Сцепление и защита. Сцепные устройства и системы

G 1712 r 2012-09 S2/WA 1000 Изображения и размеры могут не совпадать с реальными изделиями.
Сцепление и защита.
Сцепные устройства и системы
для передней части состава
Voith Turbo Scharfenberg
GmbH & Co. KG
Gottfried-Linke-Straße 205
38239 Salzgitter, Germany
Tel +49 5341 21-02
Fax +49 5341 21-4202
scharfenberg-systems@voith.com
voith.de
I
1 Карл Шарфенберг.
История успеха - основные этапы
1
1903
1921
1925
1957
1998
2002
Карл Шарфенберг изобретает автоматическую сцепку Scharfenberg и получает германский государственный патент.
Создание акционерного общества Scharfenberg-
kupplung в Берлине.
Внедрение автоматической сцепки Scharfenberg на скоростной железной дороге в Берлине и эстакадной железной дороге в Гамбурге.
Общество с ограниченной ответственностью Scharfenbergkupplung становится предприятием группы Salzgitter.
Cоздание компании Voith Turbo Scharfenberg GmbH & Co. KG.
Kомпания становится поставщиком законченных решений в области поглощения энергии для пе-
редней части поезда, включая комплексные сис-
темы для передней части и передних крышек; шарниры; системы автоматического сцепления на базе сцепок типа AAR вместе с электро-
2006
2008
2010
2012
соединительными и пневматическими муфтами. Автоматические сцепки Scharfenberg типа 10 были приняты в качестве стандарта для высокоскоростных поездов.
Mодульная головка сцепки One4;
энергопоглощающие шарниры; модульные переходные сцепки.
Новые концепции передачи данных; запуск
собственного производства компонентов из стеклопластика.
Головы поездов серии Galea, изготовленные из
волокнистых композитных материалов, пред-
ставляют собой новую концепцию поглощения энергии для передней части поезда; переходные сцпеки из углеродного волокна; новые устрой-
ства для защиты при столкновениях
использование концепции Galea в качестве технологической площадки для внедрения волокнистых композитных материалов
Voith Turbo Scharfenberg –
системы для большей безопасности
Качество и безопасность — вот основные принципы, которых
придерживаются в компании Voith Turbo Scharfenberg. Более 100
лет назад, в 1903 году, Карл Шарфенберг начал работу над
созданием своей полностью автоматической сцепки.
Благодаря постоянной оптимизации технических характеристик автоматической сцепки, Scharfenberg сегодня являются одной из наиболее распространенных
систем сцепки для железнодорожного транспорта. На
сегодняшний день установлено более 500000 подобных
систем. Они находят свое применение в самых различных
транспортных средствах — от трамваев до высокоскоростных поездов, что свидетельствует о высоком доверии
клиентов к продукции компании Voith Turbo Scharfenberg.
Системные
решения,
предлагаемые
компанией
Voith Turbo Scharfenberg, включают в себя системы
поглощения энергии в передней части поезда, в том
числе кинематические системы и электронные системы
управления. Независимо от типа транспортного средства
— легкорельсовые или монорельсовые железные
дороги, метро, региональные железные дороги или
высокоскоростные поезда — продукция компании Voith
Turbo Scharfenberg всегда является наилучшим решением
для данного приложения оптимизированным с учетом
условий эксплуатации. В лучших традициях компании
Scharfenberg мы всегда находимся на шаг впереди,
неизменно руководствуясь принципами обеспечения
безопасности пассажиров и транспорта.
Модульная конструкция сцепки
Шарфенберга
2
Концептуальное решение Galea изготовлено из волокнистых
композитных материалов
3
Безопасность прежде всего.
Системы поглощения энергии от
передней части до шарниров.
4
Сцепки для головной части
Система головной части
Соединения между вагонами
Стр. 6 Типы сцепок
Стр. 18 Модульная конструкция
Стр. 20 Головка сцепки
Стр. 22 Концепции передачи данных
Стр. 26 Поглощение энергии (сцепная штанга)
Стр. 28 Плечо
Стр. 16 Обеспечение безопасности для
изделий других производителей
Стр. 38 Концептуальное решение Galea для
головы поезда
Стр. 42 Примеры систем головной части для
высокоскоростных поездов
Стр. 30 Короткие сцепки
Стр. 32 Шарниры
Стр. 34 Буферные устройства и
решения для защиты при
столкновении
5
1
2
1 Дизельный высокоскоростной поезд VLocity, Австралия.
3
4
Автоматическая сцепка Scharfenberg
2 Электропоезд Pesa Elf, Польша.
3 Высокоскоростной поезд Velaro CN, КНР.
4 Низкорамный моторвагонный поезд FLIRT Eurobahn, Европа.
Автоматические сцепки устанавливаются на концах
поезда для автоматического и безопасного сцепления
и расцепления вагонов, что позволяет быстро
формировать составы. В зависимости от сферы
применения и требуемых усилий используются
различные типы автоматических сцепок.
Силовые узлы для ширококолейных железных дорог и
высокоскоростных поездов –
сцепки типа 10
Автоматические сцепки Scharfenberg типа 10 отличаются
чрезвычайно высокой прочностью и большой зоной
захвата как по горизонтали, так и по вертикали. В 2002
году этот тип был принят в качестве стандарта для
высокоскоростных поездов и на данный момент включен
в Технические спецификации эксплуатационной
совместимости (TSI).
Данный тип сцепки применяется практически на всех
государственных железных дорогах и на многих
высокоскоростных поездах, например в Германии (ICE),
Франции (TGV), Испании (поезда AVE) и Китае (серия
CRH).
6
Свойства сцепок типа 10
Прочность:
на сжатие: 1500 кН (до 2000 кН)
на растяжение: 1000 кН
• соответствует нормам МСЖД для моторвагонных
поездов ширококолейной железной дороги.
• Блокировка в двух положениях
•
Автоматическая сцепка типа 10 с боковым расположением электрических разъемов и устройством установки в среднее
положение, далее установлена деформационная труба
7
1
2
3
4
1 Метро в городе Нанкин, КНР.
2 Шанхай, линия метро 7, КНР.
3 Монорельсовая дорога в Мумбаи, Индия.
4 Метро в Дели, Индия.
Узлы нагрузки для метро
и электропоездов – тип 35
Сцепки типа 35, в основном, применяются в метро и
предназначены для полностью электрифицированных
поездов. Такие системы, в частности, используются в
Шанхае, Сингапуре, а также на городских железных
дорогах в Солт-Лейк-Сити и Эдмонтоне.
Многоцелевые системы для
городских и монорельсовых
железных дорог – тип 330
Сцепки типа 330 предназначены, в первую очередь, для
метро и легкорельсовых железных дорог. Они
отличаются малыми размерами, обеспечивая при этом
высокую прочность, а также электросоединительные
муфты под головкой сцепки. Даже без использования
захватного приспособления эти устройства имеют
большую область захвата. В выдвижном или складном
исполнении их можно легко устанавливать под
передними крышками. Для сверхкомпактного трамвая
Avanto, который используется в Париже, были даже
разработаны сцепки с возможностью двойного
складывания.
Технические характеристики устройств типа 35
Свойства сцепок типа 330
Прочность:
на сжатие 1300 кН;
на растяжение: 850 кН
• С захватным приспособлением для увеличения
области захвата.
• Блокировка в двух положениях
•
Прочность:
на сжатие - 800 кН
на растяжение - 600 кН
• конструкция обеспечивает большую область захвата
даже без захватного приспособления
•
Автоматическая сцепка типа 35 с боковым расположением
электрических разъемов и устройством установки в среднее
положение
8
Автоматическая сцепка типа 330 с нижним расположением
электрических разъемов, деформационной трубой, пружинным шарниром из эластомера и устройством установки в
среднее положение
9
1 Монорельсовая дорога в Сан-Паулу, Бразилия (сцепка типа 430 и устройство защиты от выжимания с
системой поглощения энергии).
2 Трамвай в Халле, Германия (сцепка типа 530).
1
2
Легкие устройства для
легкорельсового транспорта –
тип 430 и 530
Благодаря своим малым габаритам и малому весу
сцепки типа 430 и 530 производства компании Voith Turbo Scharfenberg являются идеальным выбором для
низкорамных трамваев, монорельсовых дорог и
пассажирского маршрутного транспорта. В складном
исполнении их также можно устанавливать под
передними
крышками.
Устройства
типа
430
устанавливаются на трамваи в Берлине и Куала-Лумпуре
(KL Rapid), а также используются на монорельсовых
дорогах в Сан-Паулу и финансовом районе King Abdullah. Устройства типа 530 разрабатывались специально
для восточной части Германии, так как они должны быть
совместимы с широко распространенными здесь
сцепками TGL.
Удобство даже в самых сложных
условиях – тип 55 и 140
Для использования в промышленных условиях сцепки
должны
обладать
особой
надежностью
и
износостойкостью. Этим требованиям в наибольшей
степени соответствуют автоматические сцепки Scharfen-
berg типа 55 и 140. Эти типы сцепок, прежде всего,
чрезвычайно важны для обеспечения безопасности при
маневровых
работах
и
автоматизированном
формировании поездов.
Сцепки типа 55 — для маневровых работ и
совместимости со сцепками Unimog
Эти маневровые сцепки, разработанные в соответствии
с рекомендациями UIC для тяговых крюков,
обеспечивают безопасность и рационализацию при
проведении маневровых работ. Все работы в данном
случае могут выполняться без привлечения персонала.
Устройства типа 55 могут автоматически сцепляться с
тяговыми крюками.
Сцепки типа 140 - для товарных вагонов и
промышленных железных дорог
Сцепки
данного
типа
способны
выдерживать
чрезвычайно высокие нагрузки при работе в самых
сложных условиях. Типичными областями их применения
являются вагоны для перевозки угля и руды, а также
сталелитейные и литейные производства.
Данные устройства предназначены для эксплуатации в
сложных
условиях,
они
обладают
надежной
конструкцией, удобны в техническом обслуживании и не
требуют трудоемких процедур при его проведении, а
также отличаются высокой износостойкостью.
Чтобы обеспечить возможность эксплуатации в самых
неблагоприятных
условиях,
была
разработана
чрезвычайно надежная головка, которая обладает очень
высокой прочностью: на сжатие - до 2500 кН, на
растяжение - до 1500 кН)
Свойства сцепок типа 430/530
Прочность:
на сжатие - 300 кН
на растяжение - 300 кН
• малые размеры, небольшой вес
• компактная конструкция без захватного
приспособления
•
Автоматическая сцепка типа 430 со встроенными
электросоединительными муфтами и пружинным шарниром из
эластомера с упорным центрирующим устройством
10
Автоматическая сцепка типа 55
Автоматическая сцепка типа 140
11
Для маневровых работ и
для буксировки.
Переходные сцепки
Адаптеры или переходные сцепки используются в тех случаях,
когда требуется соединить между собой сцепки различных типов
и/или сцепки с различной высотой. При обычной эксплуатации
необходимость в этом возникает редко, однако переходные
сцепки часто необходимы при маневровых работах или при
буксировке.
Модульные переходные сцепки
Для обычных переходных сцепок часто требуется
специальное исполнение, так как они должны точно
соответствовать форме головки сцепки, с которой будет
выполняться соединение, а также учитывать разность
высот сцепок.
Адаптер из углепластика:
решение на основе высоких технологий
При столкновении или при маневровых работах
переходные сцепки должны устанавливаться лишь на
короткое время, при этом работы по установке должны
выполняться вручную. В идеальном варианте сцепки
должны быть легкими и при этом выдерживать высокие
нагрузки, которые могут возникать при буксировке
всего состава.
В рамках модульной конструкции переходной сцепки
различные компоненты разделяются на две отдельных
головки, которые могут соединяться между собой
непосредственно, независимо от разности высот, и
адаптер, являющийся переходным элементом. Это
позволяет легко и с различными переходами соединять
любые головки сцепки в одну переходную сцепку.
Для используемых сегодня стальных конструкций возможности по уменьшению веса практически исчерпаны.
Чтобы обеспечить дальнейшее снижение веса, корпус
сцепки изготавливают из композиционных материалов
на основе углеродных волокон — данные материалы
обладают самыми высокими характеристиками и в
основном используются в авиационной промышленности. Вес сцепки в этом случае составляет 23 кг, и она
может устанавливаться одним человеком.
Еще одно преимущество: отдельные компоненты
устанавливаются последовательно, благодаря чему на
каждый из них приходится лишь небольшая часть
общего веса.
Пример переходных сцепок с соединительным элементом и
без него
12
Переходная сцепка из углепластика
13
Глобальная картина.
Продукция других производителей
Более чем 100-летний опыт работы со сцепками Scharfenberg и
системами на их основе позволяет нам выступать в роли
компетентных специалистов и в отношении продукции других
производителей, а также предлагать эффективные решения в
области сцепных устройств и систем поглощения энергии.
Сцепка AAR
Сцепки AAR являются стандартными для моторных
вагонов на американском рынке. Они позволяют
переда-вать большие механические усилия и автоматизируют процесс сцепления. Из-за большого люфта
головки эти устройства обычно не оснащены подключениями для пневматической и электрической
систем, однако их можно установить на дополнительном
кронштейне. Подробная информация по сцепкам AAR
приведена на стр. 14.
Сцепка Tomlinson
Сцепки Tomlinson также в основном используются на
американском рынке. Компания Voith Turbo Scharfenberg
разработала прототип сцепки, который объединяет
проверенные на практике системы поглощения энергии
и принцип сцепки Tomlinson. Эта сцепка обеспечивает
автоматическое соединение механических, электрических и пневматических компонентов.
Сцепка с клиновым фиксатором
Сцепки с клиновым фиксатором в основном используются на железных дорогах в Великобритании. В
автоматических сцепках данного типа для фиксации
устройства блокировки используется пневматический
привод.
Сцепка типа GF
Автоматические сцепки типа GF используются для моторных вагонов в Бельгии и Швейцарии. При сцеплении
конус захватывается в отверстие смежной сцепки и
фиксируется в ней. Такие сцепки могут оснащаться
электросоединительными и пневматическими муфтами.
Сцепка AAR
Сцепка Tomlinson
Сцепка с клиновым фиксатором
Сцепка типа GF
14
15
Обеспечение безопасности для
изделий других производителей
1
Пример: управление энергией при столкновении для сцепок AAR. До настоящего
времени производители и железнодорожные компании США основное внимание
уделяли созданию массивных и прочных кузовов для вагонов. Однако, произошедшие в последние годы страшные аварии несколько изменили точку зрения:
теперь приоритетом для повышения безопасности пассажиров является обеспечение поглощения энергии (Crash Energy Management). В Калифорнии введение в
эксплуатацию новых поездов для линий SCRRA Metrolink было отложено до тех
пор, пока не была обеспечена надежная защита пассажиров и оборудования.
Поезда были успешно оснащены так называемыми системами управления энергией при столкновении (Crash Energy Management, CEM), технология которых
разработана компанией Voith Turbo Scharfenberg. Сегодня доступна комплексная
система защиты при столкновениях, которая соответствует новым требованиям
по безопасности Федеральной ассоциации железных дорог (FRA).
1 Поезд SCRRA Metrolink, Калифорния
Системы CEM
Системы управления энергией при столкновении используют несколько согласованных энергопоглощающих
элементов, которые интегрируются в конструкцию сцепки
и кузова вагона. Отдельные элементы сцеплены друг с
другом, благодаря чему при столкновении поглощается
максимально
возможное
количество
энергии
и
предотвращается выжимание вагонов.
Принцип действия: 1. Этап – сцепка
Стандартная головка сцепки AAR оснащается самыми
современными энергопоглощающими элементами (сцепка
Push-back). Плечо выполняется на основе стандартных
пружинных механизмов сцепки AAR. В дополнение к
элементам для обратимого (реверсивного) преобразования
энергии также используются нереверсивные элементы на
основе деформационных труб. При столкновении сцепка
сдвигается в сторону плеча, благодаря чему поглощается
большее количество энергии.
2. Этап – защита от наползания
После того как головка сцепки AAR перемещается вниз
на определенное расстояние, устройства защиты от
наползания вступают в контакт между собой и препятствуют перемещению вагона в вертикальном направлении.
Расположенная сбоку от сцепки отдельная опорная
конструкция обеспечивает контролируемый характер поглощения энергии. Она содержит упорное центрирующее
устройство, которое под действием силы поворачивается,
обеспечивая опору для устройства защиты от выжимания.
3. Этап – боковые элементы для поглощения энергии
Над сцепкой всегда устанавливаются два боковых
энергопоглощающих элемента, которые интегрированы
в конструкцию вагона. Передние края этих элементов
соединяются с устройством защиты от наползания. Это
обеспечивает поглощение дополнительной энергии при
столкновении.
Компоненты системы
•
•
•
Система CEM (проект SMART)
16
Сцепка типа Push-Back
Устройство защиты от выжимания
Сцепки Push-back AAR с упорным центрирующим
устройством
Боковые энергопоглощающие элементы
Устройство защиты от выжимания
Боковые энергопоглощающие элементы
17
Преимущества модульной
конструкции
Гибкость и возможность настройки вкупе с надежностью и безопасностью являются основными требованиями, которые предъявляются к тяговым автосцепкам. Модульная конструкция, которая используется в сцепках Scharfenberg, а
также различные типы сцепок — все это позволяет выбрать оптимальную сцепку
для каждого приложения и области применения.
Стр. 20 Головка сцепки
Стр. 26 Поглощение энергии (сцепная штанга)
Стр. 28 Плечо
Стр. 22 Передача данных и сигналов
18
19
Головка автосцепки –
основной элемент конструкции
One4 –
идеальная модульная конструкция
Все функции, которые выполняет автосцепка, обеспечиваются
благодаря головке сцепки. С ее помощью устанавливается
соединение с другой сцепкой, а также обеспечивается соединение
других систем — механических, пневматических или
электрических.
Головка сцепки One4 последовательно развивает модульный принцип: торцевая поверхность отделена от корпуса сцепки. Благодаря
этому корпус превращается в стандартный элемент, а все особенности конкретной сцепки учитываются с помощью фронтальной
панели. В конструкцию можно легко вносить необходимые изменения, не теряя совместимости с существующими системами.
Особая форма
Благодаря особой форме фронтальной панели, которая
использует воронку и конус, при сцеплении возникает
жесткое соединение с кинематическим замыканием,
что сводит к минимуму люфт сцепки. Увеличение
области захвата обеспечивается с помощью захватного
приспособления и боковых консолей. Благодаря этому
автоматическая сцепка способна работать даже при
наличии смещения в горизонтальной или вертикальной
плоскости, а также при угловом смещении, которое может
возникать при движении на поворотах или на подъемах.
Техническое обслуживание? Никаких проблем
Конструкция One4 обеспечивает значительные преимущества, в особенности при ремонте и проведении технического обслуживания: после снятия фронтальной поверхности становятся доступными все внутренние детали
устройства блокировки, и их замена может выполняться
без использования специальных инструментов.
Блокировка сцепки обеспечивает безопасность и
уменьшает износ
Сердцем практически каждой автоматической сцепки
Scharfenberg является устройство блокировки. Оно
состоит из вращающейся крестовины, ушка и натяжной
пружины. При сцеплении ушко сцепки входит в зацепление
с крестовиной смежной сцепки, причем обеспечивается
равновесие сил. Принцип действия прост и гениален, он
обеспечивает снижение износа и высочайший уровень
безопасности даже при работе в тяжелых условиях.
Стандартизованное обслуживание электросоединительных муфт и нагревательных элементов позволяет
значительно снизить расходы и время на проведение
ремонта и технического обслуживания.
Компоненты устройства блокировки (блокировка в двух положениях)
Крестовина
Серьга
сцепки
Натяжная пружина
20
Главный палец
Головка сцепки One 4: полностью модульная конструкция со
съемной фронтальной панелью и стандартизированным
обслуживанием электросоединительной муфты
Стандартный кронштейн для установки
электросоединительной муфты
(боковая электросоединительная муфта)
One4 без фронтальной панели
Нагревательный элемент устанавливается в специальный паз
Фиксирующее устройство
(только для устройств с блокировкой в двух положениях)
21
Электросоединительные муфты
и системы управления сцепкой и
передней крышкой
Сигналы управления, электропитание, а также передача данных и
видеосигналов может осуществляться через электросоединительные муфты, которые устанавливаются на головку сцепки. Если к
этим контактам не подключены кабели, то они защищаются от
попадания воды и грязи специальными заглушками. В системах
управления сцепкой и передней крышкой используются микропроцессоры, благодаря чему реализованы простые интерфейсы, с
помощью которых можно осуществлять управление и диагностику
для автосцепки, крышки головного люка и носовой части.
Варианты исполнения корпуса
Стандартизация используемых корпусов и интерфейсов
обеспечивает упрощение монтажа и оптимальное
согласование всех используемых компонентов.
Управление
Другой задачей для электронной системы управления
сцепками и передней крышкой является обеспечение
оптимальной согласованности работы: она берет на себя координированное управление соответствующими
исполнительными устройствами и предоставляет простые
интерфейсы для управления и диагностики. Эти интерфейсы используют небольшое количество сигналов, что
снижает затраты на кабельные соединения и уменьшает
требования к функциональности подвижного состава.
В зависимости от количества необходимых контактов
и расположения электросоединительных муфт, могут
использоваться два стандартных корпуса с боковыми
электросоединительными муфтами, а также корпус, в
котором электросоединительные муфты располагаются
сверху или снизу. Стандартными модулями являются
держатель контактов, проводные соединения и ответный
разъем. Контакты можно легко заменить, а с помощью
ответного разъема можно легко подключиться к
электрической системе подвижного состава.
Надежная система управления сцепками и передней
крышкой может монтироваться под полом кузова или
непосредственно в носовой части поезда.
Также в качестве опции может устанавливаться разъем
для передачи данных в системы поезда. Для проведения
технического обслуживания в системе управления
сцепками имеется служебный интерфейс и используется
программное обеспечение, которое упрощает выполнение
технического обслуживания.
Три стандартных корпуса
22
Система управления сцепкой и передней крышкой
(показан корпус без крышки)
23
Повышение производительности
без больших затрат
Ethernet в сцепках: до настоящего времени расширение возможностей передачи сигналов и данных через сцепку требовало высоких затрат, и при добавлении новых устройств этот процесс
становился достаточно сложным. Система на основе Fast Ethernet,
разработанная компанией Voith Turbo Scharfenberg, позволяет
создать оптимальное решение для любого приложения — как при
модернизации существующего устройства, так и при разработке
новой системы.
Решение без электросоединительной муфты:
RadiConn
Бесконтактная система RadiConn разработана для работы
в условиях загрязнения, а также для минимизации работ
по техническому обслуживанию, в ней не требуется
непосредственное электрическое соединение с поездом.
Передача данных осуществляется при помощи радиопередатчика с небольшой дальностью действия, который
может подключаться к электросоединительной муфте
или устанавливаться непосредственно в головку сцепки.
Благодаря этому RadiConn особенно интересна при
необходимости модернизации системы.
RadiConn
24
Модернизация с небольшими затратами:
система TLM
Технология на основе специального модема Train-LineModem (TLM) использует уже существующие провода и
контакты электросоединительной муфты для передачи
данных при помощи специальных методов модуляции.
Благодаря данной технологии можно передавать сигналы
управления и рабочие сигналы, а также информацию
для подвижного состава, сигналы камер наблюдения или
прочие видеосигналы, не изменяя конструкцию сцепки.
Это понастоящему экономичное решение, предназначенное для уже эксплуатируемых транспортных средств.
Решение для новых поездов:
QuatConn
Четырехполюсная система QuatConn представляет
собой систему, состоящую из штифтового и гнездового
соединений, которые должны интегрироваться с
электросоединительной муфтой. После подготовки
держателя контактов монтаж осуществляется обычным
способом. Данное решение предназначено только для
новых поездов.
Гигабитный штекер:
OctiConn
Система OctiConn функционирует аналогично системе
QuatConn, однако она обеспечивает более высокую
скорость передачи данных: до 1 гигабита в секунду.
QuatConn
OctiConn
25
Хвостовик сцепки –
улучшение безопасности за счет
поглощения энергии
Сцепная штанга играет важную роль в обеспечении безопасности подвижного
состава. В зависимости от особенностей применения, штанга может поглощать
значительную часть энергии, передающейся на сцепку. Элементы для обратимого поглощения энергии, такие как буфер, обеспечивают надежность эксплуатации и способны поглощать энергию при незначительных столкновениях. Однако,
при сильных столкновениях поглощение энергии обеспечивается за счет
необратимых механизмов (связанных с разрушением), которые реализуются при
помощи таких элементов поглощения, как деформационные трубы. При этом
энергопоглощающие элементы всех сцепок в составе должны быть точно
согласованы друг с другом.
Деформационная труба
Деформационная труба преобразует энергию столкновения в энергию деформации. Благодаря максимальной
ударной вязкости деформационная труба способна поглощать энергию при сильных ударах, однако при этом сама
труба разрушается.
Характеристики
•
•
•
Определенное усилие срабатывания без пика усилия
Максимальная ударная вязкость с прямолинейной
характеристикой
Зависимость силы от перемещения может настраиваться в соответствии с требованиями данного
приложения
Деформационная труба
26
Деформационная труба, устанавливаемая за сцепкой
Вариант, при котором деформационная труба устанавливается за кронштейном подшипника, также может комбинироваться с разрывным компонентом.
Если при столкновении превышается уровень поглощения
энергии, допустимый для данной сцепки, то включается
система защиты от перегрузки, и кронштейн подшипника с
почти постоянным усилием перемещается назад, смещая
деформационную трубу.
Плечо, за которым расположена деформационная труба
Характеристики
•
•
•
Сила противодействия зависит от скорости
Система с предварительным напряжением для сил
растяжения и сжатия
Обычно используется совместно со сферическим
подшипником
Характеристики
•
•
•
линейно возрастающая характеристика
Система с предварительным напряжением для силы
сжатия
Обычно используется совместно с пружинным
шарниром из эластомера
Газогидравлический демпфер
Совместно с фрикционно-пружинным устройством газoгидравлический цилиндр осуществляет обратимое преобразование сил сжатия и растяжения. Также конструкция
демпфера может обеспечивать при перегрузке функционирование в качестве регенеративной деформационной
трубы. Для этого при превышении определенного уровня
силы открывается внутренний обходной канал (байпас).
Гидростатический демпфер
Гидростатический демпфер осуществяет регенеративное
преобразование энергии сил сжатия.
Газогидравлический демпфер
Гидростатический демпфер
27
Преимущества
•
•
•
•
Высокое пружинящее и гасящее действие.
Износостойкая конструкция, не требующая
технического обслуживания
Компактная конструкция
Различные габаритные размеры в соответствии с
областью применения
3
Принцип действия пружинного шарнира из эластомера:
нагрузка отсутствует
Пружинный шарнир из эластомера под действием силы
сжатия
Пружинный шарнир из эластомера под действием силы
растяжения
Сочленение: устройство, которое
соединяет сцепку с кузовом
Плечо обеспечивает соединение с кузовом вагона. Входящие в его
состав упругие компоненты обеспечивают соединение карданного
типа со сцепкой и поглощают слабые удары. В зависимости от
области применения, сочленение может оснащаться
дополнительными элементами для поглощения энергии ударов и
выравнивания приложенных сил.
Пружинный шарнир из эластомера и разрывный
пружинный шарнир из эластомера: переменное
демпфирование
Пружинный шарнир из эластомера представляет собой
кронштейн подшипника со встроенным противоударным
устройством. В исполнении с двумя или тремя резиновыми
элементами он обеспечивает поглощение энергии сил
сжатия и растяжения, причем его эффективность и вес
оптимальны для сферы применения.
Кронштейн подшипника
Кронштейн подшипника является самым простым типом
сочленения. Он соединяется со сцепной штангой при
помощи сферического подшипника, благодаря чему
обеспечивается свобода перемещения, как в карданном
подвесе.
В рамках дополнительной защиты от перегрузки за кронштейном подшипника устанавливается деформационная
труба. Если при столкновении превышается уровень
энергопоглощения, допустимый для данной сцепки, то
включается система защиты от перегрузки, и кронштейн
подшипника с почти постоянной силой перемещается
назад и смещает деформационную трубу. Подобно пружинным шарнирам из эластомера, для кронштейна подшипника также может быть реализовано разрывное
решение.
Кольца и пружинные сочленения из эластомеров
Экономия пространства и большое плечо: плечи на основе
колец из эластомера в основном используются в тех случаях, когда место для монтажа очень мало. Резиновые
кольца устанавливаются с обeих сторон поверхности, на
которую монтируется устройство, и обеспечивают поглощение энергии сил сжатия и растяжения. Плавное нарастание силы обеспечивает дополнительный комфорт
при движении.
Пружинные сочленения из эластомеров используют тот
же принцип, однако эластичные элементы имеют форму
многогранника. Благодаря этому автоматически обеспечивается защита от вращения сцепки и гарантируется свобода перемещения, как в карданном подвесе. Также для
данного типа плеча может использоваться разрывное
решение.
В разрывной пружинный шарнир также устанавливается
устройство защиты от перегрузки. Если на устройство
воздействует сила, которая превышает предельное
значение, срезаются крепежные болты и сцепка
контролируемым образом перемещается через кронштейн
подшипника под кузов вагона.
Разрывный пружинный шарнир под действием перегрузки
28
Кронштейн подшипника со встроенным противоударным
устройством, включая среднюю часть и упорное
центрирующее устройство
Пружинное сочленение из эластомера
29
Устойчивость и безопасность межвагонных сочленений: короткие сцепки и плечи
Для обеспечения оптимальной безопасности
подвижного состава и пассажиров необходимо
обеспечить абсолютное согласование всех
соединительных элементов, используемых в
поезде. Только при соблюдении этого условия все
автоматические сцепки, система поглощения энергии
в головной части состава, а также короткие сцепки и
соединения между вагонами будут функционировать
эффективно в случае столкновения. При работе
в составе системы короткие сцепки служат для
увеличения энергопоглощения и препятствуют
выжиманию вагонов. Особенно эффективным является
объединение короткой сцепки с устройством защиты
от выжимания.
Принцип действия устройства защиты от выжимания
При столкновении подвижных составов в результате
действия продольных сил также возникает сила,
действующая в вертикальном направлении, которая может
привести к наползанию вагонов друг на друга. Это может
привести к сходу кузова вагона с поворотной тележки и
даже вызвать повреждение более мягких конструкций.
конец хвостовика сцепки имеет специальную форму.
Когда реверсивный ход сцепки исчерпан, он упирается
в кронштейн подшипника, в результате чего возникает
момент, препятствующий выжиманию.
Короткие сцепки
Короткие сцепки обеспечивают постоянное и надежное
соединение промежуточных вагонов в составе поезда.
С этой целью обе половины короткой сцепки обычно
подключаются к соединительным муфтам. Благодаря
этому они при необходимости могут легко отсоединяться
друг от друга.
Короткие сцепки с устройством защиты от выжимания
Впервые в истории использования коротких сцепок в
метро они используют функцию защиты от выжимания
вагонов. В отличие от обычных систем, короткие сцепки
данного типа начинают работать еще до того, как
возникает опасность выжимания. При этом занимаемая
площадь остается прежней.
Характеристики короткой сцепки и являющихся частью ее
конструкции элементов, предназначенных для поглощения
энергии, должны быть согласованы с характеристиками
автоматического сцепного устройства. Благодаря этому
обеспечивается распределение воздействующих сил по
всей длине состава, что позволяет уменьшить требования
к прочности кузова отдельного вагона. Все это позволяет
снизить стоимость при сохранении уровня безопасности.
Устройство защиты от выжимания призвано воспрепятствовать этому. Принцип его действия является простым и в то же время чрезвычайно эффективным: нижний
Оснащение
подобных
сцепок
дополнительными
энергопоглощающими
элементами
(например,
деформационными трубами или гидростатическими
демпферами) позволяет удерживать приложенную силу на
контролируемом уровне и снизить кинетическую энергию
относительного движения вагонов.
Принцип действия устройства защиты от выжимания
Fcrash
Точка
контакта
Fcrash
Fcrash
Точка
контакта
Короткая сцепка с разъемами для подключения
электрической и пневматической системы, устройствами для
поглощения энергии и опорным устройством (переходное устройство)
30
Короткая сцепка со встроенным устройством защиты от
выжимания, предназначенная для метро
31
Шарниры
Шарниры всегда используются для соединения вагонов
в тех подвижных составах, которые оборудованы
поворотными тележками Якоба. Они служат для передачи
рабочего усилия между кузовами вагонов, обеспечивают
одинаковый угол поворота и поглощают энергию при
ударах. Кроме этого, они оборудованы соединением
с поворотной тележкой Якоба, за счет которого
обеспечивается их совместная работа.
Конструкция шарниров
Обычно шарниры состоят из двух частей: вилки шарнира,
а также соединенных между собой шарнирной проушины
и сферического подшипника. Сферический подшипник
обеспечивает сглаживание движения карданного соединения и поглощает энергию при ударах. В отличие от
короткой сцепки, шарнир также способен поглощать
силы, действующие в вертикальном направлении. Дополнительная устойчивость обеспечивается за счет торсионных пружин, установленных в верхней части вагона.
Энергопоглощающие шарниры
Если необходимо обеспечить поглощение дополнительной энергии (например, для ширококолейной железной
дороги), то элементы для поглощения энергии могут быть
интегрированы в конструкцию шарнира. Предлагаемые
нашей компанией шарнирные устройства с функцией
поглощения энергии могут оснащаться с двух сторон
деформирумыми трубами — это испытанная технология,
которая, благодаря накопленному нами опыту, может
быть в точности адаптирована под ваши потребности.
Также возможно совместное использование шарниров с
функцией поглощения энергии и обычных шарниров.
Деформационная труба
Вилка шарнира и шарнирная проушина
32
Шарнир с деформационной трубой в разрезе
33
Буфера для пассажирских и
товарных составов
Совместно с SMW Spezialmaschinen компания Voith Turbo Scharfenberg разработала два типа защитных буферов, которые полностью готовы к эксплуатации.
Устройство типа VSSM-105-400 предназначено для товарных вагонов и цистерн,
а также для локомотивов; тогда как устройство типа VSSM-110-170 предназначено для пассажирских поездов. Эти устройства соответствуют требованиям TSI
и всех стандартов в области безопасности, обеспечивая при этом без всяких дополнительных настроек заметное повышение уровня безопасности и комфорта.
Компактная конструкция и использование стандартных интерфейсов позволяет
быстро осуществлять замену и проводить модернизацию защитных устройств.
Более высокий уровень безопасности для товарных
вагонов
Защитный буфер для товарных вагонов обладает
реверсивным ходом 105 мм и обеспечивает поглощение
энергии на уровне минимум 400 кДж. Устройство
включает в себя пружину и элемент, который отвечает за
поглощение энергии, оно соответствует требованиям TSI
по отношению к устройствам защиты при столкновениях
(стандарт UIC 573), а также требованиям стандартов DIN
EN 15551 и UIC 526 (категория A). Кроме того, устройство
обеспечивает повышенную защиту при столкновениях
для опасных грузов. В этом случае при столкновении
гарантируется невозможность проникновения в кузов
вагона.
Комфорт и безопасность для пассажиров
При использовании на пассажирском транспорте, буфер
для защиты при столкновении состоит из частей, которые
обеспечивают обратимое и необратимое преобразование
энергии. В соответствии с требованиями по обеспечению
эксплуатационной совместимости для локомотивов и
пассажирских вагонов (TSI CR LOC + PAS) необходимо
обеспечить для обратимого преобразования ход в 110 мм
и поглощение энергии на уровне не менее 170 кДж.
Защитные элементы и коробчатые
элементы с запрограммированной
деформацией
Если необходимо обеспечить дополнительное поглощение энергии, то компания Voith Turbo Scharfenberg готова предложить решения, учитывающие индивидуальные потребности клиента. При
этом принимаются во внимание область применения и профиль
требований клиента, в результате чего будет разработано решение, которое обеспечит максимальную защиту пассажиров и
оборудования.
Защитные элементы для боковых буферов UIC
Защитные элементы для локомотивов устанавливаются
между боковыми буферами UIC и корпусом локомотива,
защита
обеспечивается
за
счет
использования
проверенных на практике деформационных труб.
Использование фланцев, соответствующих требованиям
стандартов UIC, позволяет устанавливать любые типы
боковых буферов. При столкновении фланцы полностью
входят в деформационные трубы.
Данные устройства соответствуют требованиям по
безопасности и комфорту при температурах до -40 °C.
Благодаря системе пружин, состоящей из двух ступеней,
они могут использоваться совместно со сцепками SA3, то
есть в международных железнодорожных перевозках.
Коробчатые элементы с запрограммированной
деформацией
Защитные ящики — это стальные складные ящики,
которые устанавливаются в передней части состава и
которые срабатывают после того, как сцепное устройство
выполнило свои функции по поглощению энергии. Если
энергия при ударе превышает заданный уровень, то
избыточная энергия передается на коробчатые элементы с
запрограммированной деформацией, где преобразуется в
энергию деформации. Для дополнительной безопасности
устаналиваются боковые устройства для защиты от
выжимания.
1 Защитные элементы для бокового буфера,
соответствующего требованиям UIC
1
Устройство VSSM-105-400 для товарных вагонов
34
Устройство VSSM-110-170 для пассажирских вагонов
Коробчатые элементы с запрограммированной деформацией,
установленные на поперечной балке
35
Система для головной
части состава
Модульная конструкция,
безопасность, широкий набор
функций — это требования, которые
мы предъявляем к системам для
передней части состава
36
37
Galea – соединение и защита
К головным системам предъявляются многообразные требования: безопасность, экономичность и соответствие требованиям по защите окружающей среды, эффективность при техническом обслуживании и ремонте. Благодаря инновационным технологиям на основе полимерных материалов, армированных
стеклопластиком, компания Voith Turbo Scharfenberg получила возможность
объединить проверенные временем технологии, новые структурные элементы и
элементы для поглощения энергии. В результате была разработана законченная
конструкция носовой части поезда с модульной структурой. Безопасность, модульная конструкция, малый вес и универсальность в применении — это основные принципы данной концепции, которые позволяют легко интегрировать подобные устройства в самые различные проекты. Все это обеспечивает
идеальное сочетание внешнего вида и оптимального рассеяния энергии.
Безопасность
Безопасность играет все большую роль на железнодорожном транспорте. Чтобы обеспечить соответствие строгим
требованиям в области безопасности, в конструкции
системы Galea реализована многоступенчатая интегрированная концепция по обеспечению защиты при
столкновении. Устройство предназначено для удовлетворения основных требований стандарта EN 15227. Кроме
того, устройство должно обеспечивать защиту при столкновении, противопожарную защиту, а также звуковую и теплоизоляцию. Особенностью конструкции является то, что
большинство элементов для защиты при столкновении
изготовлены из полимерных материалов, армированных
стекловолокном. Система Galea разрабатывалась для
междугородных пассажирских поездов, которые могут
развивать скорость до 200 км/ч.
Модульная конструкция
Подобно другим продуктам компании Voith Turbo Scharfenberg, система Galea имеет модульную конструкцию.
Она представляет собой автономный модуль, благодаря
чему сокращаются сроки завершающего монтажа, а
также упрощается замена при повреждении. То же самое относится и к отдельным компонентам системы
энергопоглощения. Все эти преимущества сокращают
время простоя подвижного состава.
Система энергопоглощения, изготовленная из стеклопластика
Голова поезда Galea
38
Вся носовая часть поставляется готовой для монтажа,
она содержит все необходимые пневматические и
электрические компоненты, а также имеет внутреннюю
отделку, и в ней установлен пульт управления движением
(в соответствии с Европейскими рекомендациями по
пульту машиниста).
Дополнительные преимущества
Компоненты системы энергопоглощения могут также
использоваться независимо от системы, в состав которой
они входят. Кроме того, возможно использование
новых технологий на основе стеклопластика для целей
поглощения энергии в меньших масштабах.
Малый вес
Использовавшиеся ранее стальные конструкции, которые
обладали достаточно большим весом, сегодня заменяются
на более легкие, в которых традиционные металлические
детали заменены на детали, изготовленные из волокнистых
композитных материалов. Снижение веса конструкции
дает преимущества в области экономичности и защиты
окружающей среды. Также уменьшается нагрузка на
колесные пары, износ состава и железнодорожного
полотна — это можно сформулировать и иначе:
повышается провозная способность при одинаковой
нагрузке на колесную пару.
Гибкость
Основой
конструкции
системы
Galea
является
внутренняя структура, которая обеспечивает защиту при
столкновении. Данная структура может использоваться с
головками различной ширины и длины, однако основные
элементы конструкции обычно не изменяются.
Облегченная конструкция из волокнистых композитных
материалов
Гибкая конструкция структуры для защиты при столкновении
При этом внешняя оболочка, которая устанавливается
на данную структуру, может иметь произвольную
форму. Результатом является возможность создавать
индивидуальные конструкции, обеспечивая при этом
оптимальный уровень безопасности.
39
В системе Galea головка защиты при столкновении почти полностью состоит из стеклопластика
* Детали поезда, которые изготавливаются из стеклопластика
Триплекс
Внешняя оболочка*
Передняя стойка*
Сотовая алюминиевая
конструкция
Передняя панель*
Плита пола*
Подробная информация о концепции защиты при
столкновении
Помимо реверсивных и нереверсивных элементов
защиты, установленных в сцепке (сценарий столкновения
1 в соответствии с EN 15227), в голове поезда устанавливаются также боковые защитные элементы из
стеклопластика (сценарии столкновения 1 - 3). Дополнительно устанавливаются устройства, которые обеспечивают эффективную защиту от выжимания вагонов.
Ориентировочные значения
•
•
Экономия горючего: 4848 литров дизельного топлива
в год*
Сокращение выбросов углекислого газа на 12800 кг
в год*
Энергопоглощающие элементы, которые установлены в
этой структуре, дополняются компонентами защиты от
столкновений, которые располагаются перед передними
стойками (сценарий столкновения 3 в соответствии с EN
15227).
Далее, используемые в системе Galea внешние покрытия,
изготовленные из стеклопластика, установлены таким
образом, чтобы обеспечивать надежность крепления
стекол при столкновении.
Благодаря сочетанию сцепки, энергопоглощающих
элементов и передних стоек, а также за счет выбора
используемых материалов обеспечивается сохранение
жизненного пространства машиниста при столкновении.
Энергопоглощающее устройство*
Передний спойлер
Автоматическая сцепка Scharfenberg
40
* для дизельного поезда или электропоезда из трех вагонов
(общим весом 180 тонн) с энергопоглощающими элементами,
установленными между вагонами, пробег составляет 200 000 км в
год. Обеспечивается снижение веса примерно на 1000 кг на одну
голову поезда.
41
Высокая скорость — с соблюдением безопасности
Системы для передней части, предлагаемые компанией Voith Turbo Scharfenberg, обеспечивают широкую функциональность и высокую безопасность благодаря оптимальному подбору компонентов с учетом их характеристик
и индивидуальных потребностей клиента. Благодаря использованию стандартных интерфейсов и модульной
конструкции обеспечивается простота замены компонентов и малое время простоя при неисправности.
ICx
Zefiro 380
Грандиозный проект: к 2016 году в дальнем железнодорожном сообщении будет использоваться до 300 составов ICx, которые должны заменить используемые
сегодня поезда типа Intercity/Eurocity, затем должна
начаться эксплуатация поездов типа ICE 1/2.
Так закладывается основа будущей магистральной сети
железных дорог в Германии. Система ICx устанавливает
новые стандарты в области универсальности и доступности, обеспечивая оптимальные возможности для формирования различных конфигураций подвижного состава.
Благодаря модульной конструкции обеспечивается возможность технического обслуживания и эксплуатации
системы в самых сложных условиях. Применение приводов данного типа, помимо плавности хода, гарантирует,
что передняя крышка не будет закрыта случайно. Таким
образом, при проведении работ по техническому обслуживанию обеспечивается неукоснительное соблюдение
требований техники безопасности.
Дальнейшее развитие методов аэродинамического
проектирования и оптимизации рабочей поверхности
обеспечивает уменьшение веса и экономию энергии при
сохранении уровня комфорта.
Наш вклад
•
•
•
•
•
•
•
При таких высоких скоростях особенно важными (наряду
с вопросами обеспечения безопасности) становятся
задачи, связанные с обеспечением эффективности
использования энергии. Для решения подобных проблем
необходима тесная кооперация с производителями
Кабина машиниста из стеклопластика
Модуль носовой части вместе с передними крышками
Кинематическая система передней крышки (ручная и
автоматическая)
Снегоочиститель
Автоматическая сцепка типа 10
Короткие сцепки
Переходная сцепка типа 10/тяговый крюк,
соответствующий требованиям UIC
подвижного состава уже на стадии конструирования.
Благодаря этому также обеспечивается оптимальное
согласование используемых компонентов.
Платформа Zefiro полностью адаптирована к европейским
условиям, также она будет использоваться в новых
высокоскоростных составах в Италии. Эти поезда
могут двигаться со скоростью до 360 км/ч, что делает
их одними из наиболее быстрых поездов в Европе, а
благодаря возможности работы от контактных сетей с
различными напряжениями они могут использоваться в
международном железнодорожном сообщении.
Наш вклад
•
•
•
•
•
Модуль носовой части вместе с передними крышками
Кинематическая система передней крышки
(автоматическая)
Автоматическая сцепка типа 10
Короткие сцепки
Модульная переходная сцепка типа 10/AAR
2 Система CRH1-380 (Zefiro), КНР.
1 Система ICx, Германия
1
2
Компоненты, поставляемые компанией Voith
42
Используемая в Китае система CRH1-380 обеспечивает
эксплуатационную скорость 380 км/ч, то есть этот поезд
является одним из наиболее быстрых в мире. На данный
момент Китайская Народная Республика занимает одно из
первых мест в мире по развитию сети высокоскоростных
железных дорог.
Компоненты, поставляемые компанией Voith
43
CRH3-380
Тем временем на заводе в Salzgitter увидело свет все
семейство CRH3. Для проектов CRH3 общим является
одно: огромные объемы производства.
Конструкторские работы и изготовление первых образцов
носовой части для CRH3-380 полностью проводились
на производственных мощностях Salzgitter. После
завершения комплексных испытаний все остальные
работы по производству носовой части выполнялись
нашими китайскими партнерами на их собственных
мощностях. Работы по монтажу и настройке выполнялись
в отделении компании Voith в Шанхае.
Для локализации производства в Китае китайские
специалисты прошли в Германии интенсивный курс
обучения по ламинированию деталей из стеклопластика.
На начальной стадии на протяжении нескольких недель
все работы на производственных мощностях в Китае
осуществлялись под руководством и контролем наших
экспертов. Таким образом, все производство носовых
частей было перенесено на местные производственные
мощности — без потери качества и без ограничения
функциональности.
Наш вклад
•
•
•
•
•
Модуль носовой части вместе с передними крышками
Кинематическая система передней крышки (ручная и
автоматическая)
Автоматическая сцепка типа 10
Короткие сцепки
Модульная переходная сцепка типа 10/AAR
3 CRH 380 B / BL, КНР.
3
Компоненты, поставляемые компанией Voith
44
HEMU 400
Южная Корея делает ставку на скорость. Предполагается,
что на испытательном участке высокоскоростной поезд
HEMU 400 достигнет скорости свыше 400 км/час. Серийные
поезда серии KTX, эксплуатация которых должна начаться
в 2015 году, будут иметь эксплуатационную скорость
более 350 км/ч.
Их безопасность будет обеспечиваться за счет применения
многоступенчатой системы поглощения энергии: в сцепном
устройстве устанавливаются демпфер и деформационная
труба, рама оснащается деформационными элементами,
благодаря этому обеспечивается соответствие требованиям стандарта EN 15227.
Наш вклад
•
•
•
•
•
•
Модуль носовой части вместе с передними крышками
Кинематическая система передней крышки
(автоматическая)
Электронное управление
Несущая рама с установленной системой защиты при
столкновениях и рельсоочистителем
Автоматическая сцепка типа AAR с телескопом и
многоступенчатой системой энергопоглощения
Короткие сцепки
4 HEMU 400, Корея.
4
Компоненты, поставляемые компанией Voith
45
G 1712 r 2012-09 S2/WA 1000 Изображения и размеры могут не совпадать с реальными изделиями.
Сцепление и защита.
Сцепные устройства и системы
для передней части состава
Voith Turbo Scharfenberg
GmbH & Co. KG
Gottfried-Linke-Straße 205
38239 Salzgitter, Germany
Tel +49 5341 21-02
Fax +49 5341 21-4202
scharfenberg-systems@voith.com
voith.de
I