ПРИМЕНЕНИЕ РАСПОРНОГО БЛОКА В ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТАХ АВТОСЦЕПКИ

 

Фатьков Э.А., Ильницкая Е.Ю. (БГТУ, г. Брянск, РФ)

 

In this article represents the research of the problem of penetration of new materials and model of the draft gear, calling draft gear with the  volumetric thrust.

 

В условиях рынка и постоянного реформирования железнодорожный транспорт нуждается в непрерывном внедрении новых технических решений, которые позволят существенно повысить его конкурентоспособность и эффективность. Развитие железнодорожного транспорта предусматривает ряд мер, которые должны обеспечить рост провозной и пропускной способности дорог. Среди них основными являются повышение массы отдельных вагонов, увеличение интенсивности переработки вагонов на сортировочных горках, повышение скорости движения поездов.

Форсирование режимов эксплуатации вагонов может привести к существенному увеличению повреждения вагонов и росту вероятности возникновения аварийных ситуаций, поэтому своевременно должны разрабатываться и осуществляться мероприятия по снижению продольных нагрузок.

Поглощающий аппарат (амортизатор удара) — компонент автосцепного устройства, служащий для снижения  продольных сил, действующих на вагон в эксплуатации  при формировании состава на сортировочных горках и при переходных режимах движения поезда. От исправного и эффективного действия поглощающего аппарата зависит сохранность самого подвижного состава и перевозимых грузов.

Поглощающие аппараты должны быть специализированными, различающимися по своим характеристикам в зависимости от того, на каком объекте они будут эксплуатироваться[1].

По виду рабочего элемента и принципу поглощения энергии амортизаторы удара обычно подразделяют на пружинные, пружинно-фрикционные (фрикционные), резиновые (резинометаллические), полимерные, эластомерные, гидравлические, а также комбинированные, включающие различные виды рабочих элементов (резинофрикционные, гидрофрикционные, гидрополимерные) [2].

 Многие  грузовые вагоны, эксплуатируемые в настоящее время, оборудованы фрикционными поглощающими аппаратами, при сжатии которых основная часть воспринятой энергии затрачивается на работу сил трения. Такие аппараты получили широкое распространение благодаря простоте конструкции, низкой стоимости изготовления, а также неприхотливости в эксплуатации. Поэтому задача совершенствования серийных поглощающих аппаратов будет оставаться актуальной еще достаточно долгий период времени.

Одним из современных путей снижения продольной нагруженности является  применение новых высокоэффективных поглощающих аппаратов, использующих современные полимерные и эластомерные материалы.

Поглощающие аппараты с использованием эластомера при равных габаритных размерах с прочими имеют более высокие показатели энергоемкости. В то же время данным аппаратам присущи некоторые недостатки. Это высокие технологические требования к механической обработке деталей, обеспечение герметичности при высоких давлениях.

На отечественном железнодорожном транспорте для оборудования цистерн и вагонов, перевозящих разрядные и особо опасные грузы, применяются эластомерные амортизаторы классов Т2 (100 кДж) и Т3 (140 кДж), разработанные в России: АПЭ – 120И (ОАО «Авиаагрегат», г. Самара), АПЭ – 95 – УВЗ (ФГУП «ПО Уралвагонзавод», г. Нижний Тагил), ЭПА – 120, а также 73ZW, 73ZW12, 73ZW12М (фирма «Камакс», Польша). Конструкции отличаются количеством и размерами рабочих камер, исполнением дроссельных элементов и выполнением корпуса, объединенного с хомутом. Эластомер, обладая значительной вязкостью, может одновременно выполнять функцию упругого и демпфирующего элемента. Сжимаемость материала в замкнутом объеме достигает 15…20 % при давлениях 250…500 МПа. Это позволяет использовать его как гидропружину в режиме квазистатического сжатия, а применение различных видов дросселирования дает возможность значительно повысить силу сопротивления амортизатора при больших скоростях сжатия. Эластомерные амортизаторы могут работать в диапазоне температур от — 70 до + 50° С.

Одним из новых технических решений является разработка  поглощающего аппарата с объёмным распором. Известны различные способы выполнения распорных блоков. Они отличаются как по форме, так и по содержанию рабочего тела. К примеру, выделяют резиновые, пружинные, гидравлические, эластомерные распорные блоки. В целом распорный блок был придуман как альтернатива клиновому распору, имеющему некоторые недостатки. Силовые характеристики таких аппаратов имеют меньшие значения сил в начале сжатия и большие – в конце, т.к. сила прижатия клиньев зависит от деформации пружины, а, следовательно, от хода аппарата. Кроме того, конструкциям с клиновым распором в определенной степени присуща нестабильность силовых характеристик, проявляющаяся в скачкообразном изменении силы сопротивления. Это связано с высокими удельными давлениями на вспомогательных поверхностях трения, управляющих процессом трения на основных поверхностях.

Схема комбинированного фрикционно-полимерного поглощающего аппарата с объемным распорным блоком представлена на рисунке 1 [3].

Аппарат состоит из корпуса 1, в котором установлена фрикционная часть, включающая неподвижные пластины 4 и подвижные пластины 2 и 3, имеющие уклоны на контактирующих поверхностях трения. Уклоны на соприкасающихся поверхностях трения позволяют аппарату восстанавливаться при обратном ходе без заклинивания. Нормальное усилие на фрикционную часть передается от боковых плунжеров распорного блока 5, состоящего из корпуса и  плунжеров 6. Полость распорного блока заполнена объемно сжатым рабочим телом (эластомером), которое передает давление на боковые плунжеры в зависимости от внедрения в корпус распорного блока  верхнего плунжера. Применение эластомерного распорного блока повышает надежность и улучшает динамическую характеристику поглощающего аппарата. Распорный блок опирается на плиту 7 и комплект упругих полимерных элементов 8, разделенных между собой пластинами.

Поглощающий аппарат работает следующим образом. Под действием сжимающих усилий упорная плита перемещает плунжер распорного блока  и вместе с ним подвижные пластины. При этом в камере распорного блока создается давление, боковые плунжеры 6 прижимают  подвижные пластины 2 и 3 к неподвижным пластинам 4 и корпусу 1. Одновременно сжимаются полимерные упругие элементы 8.

При восстановлении аппарата после снятия нагрузки полимерные упругие элементы выталкивают распорный блок и подвижные пластины, при этом сила трения на поверхностях пластин за счет уклонов снижается до 0, что способствует быстрому восстановлению аппарата без заклинивания.

Такая конструкция позволит избежать возможности заклинивания аппарата при обратном ходе, улучшить стабильность его работы, а также повысить его энергоемкость за счет дополнительных поверхностей трения.

Литература

1. ОСТ 32.175-2001. Аппараты поглощающие автосцепного устройства грузовых вагонов и локомотивов. Общие технические требования. – 12 с.

2. Кеглин, Б.Г. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава. / А. П. Болдырев, Б. Г. Кеглин. – М.: Машиностроение – 1, 2004 – 199 с.: ил.

3. Пат. 2397896 РФ МПК  В61G 11/00 Фрикционно-полимерный поглощающий аппарат автосцепки / Болдырев А.П., Фатьков Э.А., Гуров А.М. Опубл. 27.08.2010 Бюл. № 24.