5. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного

МПС РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Вагоны и вагонное хозяйство»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: «Подвижной состав»
Выполнил:
студент группы К-007
Голдовский А. М.
Проверил:
доцент кафедры
«Вагоны и вагонное хозяйство»
Дубинский В. А.
Санкт-Петербург
2001 г.
Задание
1. Четырехосный вагон-самосвал 5ВС-60, модель 19-Д001.
2. Автосцепка в сборе.
2
Оглавление
Задание ............................................................................................................ 2
Оглавление ....................................................................................................... 3
1. Введение ...................................................................................................... 4
2. Классификация вагонов ................................................................................ 6
3. Основные элементы конструкции вагонов .................................................... 9
4. Конструкция четырехосного вагона-самосвала 5ВС-60 модели 19-Д001.......11
4.1. Составные части и виды вагонов-самосвалов. ...................................... 11
4.2. Пневматические системы тормоза и разгрузки. .................................. 13
4.3. Работа системы разгрузки. ................................................................... 13
5. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава .............15
5.1. История внедрения автосцепного устройства ....................................... 15
5.2. Назначение автосцепных устройств. ................................................... 16
5.3. Расположение автосцепного устройства на подвижном составе. ........ 16
5.4. Действие автосцепки. ......................................................................... 17
6. Габариты подвижного состава .....................................................................18
Список условных обозначений на чертежах.....................................................23
Список литературы ..........................................................................................24
3
1. Введение
В 1996 г. в России отметили 150 лет с начала массового строительства
вагонов магистрального транспорта. Вагоны строили на Александровском заводе в Петербурге, они предназначались для первой магистральной железной
дороги России – Петербург – Москва.
Первые вагоны были четырехосными с деревянными кузовами, центральной сцепкой, без боковых буферов. Тормозные устройства – с ручным приводом.
Для перевозки грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков,
строились открытые сверху полувагоны и платформы. Двухосные вагоны имели
боковые буфера и центральные тягово-сцепные устройства.
В 1969 г. в России впервые в мире было введено бесперегрузочное сообщение, допускавшее эксплуатацию грузовых вагонов по всем дорогам страны.
Эта целесообразная система эксплуатации обусловила нормализацию парка
грузовых вагонов, т. е. создание одинаковых по типу, конструкции и размерам
вагонов для всех дорог страны. Так, крытые вагоны строились с одинаковыми
внутренними размерами кузова (длиной 6400 мм и шириной 2743 мм), их называли вагонами «нормального типа».
Развитие нефтяной промышленности обусловило появление нового типа
подвижного состава – цистерн, сначала зарубежной (1863 г.), а затем – отечественной постройки (1872 г.). Первые изотермические вагоны с ледяным охлаждением появились в России в 1862 г., т. е. раньше, чем в США. Первый вагон с
опрокидывающимся для высыпания груза кузовом построили в 1868 г., тоже задолго до появления думпкаров в США. Имелись и другие специализированные
вагоны.
Увеличение перевозок и грузооборота потребовало повышения грузоподъемности вагонов. В 1895-1909 гг. были спроектированы и построены 13
конструкций четырехосных грузовых вагонов, однако широкого распространения они в то время не нашли.
Первые пассажирские вагоны строились 1, 2 и 3 классов. Они отличались
друг от друга населенностью, внутренним оборудованием и отделкой. Устройство рессорного подвешивания обеспечивало необходимую плавность хода. В
первых вагонах не было необходимых удобств. Однако уже в 1850 г. Александровский завод построил два вагона усовершенствованной конструкции с комфортными условиями для пассажиров.
С 1863 г. пассажирские вагоны стали оборудовать туалетами и умывальниками, а также печами сухого отопления. Ковровские мастерские впервые в
мире (в 1866 г.) создали индивидуальное паровое, а затем (в 1887 г.) водяное
отопление. Совершенствовались вентиляционные устройства. Фонари со свечами с 1877 г. стали заменять газовым, а с 1887 г. – электрическим освещением.
В 1923 г. началось строительство двухосных крытых вагонов грузоподъёмностью 20 т. Кроме увеличенной грузоподъёмности, эта конструкция отличалась от крытого нормального вагона металлическим каркасом стен и рамой кузова, полностью выполненной из металлических балок, что повышало прочность и надёжность вагона. Рама кузова имела среднюю продольную (хребтовую) балку, позволявшую оборудовать вагон автосцепкой.
4
Далее также и все пассажирские вагоны, строившиеся в восстановительный период, так же как и грузовые, имели хребтовые балки, рассчитанные на
установку автосцепки.
В годы первых пятилеток осуществлялась реконструкция железнодорожного транспорта, важнейшими элементами которой являлось введение четырёхосных вагонов грузоподъёмностью 50-60 т, автосцепки, тормозов.
В конце войны начались интенсивные работы по восстановлению разрушенных вагоностроительных заводов, их реконструкции, созданию новых предприятий. При этом ставилась задача строительства лучших, чем до войны конструкций вагонов. Важным этапом в совершенствовании явился переход от углеродистых сталей к низколегированным, обладающим большей прочностью и
лучшим сопротивлением коррозии.
5
2. Классификация вагонов
Современный парк вагонов представляет собой многообразие типов и
конструкций (свыше 200). Это обусловлено необходимостью удовлетворения
разнообразным требованиям: обеспечения комфорта пассажирам, сохранения
ценных качеств скоропортящихся грузов, предупреждения повреждения хрупких грузов, защиты многих грузов от атмосферных осадков. Возможны также
большая провозная способность железных дорог, универсальность вагонов,
максимальное использование грузоподъемности вагона и др.
Большое значение имеет рациональность конструкции вагонов и их технико-экономических показателей, определяющая удобство перевозок пассажиров, провозную способность железных дорог, возможность механизации и автоматизации при постройке и ремонте вагонов, а также в процессе их эксплуатации (формирование поездов, погрузочно-разгрузочные операции и др.), себестоимость перевозок, размеры капитальных вложений, необходимых для изготовления и эксплуатации вагонов.
Перечисленными факторами определяется и сложность конструкции вагонов: теплоизоляция кузова, устройства отопления, вентиляции, охлаждения,
электрооборудования, автоматического управления агрегатами, обеспечение
движения с большими скоростями, малым сопротивлением движению, оборудование автосцепкой и автотормозом, эффективными материалами, минимальные
затраты на постройку, ремонт и эксплуатацию.
Вагонный парк должен характеризоваться высокой надежностью и долговечностью конструкций, обеспечивающих безопасность движения поездов. Между тем, в каждом вагоне имеется большое число деталей, от конструкций и
состояния которых зависит безопасность. Причем контролировать состояние
этих частей в эксплуатации часто приходится в короткие сроки и в неудобных
условиях осмотра. Существенной особенностью вагонного парка является его
массовость. Поэтому даже малые изменения, вводимые в конструкции вагонов,
приобретают большие масштабы.
Вагоны разделяются по способу передвижения, назначению, технической
характеристике и месту эксплуатации. В зависимости от способа передвижения
вагоны бывают несамоходные, перемещение которых осуществляется локомотивами, и самоходные, называемые иногда автовагонами, которые для передвижения получают энергию от контактной сети (электропоезда, вагоны метро)
или имеют свою энергетическую установку (автомотрисы, трансферкары, дизель-поезда).
По своему назначению вагоны разделяются на две основных группы –
пассажирские и грузовые.
Пассажирский вагон имеет кузов, представляющий собой закрытое помещение, оборудованное необходимыми для пассажиров устройствами (диваны
для сидения или лежания, системы освещения, отопления, вентиляции, а иногда и охлаждения воздуха, туалеты, удобные входы и выходы и т. п.). Парк пассажирских вагонов состоит из вагонов для перевозки пассажиров, вагонов-ресторанов, почтовых, багажных и специального назначения.
В зависимости от дальности перевозок пассажирские вагоны бывают:
− дальнего следования, предназначенные для перевозки пассажиров на
большие расстояния. Такие вагоны бывают купейные или не купей-
6
ные. Они оборудованы жесткими или мягкими диванами для лежания
и по этому признаку называются жесткими или мягкими вагонами;
− местного сообщения, предназначенные для перевозки пассажиров на
более короткие расстояния преимущественно в дневное время. В этих
вагонах имеются удобные кресла для сидения;
− пригородные, предназначенные для перевозки пассажиров на небольшие расстояния в сравнительно короткое время: они оборудованы жесткими или мягко-жесткими диванами для сидения.
Вагоны рестораны предназначены для организации питания пассажиров в
пути следования. Каждый из них имеет зал, кухню, кладовые, холодильные камеры для хранения продуктов и другие отделения.
Почтовые вагоны служат для перевозки почтовых грузов. Такой вагон
имеет зал для почтовых операций и помещения для обслуживающего персонала.
Багажные вагоны предназначены для перевозки багажа в пассажирских
поездах. Они имеют кладовые с погрузочно-разгрузочными механизмами и помещения для обслуживающего персонала. Имеются также почтово-багажные
вагоны, эксплуатируемые на участках железных дорог с небольшими пассажирскими перевозками.
Пассажирскими вагонами специального назначения являются вагоны-лаборатории, служебные, санитарные, вагоны-клубы и др.
Грузовые вагоны в зависимости от вида перевозимых грузов разделяются
на следующие основные типы:
− крытые, предназначенные для перевозки зерновых и других сыпучих
грузов, нуждающихся в защите от атмосферных осадков, для транспортировки тарно-упаковочных и высокоценных грузов. Вагон имеет
закрытый кузов, обычно оборудованный дверями и люками;
− полувагоны, предназначенные для перевозки навалочных грузов (руда, уголь, флюсы, лесоматериалы и т. п.), контейнеров, различных
машин и др. Вагон имеет открытый сверху кузов, часто оборудован
разгрузочными люками, а иногда и дверями;
− платформы, предназначенные для перевозки длинных и громоздких
грузов (лесоматериалы, прокат, строительные материалы и их полуфабрикаты), контейнеров, автомашин и т. д. Эти вагоны обычно имеют настил пола на раме и откидные борта;
− цистерны, предназначенные для перевозки жидких и газообразных
грузов (нефть, керосин, бензин, масла, кислоты, сжиженные газы и т.
п.). Кузовом вагона является резервуар (котел) обычно цилиндрической формы, имеющий люки для налива и устройства для слива груза;
− изотермические, предназначенные для перевозки скоропортящихся
грузов (мясо, рыба, фрукты и т. п.). Кузов вагона имеет изоляцию и
оборудование для создания необходимых температурного и влажностного режимов. Современные изотермические вагоны выполняют в виде рефрижераторных секций с центральной холодильной установкой и
помещением для бригады в одном из вагонов (остальные вагоны секции используют для размещения груза) или с полным комплексом всего холодильного оборудования в каждом вагоне (автономный рефрижераторный вагон). Раньше были распространены вагоны с льдосоляным охлаждением;
7
− вагоны специального назначения, предназначенные для грузов, требующих особых условий перевозок. К этой группе относятся транспортеры для перевозки тяжеловесных и громоздких грузов, вагоны для
перевозки автомашин, цемента, скота и других специфических грузов,
а также вагоны, предназначенные для технических нужд железных
дорог (вагоны-мастерские, вагоны восстановительных и пожарных поездов и др.)
Согласно утвержденному в 1988 году классификатору грузовых вагонов
все цистерны и изотермические вагоны отнесены к специализированным.
В зависимости от технической характеристики пассажирские и грузовые
вагоны различаются:
− по осности – на двухосные, трехосные, четырехосные, шестиосные,
восьмиосные, многоосные;
− по материалу и технологии изготовления кузова – на цельнометаллические, с металлическим каркасом и деревянной обшивкой; выполненные из стали, алюминиевых сплавов, пластмасс; со сварным или
клепанным соединением частей;
− по грузоподъемности, величине собственной массы (тары), нагрузки
от колесной пары на рельсы (осевой нагрузки), нагрузки на 1 м пути
(погонной нагрузки) и другим параметрам;
− по габариту подвижного состава, которому они удовлетворяют, и по
ширине железнодорожной колеи (ширококолейные и узкоколейные).
В зависимости от места эксплуатации вагоны бывают общесетевыми и
промышленного транспорта. Общесетевые вагоны допускаются для движения
по всей сети железных дорог страны. Вагоны промышленного транспорта, помимо движения по внутризаводским и другим путям замкнутого направления,
могут выходить на магистральные железные дороги, если при их проектировании предусматривалось удовлетворение соответствующим нормам прочности,
устойчивости и другим требованиям, предъявляемым к общесетевым вагонам.
8
3. Основные элементы конструкции вагонов
Вагоном называется единица железнодорожного подвижного состава,
предназначенная для перевозки пассажиров или грузов. При всем разнообразии
типов и конструкций вагонов они имеют общие основные элементы (узлы или
по-другому - сборочные единицы). К ним относятся кузов, ходовые части, ударно-тяговые приборы и тормоз.
Кузов вагона предназначен для размещения пассажиров или грузов. Его
конструкция зависит от типа вагона. У многих вагонов основанием кузова является рама, состоящая в основном из совокупности продольных и поперечных
балок, жестко соединенных между собой. Рама кузова опирается на ходовые
части, на ней размещены ударно-тяговые приборы и часть тормозного оборудования.
Ходовые части предназначены для безопасного движения вагона по
рельсовому пути, с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению. К ходовым частям относятся колесные пары, буксы и рессорное
подвешивание. В современных (имеющих более четырех колесных пар) вагонах
ходовые части объединяются в самостоятельные узлы, называемые тележками.
Кроме перечисленных элементов, тележка имеет раму, на которой крепятся детали рессорного подвешивания и тормозного оборудования, а также надрессорные и иные балки с подпятниками и скользунами, непосредственно воспринимающими нагрузку от рамы кузова.
Ударно-тяговые приборы предназначены для сцепления вагонов между
собой и с локомотивом, для передачи и смягчения действия растягивающих (тяговых) и сжимающих усилий от локомотива и от одного вагона к другому. Современным ударно-тяговым прибором является автосцепное устройство, выполняющее основные функции ударных (буфера) и тяговых (сцепка) приборов. Автосцепка, установленная на вагоне, автоматически взаимно сцепляется при
нажатии или ударе с автосцепкой локомотива или другого вагона и расцепляется вручную при помощи специального рычага.
Уменьшение продольных усилий, передающихся на раму и другие части
вагона через автосцепку, обеспечивают поглощающие аппараты. Помимо автосцепки и поглощающего аппарата, имеется тяговый хомут с клином, поддерживающими болтами и упорной плитой. Автосцепное устройство имеет также розетку с центрирующей балочкой, маятниковыми подвесками и передними упорами, а также задние упоры и поддерживающую планку.
Процесс сцепления двух автосцепок происходит следующим образом:
скошенные поверхности больших зубов направляют малый зуб каждой автосцепки в зев другой. При этом, вначале замки под давлением малых зубьев перемещаются внутрь головной части, а после того, как малые зубья встали на
свои места, замки, ничем не удерживаемые, под действием своего веса опускаются в образовавшееся пространство и занимают своё нижнее положение, запирая автосцепку.
Тормоза - это установленные на локомотивах и вагонах устройства, с помощью которых создаются тормозные силы, способствующие уменьшению скорости движения поезда или полной его остановке.
По способу управления тормоза делятся на автоматические и неавтоматические.
9
По принципу действия пневматические тормоза делятся на три основные
группы: прямодействующие автоматические, автоматические не прямодействующие и неавтоматические прямодействующие.
Автоматический прямодействующий тормоз применяется на всех грузовых локомотивах и вагонах. Тормоз называется автоматическим потому, что при
понижении давления сжатого воздуха в магистрали из-за разъединения рукавов
происходит торможение независимо от действий машиниста. Тормоз является
прямодействующим, поскольку в заторможенном состоянии в положении ручки
крана машиниста "перекрыта" с питанием тормозной магистрали происходит
питание всей системы сжатым воздухом прямо из главного резервуара локомотива, а также неистощимым, так как утечки воздуха из тормозных цилиндров
постоянно восполняются.
10
4. Конструкция четырехосного вагона-самосвала 5ВС-60 модели 19-Д001
4.1. Составные части и виды вагонов-самосвалов.
Вагон-самосвал (думпкар) состоит из сварных металлических конструкций
кузова и нижней рамы 9, опирающейся на две двухосные тележки 15. На нижней раме размещаются пневматическая система разгрузки, узлы автоматического тормоза и ударно-тяговые приборы 13.
Сам кузов состоит из верхней рамы 14 (она же - дно кузова), двух продольных бортов 1 и 5 и двух лобовых стенок 3, на которых размещаются механизмы открывания бортов 2,4.
Нижняя рама вагона-самосвала воспринимает ударно-тяговые усилия при
движении вагона. Основой нижней рамы является хребтовая балка, которая
сварена из двух двутавров и перекрыта металлическими листами. К хребтовой
балке приварены цилиндровые кронштейны и шкворневые кронштейны, а также
упоры кузова и лобовые листы с кронштейнами механизмов открывания бортов.
Для опоры кузова вагона - на цилиндровых и шкворневых кронштейнах
размещаются подшипники, в которых закрепляются цапфы. В эти цапфы входят
кронштейны цилиндров разгрузки, позволяющие в процессе работы поворачиваться цилиндрам относительно оси кронштейнов. Нижняя рама опирается на
тележки типа ЦНИИ-Х3 через скользуны и пятники.
Верхняя рама представляет собой конструкцию, состоящую из продольных боковых балок, которые между собой связаны поперечными элементами и
верхним листом.
Поперечные элементы, которые расположены у шкворневых узлов, образуют шкворневые балки, а у цилиндровых узлов - цилиндровые балки. К шкворневым и цилиндровым балкам крепятся опоры, на которых поворачивается кузов во время выгрузки балласта.
Цилиндровые балки, испытывающие большие нагрузки, усилены продольными коробками швеллеров. Для навешивания бортов к боковым балкам
приварены козырьки с ребрами и петли.
Вагоны-самосвалы в зависимости от их конструктивной схемы можно разделить на две группы: с неустойчивым и устойчивым кузовами.
Думпкар с неустойчивым кузовом, иногда называемый думпкаром с поднимающимся бортом (ПБ), включает в себя главную нижнюю раму, на которой
расположены кронштейны с отверстиями, служащими для крепления кузова при
помощи валиков. Причём центр тяжести кузова располагается выше шарнирных
опор, вследствие чего он находится в состоянии неустойчивого равновесия.
Такое конструктивное решение обеспечивает опрокидывание кузова при
повороте его на малый угол. Для того чтобы не произошло самопроизвольного
опрокидывания, думпкар оснащён надёжными запирающими устройствами,
препятствующими перемещению упорных кронштейнов. Поднимающиеся боковые борта навешены на систему торцовых рычагов. Кузов опрокидывается с помощью сжатого воздуха, поступающего в цилиндры думпкара от локомотива
через поездную магистраль.
Преимуществами таких конструкций являются:
+ для опрокидывания кузова требуются меньшие усилия;
+ в результате удара кузова об амортизаторы прилипший или примёрзший груз к полу более полно высыпается при разгрузке.
11
Недостатки:
- при отказе механизма запирания возможно самоопрокидывание кузова
в пути следования с высыпанием груза;
- высокое положение центра тяжести, ухудшающее динамические качества вагона, что не исключает сход его с рельсов;
- продольные борта длиной 10 м недостаточно прочно скреплены с кузовом, а соединены с ним лишь системой торцовых рычагов, что приводит к распору этих бортов сыпучим грузом.
Поэтому из-за существенных недостатков и, в первую очередь, связанных
с нарушением безопасности движения, конструкции думпкаров с неустойчивым
кузовом не нашли широкого применения.
Думпкар с устойчивым кузовом (с откидным бортом - ОБ) имеет неподвижную раму 9, на которой установлены два ряда цилиндрических опор 8 и 10,
а в нижней части кузова соответствующие кронштейны с валиками 7 и 11. Следовательно, в транспортном положении кузов, оснащённый такими опорами,
находится в состоянии устойчивого равновесия. Боковые продольные борта 1 и
5 надёжно прикреплены к нижней части кузова с помощью шарниров 6 и 12, а
рычажные механизмы 2 и 4 удерживают их в закрытом положении. Опрокидывание кузова обеспечивается с помощью выхода штоков пневматических цилиндров, расположенных со стороны, противоположной разгрузке. Боковой
борт при помощи рычажного механизма 4 или 2 открывается, становясь продолжением наклонного пола, в результате чего груз не засыпает ходовые части
вагона. Противоположный борт при этом удерживается рычажным механизмом
2 или 4 в закрытом положении.
Вагон-самосвал модели 19-Д001 является думпкаром с устойчивым кузовом. Поэтому рассмотрим составные части, а также работу систем разгрузки и
торможения вагонов-самосвалов именно этого типа.
Лобовая стенка - это торцевая стенка кузова, которая представляет собой
сварную коробку, предназначенную для размещения в ней механизма открывания бортов. Она состоит из внутреннего листа, крайних и средних стоек, козырька, а также наружных листов и кронштейнов - внутреннего и наружного.
Для осуществления осмотра и смазки механизма открывания бортов с наружной стороны сварной стенки установлен съёмный лист, имеющий окна.
Механизм открывания борта размещается внутри лобовых стенок кузова с
обеих сторон вагона-самосвала и состоит из двух комплектов рычагов, которые
открывают борт правой или левой стороны в зависимости от указанной стороны
разгрузки (когда борт со стороны выгрузки открывается, противоположный остаётся в закрытом положении).
Механизм открывания борта думпкара состоит из центрального двуплечевого рычага, который шарнирно закреплён на валике в лобовой стенке. Одним плечом рычаг через упорную тягу соединяется с нижней рамой, а второй через регулируемую - с концевой петлёй борта. При разгрузке балласта кузов
вагона опрокидывается, а упорная тяга, которая соединена с нижней рамой,
вращает центральный двуплечий рычаг. При этом начинается движение регулируемой тяги, что приводит к открыванию борта.
Механизм открывания бортов обеспечивает плавное открытие борта и
одновременно создаёт опережение угла открытия борта (по отношению к углу
наклона пола кузова) на 9°. При повороте кузова на 27° борт становится продолжением пола кузова.
12
Пневматические системы тормоза и разгрузки.
Автоматический тормоз вагона-самосвала имеет такое же устройство и
назначение, что и у обычного грузового вагона (см. п. 3). Большая часть думпкаров оборудуется, кроме того, автоматическим регулятором грузовых режимов
торможения (авторежимом), который закрепляется на подрессорной части вагона (проседающей на рессорах под воздействием тяжести груза), а его опорная плита - на неподрессорной. На грузовом вагоне (вагоне-самосвале), оборудованном авторежимом, привод переключателя режимов торможения снимается, а переключатель закрепляется в положении груженого режима (Г) при чугунных колодках и в положении среднего (С) режима - при композиционных.
Рассмотрим теперь пневматическую систему разгрузки думпкара. Разгрузка происходит при наклоне кузова вагона-самосвала в одну или другую сторону. Наклон осуществляется при помощи цилиндров разгрузки, расположенных с каждой стороны думпкара.
Система разгрузки состоит из разгрузочной магистрали с концевыми кранами, не зависящей от тормозной магистрали, кранов управления разгрузкой и
посадкой, воздухозамедлителя и цилиндров разгрузки одинарного действия и
двойного действия. Для управления разгрузкой вагонов-самосвалов и возвращением кузова в транспортное положение с каждой стороны вагона по диагонали установлены краны управления разгрузкой и посадкой. На некоторых моделях имеется только по одному крану с каждой стороны, которыми осуществляются обе операции (например, 6ВС-60).
Для исключения возможности случайного соединения тормозной и разгрузочной магистралей, краны разгрузочной магистрали располагаются выше
концевых кранов тормозной магистрали.
Воздухозамедлитель осуществляет соединение цилиндров нагрузки с разгрузочной магистралью и отключение цилиндров от магистрали при достижении
кузовом вагона-самосвала заданного угла поворота.
Воздухозамедлитель состоит из корпуса, вертикального клапана, горизонтального клапана, сектора, кронштейна, оси и поршня.
Цилиндры разгрузки осуществляют опрокидывание кузова для выгрузки
из вагона балластного материала. На каждой стороне вагона установлены по
два цилиндра разгрузки: одинарного и двойного действия. Для возвращения кузова в транспортное положение работает только один цилиндр - двойного действия.
Основные составные части цилиндров: шток, крышка, резиновое уплотнение, корпус цилиндра, манжета, поршень, днище цилиндра и гайка крепления
поршня.
Отличие цилиндра одинарного действия от цилиндра двойного действия
заключается в том, что сжатый воздух в цилиндр одинарного действия подводится только к нижней полости цилиндра, а выпуск воздуха происходит через
отверстие в штоке.
4.2.
4.3. Работа системы разгрузки.
В транспортном положении ось ручки крана управления разгрузкой располагается поперек его продольной оси. В этом случае нижние полости цилиндров через воздухозамедлитель связаны с атмосферой, а верхняя полость цилиндров двойного действия также соединяется с атмосферой через отверстие в
клапане управления посадкой. При установке ручки крана управления разгруз-
13
кой вдоль его продольной оси, воздух из разгрузочной магистрали поступает в
нижнюю полость цилиндров разгрузки, а воздух из верхних полостей цилиндров
уходит в атмосферу (из цилиндров двойного действия - через отверстие в клапане крана управления посадкой, а из цилиндра одинарного действия - через
отверстие, просверленное в штоке цилиндра).
При постепенном опрокидывании кузова думпкара, поворачивается сектор воздухозамедлителя, который при помощи тяги связан с нижней рамой вагона. При этом уменьшается подача воздуха в цилиндры разгрузки, а при достижении определенного угла поворота и совсем прекращается. Дальнейшая
разгрузка осуществляется за счёт смещения центра тяжести двигающегося груза и расширения сжатого воздуха в цилиндрах.
Прекращение подачи воздуха в цилиндры разгрузки смягчает удар при
разгрузке и уменьшает расход воздуха.
При постановке ручки крана управления разгрузкой в исходное положение (для опускания кузова в транспортное положение), а ручки крана управления посадкой - из исходного на 90º, воздух из нижней полости цилиндров через
воздухозамедлитель выходит в атмосферу, а из разгрузочной магистрали воздух
попадает в верхнюю полость и кузов возвращается в транспортное положение.
Как концевые краны, так и головки соединительных рукавов разгрузочной магистрали должны быть окрашены в голубой цвет, а концевые краны и головки соединительных рукавов тормозной магистрали - в красный цвет.
14
5. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава
5.1. История внедрения автосцепного устройства
Применение автосцепки вместо винтовой упряжи явилось важнейшим реконструктивным мероприятием на железнодорожном транспорте, обеспечившим
увеличение пропускной способности железных дорог.
Ручная сцепка не могла быть достаточно прочной для ведения тяжеловесных поездов, так как прочность стяжки определяется ее массой, которая ограничивается силой сцепщика. Кроме того, применение винтовой упряжи усложняло маневровую работу, поскольку для формирования поездов требовалось сцепление вагонов вручную и скручивание винтовых стяжек, что увеличивало время формирования и расходы на содержание сцепщиков. Помимо указанных недостатков, ручное сцепление вагонов вызывало многочисленные случаи травматизма обслуживающего персонала.
Вышеприведенные особенности винтовой стяжки заставили железные
дороги индустриально развитых стран, в первую очередь занимающих большие
территории, интенсивно работать над созданием автосцепки. Впервые на подвижном составе железных дорог автосцепка в массовом порядке была применена в США. Перевод американского подвижного состава с винтовой упряжи на
автосцепку (системы Дженни) продолжался около 10 лет и был закончен к 1900
г. Вопрос о введении автосцепки на подвижном составе железных дорог России
рассматривался в конце XIX века. В 1906 г. на Московско-Казанской железной
дороге американской автосцепкой (в виде опыта) было оборудовано 250 вагонов и несколько паровозов. Однако проблема введения автосцепки была подробно изучена лишь в 1930 г. при разработке плана реконструкции железнодорожного транспорта. Позднее на железных дорогах испытывались автосцепки
как зарубежных, так и отечественных конструкций.
В результате проведенных испытаний была принята для внедрения автосцепка ИРТ-3, позднее переименованная в СА-3 (советская автосцепка – третий
вариант), разработанная в Институте реконструкции тяги И. Н. Новиковым, В. Г.
Головановым, А. Ф. Пуховым и В. А. Шашковым под руководством проф. В. Ф.
Егорченко.
Перевод подвижного состава железных дорог СССР с винтовой упряжи на
автосцепку был начат в 1935 г. и осуществлялся постепенно путем оборудования существующего подвижного состава автосцепным устройством на ремонтных предприятиях. Весь новый подвижной состав был оборудован автосцепкой,
но с боковыми буферами. Наличие двух видов сцепки потребовало применения
переходного приспособления для сцепления автосцепки с винтовой упряжью.
Такое приспособление (двухзвенная цепь) использовалось в грузовых поездах.
В пассажирских поездах вагоны с винтовой упряжью помещали в хвосте поезда,
а головную часть (на автосцепке) с хвостовой соединяли при помощи специального переходного крюка со стяжкой, который ставился взамен автосцепки. Последний способ сцепления вагонов с разнотипной упряжью применяется и в настоящее время при передаче российских вагонов на европейские железные дороги колеи 1435 мм, имеющие подвижной состав с винтовой упряжью.
В 1957 году перевод на автосцепку подвижного состава советских железных дорог был полностью завершен, что позволило в результате увеличения
веса поездов в несколько раз повысить пропускную способность грузонапря-
15
женных линий, увеличить переработку вагонов. Была ликвидирована опасна
профессия сцепщика вагонов, повысилась безопасность движения поездов
вследствие сокращения количества их обрывов (в 50 – 60 раз).
Назначение автосцепных устройств.
Автосцепки могут быть разделены на две большие группы: механические
автосцепки, т. е. обеспечивающие автоматическое сцепление единиц подвижного состава, и унифицированные автосцепки, которые, помимо сцепления,
предусматривают соединение межвагонных коммуникаций, включающих в себя
один или два воздухопровода, а при необходимости и контакты электро- и радиоцепей, а также паропроводы отопления.
Механические автосцепки применяются для сцепления грузовых и
пассажирских вагонов общего назначения; при этом межвагонные коммуникации соединяются вручную. Унифицированные автосцепки устанавливают
на специальном подвижном составе: вагонах метрополитенов, некоторых типах
зарубежных электро- и дизель-поездов и др.
Автосцепное устройство подвижного состава российских железных дорог
общего назначения бывает двух типов: вагонного и паровозного.
Автосцепное устройство вагонного типа устанавливается на грузовых и
пассажирских вагонах, тепловозах, электровозах, вагонах дизель- и электропоездов и тендерах паровозов, а паровозного – на паровозах, мотовозах, автодрезинах и некоторых специальных вагонах.
Узлы и детали автосцепного устройства вагонного типа имеют следующее
назначение.
Автосцепка 2 (Лист 2) служит для сцепления единиц подвижного состава,
а также передачи тяговых и ударных нагрузок. Поглощающий аппарат 7 смягчает удары и рывки, предохраняя подвижной состав, грузы и пассажиров от
вредных динамических воздействий. Тяговый хомут 13 через клин 14 передает
поглощающему аппарату тяговое усилие от автосцепки.
Передний 15 и задний 6 упоры (объединенные упорные угольники), расположенные между стенками хребтовой балки, передаю нагрузку на раму. На
современном подвижном составе передний упор отлит вместе с ударной розеткой. Тяговые усилия от поглощающего аппарата передаются на передний упор
через упорную плиту 3. Задний упор воспринимает ударные нагрузки непосредственно от корпуса поглощающего аппарата.
Ударная розетка упора 8 предназначена для усиления концевой балки
рамы вагона или локомотива и восприятия в некоторых случаях части удара
непосредственно от автосцепки наряду с поглощающим аппаратом.
Центрирующий прибор, состоящий из двух маятниковых подвесок 9 и
центрирующей балочки 5, возвращает автосцепку после бокового отклонения в
центральное положение. Расцепной привод служит для расцепления автосцепок. Он состоит из расцепного рычага, цепи и поддерживающих деталей. Поддерживающая планка удерживает автосцепку в горизонтальном положении и на
определенной высоте, предусмотренной установочным чертежом.
5.2.
Расположение автосцепного устройства на подвижном составе.
Для обеспечения надежной работы узлов и деталей автосцепного устройства, а также их взаимозаменяемости основные установочные размеры должны
соответствовать ГОСТ 3475-81. Этот стандарт распространяется на подвижной
5.3.
16
состав железных дорог колеи 1520 мм как вновь строящийся, так и существующий, за исключением автомотрис, а также вагонов электропоездов и подвижного состава, имеющего автосцепку паровозного типа, которая устанавливается
по чертежам, согласованным с МПС.
Основные размеры при прилегании автосцепки 2 к упорной плите 3 приведены на Листе 2. Расстояние L от нижней перемычки переднего упора до тягового хомута и расстояние l между опорными поверхностями розетки и упора
зависят от размера хода (сжатия) поглощающего аппарата и соответственно
при ходе 70 мм равны не менее 80 и не более 575 мм, а при ходе более 70 мм
устанавливаются в соответствии с выбранным ходом.
Расстояние h от головок рельсов до оси автосцепки для нового и эксплуатируемого порожнего подвижного состава должно быть не более 1080 мм, для
эксплуатируемых грузовых груженых вагонов – не менее 950 мм, для пассажирских вагонов и локомотивов (груженых и с экипировкой) – не менее 980 мм, для
вновь изготавливаемых грузовых, пассажирских вагонов и локомотивов – не
менее 1040 мм.
Ширина окна в переднем упоре В должна обеспечивать отклонение автосцепки при прохождении подвижного состава по кривым участкам пути
наименьшего радиуса, предусмотренного нормативными документами. Зазор
между тяговым хомутом и потолком хребтовой балки или ограничительными
планками 4 должен быть не более 24 мм.
Действие автосцепки.
Автосцепка СА-3 обеспечивает: автоматическое сцепление при соударении единиц подвижного состава с различными маневровыми скоростями; автоматическое запирание замка в нижнем положении у сцепленных автосцепок,
что устраняет самопроизвольное расцепление на ходу поезда; расцепление подвижного состава без выхода человека между концевыми балками; автоматическое возвращение механизма в положение готовности после расцепления автосцепок; маневровую работу толчками (работа «на буфер»), когда при соударении автосцепки не сцепляются.
При соударении автосцепок их замки нажимают друг на друга и каждый
из них перемещается внутрь кармана корпуса, перекатываясь своей дуговой
опорой по наклонному дну кармана. У смежной автосцепки происходит аналогичный процесс перемещения деталей.
Автосцепки продолжают сближаться, а замки – перемещаться внутрь
корпуса. Замки, освободившись от нажатия друг на друга, опускаются и распологаются в пространстве между малыми зубьями.
Такое расположение деталей механизма сцепленной автосцепки исключает возможность перемещения замка внутрь кармана корпуса под действием
внешних сил, так как торец верхнего плеча предохранителя располагается против противовеса замкодержателя и при перемещении замка будет упираться в
него.
Таким образом, у сцепленных автосцепок оказывается включенным
предохранитель от саморасцепа. Сигнальные отростки замков у сцепленных автосцепок находятся внутри карманов и не выступают за наружные кромки отверстий.
Чтобы расцепить автосцепку, достаточно увести внутрь кармана корпуса
хотя бы один из замков. Тогда малые зубья могут выйти из зевов.
5.4.
17
6. Габариты подвижного состава
Одним из главных условий безопасности движения локомотивов, вагонов
и иного подвижного состава является предупреждение их соприкосновения со
стационарными сооружениями, расположенными вблизи железнодорожного пути, или с подвижным составом, находящимся на соседнем пути. Поэтому стационарные сооружения должны располагаться на определенном расстоянии от
пути, а подвижной состав – иметь ограниченное поперечное очертание.
Таким образом, получается два контура: контур, ограничивающий наименьшие допустимые размеры приближения строения и путевых устройств к оси
пути – габарит приближения строений; и контур, ограничивающий наибольшие
допускаемые размеры поперечного сечения подвижного состава – габарит подвижного состава. Второй расположен внутри первого и между ними имеется
пространство (зазоры), за исключением опорных поверхностей колес, где оба
контура совпадают.
ГОСТ 9238-83 устанавливает следующие определения для двух рассматриваемых разновидностей габарита.
Габаритом приближения строений железных дорог называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь которого
помимо подвижного состава не должны заходить никакие части сооружений и
устройств, а также лежащие около пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (контактных проводов с деталями
крепления, хоботов гидравлических колонок при наборе воды и др.) при условии, что положение этих устройств во внутригабаритном пространстве увязано
с частями подвижного состава, с которыми они могут соприкасаться, и что они
не могут вызвать соприкосновения с другими элементами подвижного состава.
Габаритом подвижного состава железных дорог называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя
наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути
(при наиболее неблагоприятном положении в колее и отсутствии боковых наклонений на рессорах и динамических колебаний) как в порожнем, так и в нагруженном состоянии не только новый подвижной состав, но и подвижной состав, имеющий максимальные нормируемые износы.
Пространство между габаритами приближения строений и подвижного
состава (а для двухпутных линий также между габаритами смежных подвижных
составов) обеспечивает безопасные смещения подвижного состава и погруженных на нем грузов, которые возникают при движении, а также обусловленные
допустимыми отклонениями элементов пути.
Все смещения вагона могут быть сведены к следующим четырем группам:
a) вызываемые возможными отклонениями в состоянии пути – уширение
колеи, упругое отжатие рельсов, перекосы и износы шпал и подкладок,
упругие осадки шпал и балласта и т. п.;
b) динамические колебания вагона, возникающие при его движении;
c) обусловленные зазорами и износами ходовых частей и прогибы и осадки
рессорного подвешивания от статической нагрузки;
d) выносы частей вагона в кривых.
При габаритных расчетах учитывают только смещения, возможные при
отклонениях, допускаемых нормами содержания вагона и пути. Поскольку раз-
18
меры габарита приближения строений установлены для прямых участков пути,
а в кривых имеются дополнительные уширения, выносы вагона в кривых учитывают только в размерах, превышающих имеющиеся уширения.
В зависимости от способов учета указанных смещений вагонов различают
две системы габаритов подвижного состава: строительную и эксплуатационную.
Если пространство между габаритами приближения строений и подвижного состава предназначено для первых трех групп смещений (см. пп. “a”, “b”,
“c”), то устанавливаемый при такой системе учета смещений габарит подвижного состава называется строительным. Если вышеуказанное пространство предусмотрено для первых двух групп смещений (см. пп. “a” и “b”), то получаемый
при этом габарит называется эксплуатационным габаритом подвижного состава1.
Следовательно, строительный габарит подвижного состава представляет
собой поперечное очертание, в котором должен помещаться новый ненагруженный вагон, расположенный на прямом горизонтальном пути, когда его продольная ось совпадает с осью пути.
При проверке габаритности проектируемого вагона, называемой вписыванием вагона в габарит, в данном случае необходимо учитывать лишь смещения четвертой группы – выносы в кривых. В результате этого вписывание вагона в строительный габарит подвижного состава отличается простотой, что
является достоинством данной системы. Существенный ее недостаток в том, что
пространство между габаритами приближения строений и подвижного состава,
установленное по одинаковой для всех вагонов величине смещений третьей
группы (см. п. “c”), может для одних вагонов оказаться излишне большим, а для
других - недостаточным.
Недоиспользование межгабаритного пространства обусловливает уменьшение ширины и высоты кузова вагона, что снижает экономическую эффективность грузовых и ухудшает комфортабельность пассажирских вагонов. Такое
недоиспользование свойственно большей части вагонов, поскольку при построении строительного габарита подвижного состава смещения третьей устанавливают по вагонам с наибольшими разбегами и износами ходовых частей и
статическими прогибами (осадками) рессорного подвешивания. Недостаточность межгабаритного пространства, возможная при проектировании вагона с
большими нормируемыми износами или большим статическим прогибом (осадкой), чем было учтено при построении этого габарита, означает негабаритность
вагона, угрожающую безопасности движения.
18 марта 1960 г. в нашей стране впервые в мире были установлены единые, обязательные для всех железных дорог габариты приближения строений и
подвижного состава. Они выгодно отличаются от габаритов зарубежных железных дорог, позволяя создавать вагоны с наибольшим объемом на единицу длины.
ГОСТ 9238-59 и 9238-73 установили шесть единых для вагонов и локомотивов габаритов подвижного состава: Т, 1-Т, 0-Т, 01-Т, 02-Т, 03-Т. ГОСТ 9238-83
1
Более точный габарит называют эксплуатационно-статическим, поскольку при этом учитывается положение подвижного состава в покое в отличие от эксплуатационно-динамического,
определяющего положение подвижного состава в движении. Последняя оценка является более
совершенной. Препятствием для применения эксплуатационно-динамического габарита является сложность практического использования динамических характеристик проектируемого подвижного состава.
19
изменил обозначения последних четырех габаритов и ввел два новых габарита
– Тц и Тпр.
Габарит Т, имеющий наибольшие размеры ширины и высоты, предназначен для вагонов, обращающихся по отдельным замкнутым направлениям реконструируемых дорог СНГ, Балтии и Монгольской республики. По основному
контуру, очерченному сплошными линиями 1, строят вагоны электропоездов, а
в последние годы – и некоторые грузовые вагоны. Границей размещения на вагонах сигнальных устройств здесь, как и в других габаритах, является линия 3,
а неответственных частей (поручней, подлокотников, щитков и др.) – линия 2.
По очертаниям, показанным пунктирными линиями, вагоны могут строиться с
разрешения Министерства путей сообщения после переустройства зданий, тоннелей и других искусственных сооружений, а для подвижного состава, обращающегося только на территории промышленных предприятий – по разрешению соответствующего министерства или ведомства по согласованию МПС.
Все построенные за последние годы железные дороги, вторые пути, линии, переведенные на электрическую тягу, подвергнутые смягчению профилей
и другим видам реконструкции, а также все новые сооружения и устройства в
большинстве случаев позволяют эксплуатировать вагоны и локомотивы габарита Т. Однако на сети дорог имеются ранее построенные сложные и дорогие
искусственные сооружения (мосты, тоннели, путепроводы), препятствующие
применению вагонов габарита Т. Ограничивают использование этих вагонов
недостаточная ширина междупутий на некоторых станциях, а также часть сооружений на ряде дорог промышленного транспорта.
Поэтому предусматривается реконструкция таких сооружений и устройств, что позволит перейти к более широкому внедрению подвижного состава
габарита Т. Большие затраты, необходимые для этой реконструкции, и сложность ее осуществления обусловили предложения по применению габарита,
промежуточного между габаритами Т и 1-Т. Они приводят к уменьшению подобных затрат, а также поэтапному проведению работ с тем, чтобы вагоны габарита Т использовались в начале на отдельных направлениях, а затем по всей
сети дорог страны. К таким направлениям отнесены Байкало-Амурская магистраль и прилегающие к ней дороги.
Применение габарита Т позволяет проектировать вагоны с бóльшими
объемам на единицу длины, в результате чего повышается погонная нагрузка.
Согласно выполненным исследованиям, такое повышение может достигать 40%
по сравнению с погонной нагрузкой вагонов габарита 1-Т. Поскольку масса состава поезда пропорциональна погонной нагрузке вагонов, применение габарита Т увеличивает массу поезда при неизменной его длине, в результате чего
увеличивается провозная способность железных дорог без больших затрат на
удлинение стационарных путей.
Проектирование вагонов по габариту Т позволяет также эффективно использовать увеличение осевой нагрузки, поскольку повышение последней без
изменения габаритов подвижного состава приводит к очень малому росту погонной нагрузки. Это объясняется тем, что в большинстве конструкций вагонов
допускаемые габаритами размеры используются обычно полностью. Поэтому
увеличение объема кузова, необходимое для использования грузоподъемности
вагона с повышенными осевыми нагрузками возможно за счет его удлинения,
следовательно, масса поезда возрастает незначительно.
20
Чтобы выяснить возможность лучшего использования габарита, целесообразно строить горизонтальные и вертикальные габаритные рамки.
Горизонтальная габаритная рамка определяет наибольшую допускаемую
ширину (2В1, 2В2, …) строительного или проектного очертания вагона в любом
его поперечном сечении по длине на расстоянии n1, n2, … на определенной высоте.
Из рис. следует, что для наиболее полного использования габарита подвижного состава необходимо иметь минимальные ограничения полуширины вагона, а также равенство наибольших значений Ен и Ев. Это достигается целесообразным соотношением между базой 2l и длиной консоли nk вагона или между
длиной кузова и базой вагона. В концевых частях вагона иногда целесообразно
иметь скосы рамы и кузова. Вблизи пятниковых сечений часто возможно размещение стоек кузова и других деталей с большей высотой сечения, чем у подобных элементов, расположенных в иных местах вагона.
Вертикальная габаритная рамка определяет наибольшие размеры рассматриваемого поперечного сечения строительного или проектного очертания
вагона. Такие вертикальные рамки целесообразно строить для концевого, направляющего (пятникового) и среднего сечений вагона. Вертикальные габаритные рамки строят также отдельно для тележек вагонов.
21
22
Список условных обозначений на чертежах
Четырёхосный вагон-самосвал, модель 5ВС-60 (Лист 1):
1 - боковой продольный борт;
2 - рычажный механизм;
3 - лобовая стенка;
4 - рычажный механизм;
5 - боковой продольный борт;
6 - шарнир;
7 - кронштейн с валиком;
8 - цилиндрическая опора;
9 - нижняя рама;
10 - цилиндрическая опора;
11 - кронштейн с валиком;
12 - шарнир;
13 - автосцепка;
14 - верхняя рама;
15 - двухосная тележка ЦНИИ-Х3;
16 - оборудование автоматического тормоза;
17 - цилиндр пневматической системы разгрузки.
Устройства автосцепное СА-3 (Лист 2):
2 – автосцепка;
3 – упорная плита;
4 – ограничительная планка;
5 – центрирующая балочка;
6 – задний упор;
7 – поглощающий аппарат;
8 – ударная розетка;
9 – маятниковая подвеска;
10 – ось зацепления автосцепки;
11 – упорная поверхность упругой площадки;
12 – контур зацепления;
13 – тяговый хомут;
14 – клин;
15 – передний упор.
23
Список литературы
1. Конструирование и расчет вагонов /В. В. Лукин, Л. А. Шадур, В. Н. Котуранов, А. А. Хохлов, П. С. Анисимов; Под ред. В. В. Лукина. – М.: УМК МПС
России, 2000. – 731 с.
2. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской
Федерации /М.: Министерство путей сообщения Российской Федерации,
2000. – 196 с.
3. Хоппер-дозаторы и вагоны-самосвалы (устройство и эксплуатация)
/Л. Б. Герасимов, В. Г. Теклин. – Москва, 1998 – 94 с.
4. Автосцепное устройство железнодорожного подвижного состава/В.
В. Коломийченко, Н. А. Костина, В. Д. Прохоренков, В. И. Беляев. – М.:
Транспорт, 1991 – 232 с.: ил., табл.
24