ШАРНИРНЫЙ УЗЕЛ ЖЕСТКОГО СЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
HINGED JOINT OF RIGID COUPLING UNIT OF RAILWAY TRANSPORT

Изобретение относится к вспомогательному оборудованию сцепных устройств железнодорожного транспорта, в частности, предназначенному для обеспечения возможности взаимного поворота вагонов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также при взаимных поворотах вагонов вокруг продольной оси автосцепок жесткого типа.
Известен шарнирный узел автосцепки электропоезда «Сокол» [1], содержащий сферический подшипник (типа ШС), закрепленный в корпусе шарнирного узла и герметизированный от воздействия внешней среды с помощью резиновых уплотнений.
Недостаток шарнирного узла в том, что предельно допустимые углы поворота такого шарнира весьма незначительные, что не позволяет проходить вагонам по кривым малого радиуса, характерным для подъездных путей депо. Кроме того, создание качественного уплотнения для такого типа шарниров в сцепке является весьма проблематичным, что снижает ресурс шарнира и сцепки в целом.
Известен шарнирный узел автосцепки [2, 3], основу которого составляет шар с шейкой, установленный в корпус с вкладышами. Соединяется шарнирный узел со сцепкой за счет завинчивания резьбовой части шейки шара в хвостовик головы. Герметизация шарнира осуществляется за счет использования надежного резинового гофрированного уплотнения.
Недостатком шарнирного узла является обеспечение сравнительно малого безопасного угла поворота шейки в шарнире, характеризующегося упором шейки во вкладыш. Это обстоятельство не позволяет вагонам перемещаться по кривым малого радиуса кривизны пути. Кроме того, недостатком этого шарнира является необходимость выполнять весьма жесткие требования по точности изготовления сопрягаемых поверхностей шара и вкладышей. Из-за жесткой посадки вкладышей в корпусе шарнирного узла при повороте шара происходит либо его заклинивание, либо появляется люфт, что является недопустимым.
Известен также шарнирный узел автосцепки [2, 4], в котором любой из вкладышей может быть установлен на упругом основании, например, с помощью установки тарельчатых пружин между вкладышем и дном корпуса шарнирного узла.
Недостаток конструкции в ее сложности и невозможности ее реализации в сцепках, шарнирный узел которых сопрягается с поглощающим аппаратом с помощью клина тягового хомута по типу соединения автосцепки-СА-3. Кроме того, при использовании в сцепном устройстве поглощающего аппарата типа Р-5П (наиболее энергоемкого на пассажирских вагонах) известные технические решения не обеспечивают требуемой износостойкости корпуса шарнирного узла в месте его контакта с тяговым хомутом поглощающего аппарата. Однако по своей технической сущности данное решение наиболее близко предлагаемому решению и может быть принято в качестве прототипа.
Задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение износостойкости корпуса шарнирного узла, в том числе за счет проведения регламентных работ, исключение заклинивания шара или появление люфта в шарнирном узле, повышение предельно допустимых углов поворота сцепки, а также снижение динамических нагрузок в зоне контакта корпуса шарнирного узла с опорной плитой поглощающего аппарата и шара с подпятником.
Поставленная задача решается следующим образом.
Для достижения поставленных целей предложен шарнирный узел автосцепки, в котором крепление переднего вкладыша к корпусу осуществлено посредством завинчивания в соединительную втулку, в свою очередь, навинчиваемую на корпус шарнирного узла. При этом для исключения их самоотвинчивания, резьба на разных частях соединительной втулки, взаимодействующих с разными деталями, выполнена разнонаправленной (правая и левая), а на торцах вкладыша и корпуса выполнены выступы и впадины, сопрягаемые друг с другом. При этом отверстие во вкладыше выполнено некруглым, например овальным. Для обеспечения требуемой износостойкости на наружной поверхности корпуса установлена съемная износостойкая втулка, представляющая собой, например, наружный разрезной бандаж, установленный с натягом, а для снижения динамики и исключения заклинки или люфта шара между подпятником и опорной плитой поглощающего аппарата установлен пакет упругих элементов, например тарельчатых пружин.
На фиг.1 изображен общий вид шарнирного узла сцепки, установленной в раме вагона, а на фиг.2 - общий вид шарнирного узла в свободном состоянии. На фиг.3 показан в разрезе вид на передний вкладыш, имеющий овальное отверстие для шейки. На фиг.4 в масштабе 1:4 показан в разрезе упругий упор вместе с элементами его крепления. На чертежах контурной линией изображены элементы сцепки, поглощающего аппарата и рамы вагона.
Шарнирный узел автосцепки состоит из корпуса 1, в котором установлены шар 2, снабженный шейкой 3 (съемной или выполненной заодно с шаром), передний вкладыш 4 и подпятник 5 (задний вкладыш). Передний вкладыш 4 соединяется с корпусом 1 посредством втулки 6, имеющей внутреннюю разнонаправленную резьбу для навинчивания как на вкладыш, так и на корпус. Для разделения разнонаправленных резьб втулки на их стыке выполнена разделительная канавка. Торцы переднего вкладыша и корпуса имеют выступы и впадины, которые взаимодействуют между собой боковыми гранями. На корпус 1 шарнира напрессована разрезная втулка 7, выполненная из закаленной износостойкой стали. Эта же втулка частично защищает от износа и соединительную втулку. В корпусе шарнира выполнены также отверстия для размещения в них пакета тарельчатых пружин 8, установленных на плавающем штоке 9 с буртиком. Пакет тарельчатых пружин 8 сжат между буртиком штока 9 и втулкой с буртиком 10, свободно установленной на штоке 9 и в отверстии гайки 11. Гайка 11 завинчена в корпус 1. В отверстии гайки 11 свободно установлен выступ 12 упора 13. Упор 13 зафиксирован в пазу корпуса 1 с помощью завинченного в него винта 14. На одном конце винта выполнен шлиц для отвертки, а на другом - поясок для взаимодействия с пазом 15, выполненным в корпусе 1. Шарнирный узел соединен с хвостовиком 16 сцепки с помощью гайки 17 и установлен в отверстие тягового хомута 18 поглощающего аппарата 19 и закреплен на вагоне 20 с помощью клина 21 тягового хомута 18. Опорная плита 22 взаимодействует с упорами 13, подпружиненными тарельчатыми пружинами 8, и с рабочими элементами поглощающего аппарата 19.
Устройство работает следующим образом. При завинчивании заданным моментом гайки 6 происходит упор торцев выступа, выполненного на корпусе 1, и впадины вкладыша 4. При этом глубина впадины и высота выступа рассчитаны таким образом, что при сближении переднего вкладыша 4 с подпятником 5 между подпятником и стенкой корпуса 1 всегда остается небольшой зазор, что гарантирует отсутствие заклинивания шара даже в случае сравнительно грубого выполнения сопрягаемых поверхностей шара и вкладышей. В то же время наличие подпружиненного упора 9, обеспечивающего постоянное поджатие подпятника 5 к шару 2, исключает возможность появления люфтов в соединении «вкладыши-шар». Установочное поджатие тарельчатых пружин 7 обеспечивается с помощью гаек 11, завинчиваемых в корпус 1 и перемещающих свободно посаженные на упоры 9 втулки 10, снабженные буртиком, который воздействует на пакеты пружин. Втулки 10 взаимодействуют с выступами 12 упоров 13 и за счет усилия пакета пружин постоянно выбирают технологический зазор между упорами и опорной плитой 22.
Перед установкой сцепки на вагон шарнирный узел приводят в заряженное состояние, для чего упор 13 поджимают в его предельное состояние, и затем завинчивают винт 14 до попадания его буртика в отверстие 15 и оставляют в таком состоянии до установки на вагон. В этом случае усилие пружин будет замыкаться между буртиком винта 14 и подпятником 5, а наружная поверхность упора 13 станет заподлицо с поверхностью корпуса шарнира. После размещения шарнирного узла в отверстие тягового хомута18 и установки соединительного клина 21, винты 14 вывинчивают из упора на величину длины контакта буртика с корпусом. При этом пружины освобождаются и перемещают упоры 13 в сторону опорной плиты, выбирая имеющиеся технологические зазоры между контактируемыми поверхностями, что обеспечивает уменьшение динамических нагрузок на сцепку и позволяет использовать жесткие сцепки с такими шарнирами на вагонах без буферных устройств.
Поскольку сцепные устройства испытывают не только нагрузки растяжения-сжатия, но воспринимают нагрузки, связанные с взаимным угловым перемещением вагонов (что может привести к самоотвинчиванию деталей шарнирного узла), применение гайки с левой и правой резьбой и наличие граней на корпусе и переднем вкладыше полностью исключает возможность взаимного их поворота. При этом сама гайка 6 не испытывает воздействия силовых моментов, возникающих при повороте шара под нагрузкой, поскольку они полностью воспринимаются только гранями. Однако для предотвращения возможного ослабления затяжки гайки 6 от воздействия вибрационных нагрузок, последняя зафиксирована на переднем вкладыше с помощью винта 23, острый конец которого взаимодействует с углублением на вкладыше 5.
При использовании предлагаемого шарнирного узла на вагоне с поглощающим аппаратом типа Р-5П, происходит постоянное скольжение поверхности корпуса со стенками отверстия в тяговом хомуте. Для снижения негативных последствий износа корпус либо защищают износостойким покрытием, либо устанавливают на него защитный износостойкий бандаж. Использование защитного бандажа (съемной втулки) позволяет восстанавливать работоспособность путем проведения регламентных работ. На представленных чертежах используется съемная разрезная втулка 7, которая с натягом устанавливается на корпус 1 шарнира и на большую часть гайки 6. Изготовление втулки может быть осуществлено как путем точения из трубы, так и путем сворачивания листовой заготовки.
При разных требованиях по углам порота шарнира в вертикальной и горизонтальной плоскостях (в горизонтальной плоскости шарнир должен обеспечивать примерно в 1,5 раза больше, чем в вертикальной) существующие конструкции РМШ обеспечивают равенство этих углов, что приводит к неоправданному снижению площади контакта переднего вкладыша с шаром со всеми негативными от этого последствиями, в том числе: снижением надежности заделки шара во вкладышах, увеличением контактных напряжений, снижением диаметра шейки 3, следовательно, и прочности шара и т.п. Предлагаемое выполнение отверстия в переднем вкладыше 4 овальным, как это показано на фиг.3 (где размер D в горизонтальной плоскости существенно больше размера d в вертикальной плоскости), способствует положительному решению любого из вышеперечисленных вопросов либо частично всех.
Заявителем изготовлен опытный образец устройства, который подтвердил заявленные преимущества.
Источники информации
1. «Автосцепные устройства подвижного состава железных дорог». В.В. Коломийченко и др. Рис.2.26, стр.45. - М.: Транспорт, 2002. - 230 с.
2. Беляев В.И., Малафеев В.А. «Этапы разработки и совершенствования пассажирской автосцепки». Сер. Вагоны и вагонное хозяйство. Ремонт вагонов. Российский научно-исследовательский и проектный институт информации, автоматизации и связи. Вып.1 Москва, 2006.
3. Патент на полезную модель №28090 (заявка 2002131512/20 от 27.11.2002).
4. Патент на полезную модель №65847 (заявка 2007108335/22 от 06.03.2007).