Специальная автосцепка C-AK

DBAG не могут оставить без внимания российский рынок и связанные с ним перевозки. В чистом виде тяговая автосцепка Z-AK не может быть использована совместно с российской автосцепкой СА-3, поэтому возникает потребность в переходной ее модификации. В рамках проекта "Техника перестановки вагонов на другую ширину колеи" DBAG совместно с фирмой Bergische Stahlindustrie ведут разработки такой переходной сцепки. В ней используются детали и конструктивные элементы сцепок СА-3 (головка и механизм блокировки) и МСЖД-АК 69е (стабилизирующий элемент). При использовании переходной сцепки совместно с винтовой стяжкой корпус автосцепки СА-3 крепится на крюке и может откидываться вниз. Как в рабочем, так и откинутом положении головку закрепляют специальными болтами, чтобы исключить возможность ее самопроизвольного откидывания или подъема.

Попытка создания в рамках МСЖД и ОСЖД тягово-ударной автосцепки для западноевропейских железных дорог не увенчалась успехом. Однако в новых экономических условиях западноевропейские железные дороги приняли решение создать в рамках МСЖД унифицированную автосцепку, при которой обеспечивалось бы максимально возможное сохранение на подвижном составе ударно-тяговых устройств. К настоящему времени западноевропейской фирмой «Кнорр-Бремзе» создано такое автосцепное устройство (автосцепка Z-AK).

Железные дороги Польши, как и многих других западноевропейских стран, приняли решение об оснащении подвижного состава автосцепкой Z-AK (рис. 1), которая служит для сцепления вагонов и передачи лишь тяговых усилий, возникающих в процессе движения. Сжимающие усилия передаются, как при винтовой сцепке, через буфера. Автосцепка Z-AK обеспечивает автоматическое соединение (разъединение) воздушной магистрали, а также сцепление с винтовой сцепкой при помощи выдвигающейся штанги-крюка, что исключает в процессе перехода сети ПКП на автоматическое сцепление вагонов необходимость их сортировки по видам сцепления.

Автоматическое сцепное устройство Z-AK: 1 — головка сцепки с центрирующими поверхностями; 2 — механизм замка; 3 — устройство автоматической смены положения «короткий — длинный»; 4 — плечо сцепки; 5 — подвеска (центрирующее устройство); 6 — тяговая смешанная сцепка; 7 — воздушная сцепка; 8 — смешанная воздушная сцепка; 9 — воздушный шланг; 10 — буферный брус вагона; 11 — приводное устройство; 12 — боковой буфер; 13 — рычаг смешанной сцепки; 14 — центр сцепления; 15 — большой и малый зуб

Следует отметить, что автосцепка Z-AK автоматически не взаимодействует с автосцепкой СА-3 железных дорог стран СНГ и Балтии. Для обеспечения сцепляемости вагонов с разнотипной автосцепкой предусматривается создание специальной переходной сцепки. Опыт создания переходных сцепок имеется на РЖД для сцепления вагонов, оборудованных автосцепкой СА-3, с вагонами КНР, имеющими американскую автосцепку. Принципиально переходная сцепка состоит из двух частей: левая часть представляет собой контур американской автосцепки, а правая — контур автосцепки СА-3. Учитывая опыт РЖД, аналогичным образом для сети ПКП может быть налажен выпуск переходных сцепок, которые будут также состоять из двух частей: левая часть будет представлять собой контур автосцепки Z-AK, а правая — контур автосцепки СА-3. Не исключается для эксплуатации вагонов с различными видами упряжи вариант применения так называемых вагонов прикрытия, каждый из которых имеет с одной стороны, например, автосцепку СА-3. Окончательно рациональный вариант переходной сцепки должен быть выбран исходя из минимума затрат и удобства эксплуатации подвижного состава с различными автосцепками. Решение этого вопроса важно в условиях формирования транспортного коридора Берлин — Москва и других.

Техническое задание предусматривает:

гарантированное сцепление при скорости роспуска с сортировочной горки 2- 7 км/ч, отсутствие повреждений при скорости до 15 км/ч;
обеспечение достаточного защитного пространства, что особенно важно для совместной эксплуатации автосцепки и винтовой стяжки;
возможность автоматического сцепления в кривой радиусом 150 м;
беспрепятственное прохождение рампы парома с уклоном 1:16 при угловом смещении 5° на длине 24 м (в том числе и при смешанной эксплуатации автосцепки и винтовой стяжки);
сохранение возможности сцепления при боковом смещении ± 190 мм и вертикальном 120 мм;
обеспечение минимальной прочности на растяжение 1000 кН для автосцепки, 850 кН - для смешанной эксплуатации;
отсутствие передачи сил сжатия на внутренние тяговые устройства (в том числе и при смешанной эксплуатации).

На базе технического задания были выработаны соответствующие требования к конструкции:

размещение по центру устройства для смешанной сцепки в виде откидного тягового хомута;
реализация возможности сцепления в кривой радиусом 150 м за счет применения автоматического механизма укорочения/удлинения сцепки (положение соответственно K или L)путем перемещения ее хвостовика по отношению к корпусу;
интеграция модуля автоматического соединения и разъединения главной тормозной магистрали в конструкцию автосцепки.

Разработка и испытания

Автосцепки Z-AK разрабатывали поэтапно, т. е. сначала проверяли функциональные возможности выбранного принципа, изготавливали опытные образцы, испытывали их на стендах и в реальной эксплуатации, проводили динамические испытания. Например, для проверки динамической прочности силовых компонентов проводили две серии нагружения:

791 тыс. циклов в диапазоне нагрузки от 20 до 220кН, а затем 1088 циклов от 0 до 675кН (635 кН при смешанной сцепке);
587 тыс. циклов от 20 до 220 кН, 725 циклов от 0 до675кН (635 кН при смешанной сцепке).

Ударные нагрузки, возникающие при маневрах, моделировали по следующей программе:

4500 соударений с учетом: комбинаций масс вагонов 20/80- 40/40- 80/80 т;
смещения центров сцепок от 30 до 75мм; скорости соударений 5- 7- 12- 15км/ч.

Наряду с этими испытаниями, проводившимися на сортировочной горке при обычной температуре воздуха, были выполнены 30 соударений при скорости 15 км/ч с предварительным охлаждением автосцепки до температуры -40°C.

Кроме кинематических и прочностных требований необходимо было выполнить также эргономические и эксплуатационные, а также учесть экологические (в том числе климатические) условия.

Простая и в связи с этим надежная в эксплуатации автосцепка Z-AK, в том числе и в сочетании с винтовой стяжкой, дополняется:

окрашенным в красный цвет указателем положения K в сочетании с пиктограммой;
окрашенным в красный цвет указателем состояния "блокировано/разблокировано";
пиктограммой на механизме управления с указанием последовательности выполнения действий "деблокирование - рабочее положение - состояниеL";
окрашенной в оранжевый цвет рукояткой откидного тягового хомута.

По результатам испытаний опытных образцов в эксплуатационных условиях была изменена конструкция модуля соединения тормозной магистрали с целью упрощения ее демонтажа, например для устранения утечек воздуха.

С учетом данных, полученных в ходе 15-месячных испытаний в 1995/96 гг., DBAG приняли решение заказать предсерийную партию автосцепок для маршрутных поездов, перевозящих глину.

Автоматизация

Полный переход на работу с автосцепкой связан с возможностями автоматизации процессов:

механической сцепки вагонов и соединения тормозной магистрали;
механического расцепления вагонов и разъединения тормозной магистрали;
перевода автосцепки в состояние K или L.

На этом базируется большинство экономических расчетов, выполняемых для различных сценариев внедрения автосцепки.

Предусмотренное в нормальной эксплуатации самоцентрирование автосцепки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, не требующееся при сцеплении вагонов в кривых малого радиуса, может быть исключено вручную. При этом автосцепку устанавливают в развернутом положении, обеспечивающем условия для ее срабатывания в кривой. После успешной сцепки самоцентрирование автоматически восстанавливается, как только вагоны попадут на прямолинейный участок.

Необходимо учитывать и фазу использования смешанной сцепки, поскольку переходный период будет длиться много лет. По сравнению с обычной сцепкой на винтовой стяжке при использовании смешанной в зависимости от масштабов внедрения автосцепки можно значительно облегчить труд сцепщиков.

Перспективы

В реализованном проекте CargoSprinter применен способ электропневматического дистанционного деблокирования автосцепок. После того как автосцепка будет оснащена системой датчиков для определения ее рабочих состояний "сцеплено/расцеплено" и "блокировано/деблокировано", можно будет контролировать хвост поезда.

Дальнейшим этапом автоматизации грузовых перевозок должна стать интеграция в приборы автосцепки линий электроснабжения и передачи сигналов управления и контроля. Соответствующие модульные дополнения к автосцепке Z-AK уже реализованы на стадии опытных образцов. При этом речь идет как о традиционной технике электрических разъемов, так и о бесконтактной антенной технике на базе системы Combitrans фирмы Gauss.

Для непосредственного использования в проекте "Новый грузовой вагон", а также в рамках программы исследований МСЖД корпус автосцепки Z-AK должен быть доукомплектован с учетом использования электропневматических тормозов МСЖД и системы торможения грузовых вагонов с электронным управлением, последовательной передачей данных и централизованной системой электроснабжения.

ПОГЛОЩАЮЩИЕ АППАРАТЫ

На основе анализа условий эксплуатации грузовых вагонов, показавшего значительные различия в предъявляемых требованиях к поглощающим аппаратам автосцепного устройства, в зависимости от рода перевозимых грузов, был разработан нормативный документ "Типоразмерный ряд поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов".

Необходимость применения в эксплуатации поглощающих аппаратов автосцепного устройства с различными характеристиками обусловлена целым рядом объективных причин. Повышение энергоемкости, применение аппаратов нового поколения – гидравлических и эластомерных – требует больших затрат и поэтому должно быть экономически оправдано.

Одним из факторов, определяющих целесообразность применения тех или иных аппаратов является вид перевозимого груза. Этот фактор необходимо рассматривать в двух аспектах – стоимости и степени опасности груза.

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 специализированных транспортных структур, которые будут арендаторами или собственниками вагонов.

Выбор поглощающего аппарата для вагонов, предназначенных для перевозки опасных грузов, должен производиться с учетом степени опасности груза для окружающей среды, жизни людей и разрушения прилегающих к железнодорожным путям гражданских и промышленных сооружений.

По экспертной оценке насыщенность вагонного парка ОАО «РЖД» поглощающими аппаратами составляет: Ш-1-ТМ – 35,3%, Ш-2-В – 38,6%, Ш-6-ТО4 – 3,6%, ПМК-110 – 3,9%, РТ-120 – 5,1%, эластомерные – 13,5%. Таким образом, поглощающие аппараты типа Ш-1-ТМ и Ш-2-В наиболее распространенные и эксплуатируются на вагонах, перевозящих сыпучие и неопасные грузы.

Пружинно-фрикционные поглощающие аппараты типов Ш-1-ТМ и Ш-2-В относятся к классу Т0. По данным департамента вагонного хозяйства с января 2007 г. на все вновь строящиеся вагоны в России, перевозящие неопасные грузы, устанавливаются аппараты класса Т1 и с 2008 г. при всех плановых ремонтах поглощающие аппараты класса Т0 должны быть заменены на аппараты класса Т1, но до тех пор аппараты Ш-2-В и Ш-1-ТМ еще десятилетия будут насыщать рабочий парк грузовых вагонов.

Об этом говорит то обстоятельство, что производство аппаратов типа Ш-1-ТМ прекратилось в начале девяностых годов двадцатого века, но благодаря высокой износостойкости и большому сроку службы аппарат на данный момент еще находится в эксплуатации.

Аппарат Ш-2-В по сравнению с Ш-1-ТМ имеет более мягкую характеристику. Снижение жесткости и увеличение рабочего хода приводит к увеличению подвижности деталей фрикционного узла, увеличению износа клиньев и горловины корпуса и сокращению срока службы аппарата до десяти лет. Производство поглощающего аппарата Ш-2-В было прекращено осенью 2007 г., но, исходя из опыта эксплуатации аппарата Ш-1-ТМ, грузовые вагоны еще пять-десять лет будут оснащаться аппаратами Ш-2-В.

Показатели наиболее перспективных на сегодняшний день аппаратов – 73ZW (разработчик АО "КАМАКС", Польша, изготовитель ООО "ЛЛМЗ–КАМАКС", Москва), Модель–120 (разработчик «КИСТОУН», США. изготовитель СП на базе "Гидромаш", Н-Новгород), АПЭ–120–И (разработчик ВНИИЖТ, изготовитель ОАО "АВИААГРЕГАТ", Самара), АПЭ-95-УВЗ (разработчик УКБВ, изготовитель ГУП "ПО Уралвагонзавод", Н.Тагил), ЭПА-120 (разработчик "Дипром", изготовитель ОАО "БМЗ", Брянск) – при силе не более 2 МН приведены в табл.