. При этом полученные значения не будут информативными.
Ряд требований, предъявляемых к поглощающим аппаратам, — общий для всех классов. Усилие начальной затяжки поглощающего Рп от 0,1 до 0,4 МН. Сила сопротивления при статическом сжатии на максимальный рабочий ход аппарата должна быть не менее 1,5 МН, при ударном сжатии — не более 3,0 МН. Коэффициент необратимого поглощения энергии при статическом сжатии должен быть не менее 0,4 и при ударном сжатии — не менее 0,7.
Для аппаратов, имеющих фрикционный узел, установлены требования по динамической энергоемкости в состоянии поставки (не менее 30 кДж для аппаратов класса ТО и не менее 50 кДж для аппаратов класса Т1).
Требования к диапазону рабочих температур обеспечивают возможность эксплуатации аппаратов во всех климатических зонах России и ближнего зарубежья, При температуре -60 °С аппараты должны полностью сохранять функциональную работоспособность, Изменение номинальной энергоемкости в диапазоне температур от -40 до +50 °С не должно превышать 30 %.
Характеристики поглощающих аппаратов и их показатели существенно зависят от конструкции и типа вагона, вида и способа груза и других условий проведения испытаний. Поэтому ОСТ 32,175—2001 предписывает контролировать показатели аппаратов при проведении испытаний по типовым методикам СТ ССФЖТ ЦВ-ЦЛ. Это обеспечивает возможность объективной оценки аппаратов различных типов и сравнение их показателей.
Таблица 4 – Классификация поглощающих аппаратов
В таблице 4 представлены существующие в эксплуатации и серийно производимые поглощающие аппараты с отнесением их к конкретным классам, типам энергии), Также даны сведения об их производителях и технических условиях изготовления.
Как видно,
· к классу ТО относятся пружинно-фрикционные аппараты,
· к классу Т1 — преимущественно, фрикционные поглощающие аппараты с полимерными упругими элементами (комбинированные), в которых поглощение энергии осуществляется как за счет трения во фрикционном узле, так и за счет внутреннего трения в упругих элементах,
· к классу Т2 — эластомерные аппараты, но могут встречаться и комбинированные,
· к классу ТЗ — исключительно эластомерные поглощающие аппараты.
Область применения аппаратов класса ТО должна ограничиваться лишь исключительными случаями (например, на вагонах, следующих в ремонт). Аппараты класса Т1 должны устанавливаться на все виды неспециализированного подвижного состава, а также на вагоны, предназначенные для эксплуатации в маршрутных поездах постоянного формирования.
Специализированные вагоны, перевозящие опасные и дорогостоящие грузы, которые могут быть повреждены при воздействии на вагон больших продольных сил, должны быть оборудованы аппаратами классов Т2 и ТЗ.
Технические требования на перспективное автосцепное устройство предписывают устанавливать поглощающие аппараты класса Т2 на цистерны, специализированные платформы, некоторые типы крытых вагонов, перевозящие ценные и опасные грузы классов 3,4,5,8,9 по ГОСТ 19433—88. Аппараты класса ТЗ рекомендуется устанавливать на газовые и химические цистерны, а также на вагоны, перевозящие особо опасные грузы классов 1,2,6,7 по ГОСТ 19433-88.
В настоящее время вновь строящиеся вагоны оборудуют поглощающими аппаратами в соответствии с приведенной выше классификацией. С 2002 г. поглощающими аппратами классов Т2 и ТЗ оборудуют все вновь изготавливаемые цистерны, а с 2005 г. все соответствующие вагоны новой постройки стали оборудовать аппаратами класса Т1.
В конце 2007 г. было утверждено руководство по капитальному ремонту грузовых вагонов № 627—2007. В нем предусмотрена постановка аппаратов соответствующих классов при капитальном ремонте.
ПОГЛОЩАЮЩИЙ АППАРАТ РТ-120
С 2004 г, освоен серийный выпуск поглощающего аппарата РТ-120. Фрикционный узел в аппарате подпирается комплектом упругих элементов. Особенностью фрикционного узла, в отличие от других аппаратов шестигранного типа (таких как Ш-2-В), является наличие на внутренних поверхностях корпуса в зоне работы клиньев бронзовых вставок. Они стабилизируют трение и позволяют снизить износы трущихся деталей. Кроме того, аппарат не имеет стяжного болта. Направляющий стержень служит для центрального сжатия упругого комплекта. В качестве упругого узла в поглощающем аппарате РТ-120 применен комплект из полимерных элементов, поджатых с помощью шайбы, трех фрикционных клиньев и нажимного конуса. На корпусе в зоне контакта с клиньями расположены Н-образные канавки. В них запрессованы бронзовые вкладыши, снижающие интенсивность износа поверхностей корпуса и клиньев.
Рисунок 12 – Поглощающий аппарат РТ-120
Несомненное достоинство данной модели — длительный ресурс, Однако процесс приработки данного аппарата занимает достаточно большой промежуток времени, К недостаткам можно отнести общую проблему фрикционных поглощающих аппаратов — нестабильность силовой характеристики.
В классе Т1 представлена также модель ПМКП-110. В сущности, конструкция этого аппарата аналогична конструкции аппарата ПМК-110К-23, хорошо известного в эксплуатации.
Только в отличие от предшественника фрикционный узел у новой модели подпирается посредством комплекта упругих элементов. Аппарат сохранил положительные черты своего прототипа. Он обладает достаточно стабильной силовой характеристикой и быстрой приработкой, фактически с первых дней работы, что обеспечивает необходимые эксплуатационные показатели.
К недостаткам данной конструкции можно отнести наличие стяжного болта. В эксплуатации отмечены случаи самораскручивания (самозакручивания) гайки. При этом повреждается резьба стяжного болта, аппарат при снятии с вагона разваливается и требует сборки.