Сцепная головка беззазорного сцепного устройства

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, в частности к сцепным устройствам подвижного состава, точнее к конструктивным элементам для соединения беззазорных сцепных устройств с тяговыми элементами автосцепок.
В настоящем описании признаки «вертикальный», «горизонтальный», «вдоль», «поперек», «продольный» используются применительно к сцепному устройству, находящемуся в рабочем положении, причем признак «передний» означает «расположенный ближе к сцепной головке или сопрягаемой сцепке», соответственно «задний» - «расположенный дальше».
Используемые в настоящем описании отдельные термины имеют следующее толкование:
- головка, или сцепная головка - сборочная единица сцепного устройства, состоящая из корпуса, механизма сцепления и хвостовика, который непосредственно или через промежуточные элементы соединяется с тяговым хомутом;
2
- клин - стержень, служащий для соединения хвостовика сцепной головки с концом тягового хомута. Он не имеет сходящихся поверхностей, то есть не является клином в общепринятом толковании, а называется так в силу исторической традиции. Термин «клин» описывает не конструктивное исполнение или форму изделия, а только его функциональное назначение. Стандартный, по ГОСТ 32885-2014, клин является прямоугольной пластиной со скругленными углами и постоянным по всей длине сечением 32×93 мм;
- ось сцепного устройства - ось симметрии хвостовика сцепной головки [см., например, ГОСТ 32885-2014, RU №149527, 149087];
- стандартный (клин, тяговый хомут) - отвечающий требованиям ГОСТ 32885-2014 «Автосцепка модели СА-3». В подавляющем большинстве стандартными являются сцепные устройства грузового парка вагонов.
Беззазорные сцепные устройства обладают рядом преимуществ перед автосцепными и широко внедряются в составах постоянного формирования, главным образом, в электропоездах. Они работоспособны при существенно больших скоростях, чем автосцепные.
Рост объемов грузоперевозок потребовал увеличения скоростей грузовых составов сверх тех, которые допускает автосцепка. Объемы производства новых вагонов, оснащенных беззазорными сцепными устройствами, не покрывают всей потребности в них. Это породило техническую проблему переоснащения уже эксплуатируемых вагонов беззазорными сцепными устройствами вместо автосцепных и следующую за ней проблему удешевления этого процесса.
Поскольку используемые в беззазорных сцепных устройствах тяговые хомуты и поглощающие аппараты не имеют особых преимуществ перед аналогичными элементами автосцепных устройств, то самым простым и выгодным решением проблемы модернизации сцепных устройств грузовых вагонов была бы простая замена автосцепных головок на беззазорные с оставлением традиционного тягового хомута и поглощающего аппарата от автосцепки. Этому препятствует отсутствие подвижности у беззазорных сцепок.
При прохождении кривых сцепленные вагоны поворачиваются относительно друг друга в горизонтальной плоскости. Кроме того, они смещаются по вертикали вследствие работы упругих элементов подвески. Поскольку собственно вагон является жесткой конструкцией, свободу указанных смещений должны обеспечивать сцепные устройства.
В автосцепных устройствах свобода угловых смещений в горизонтальной плоскости обеспечивается тем, что клин может поворачиваться на угол ±13,5° в треугольных проушинах вилки тягового хомута, а свобода вертикальных смещений смежных вагонов обеспечивается возможностью взаимного скольжения сопряженных головок автосцепки в вертикальной плоскости. В беззазорных сцепных устройствах такой возможности нет, и потому они оснащаются шарнирным устройством той или иной конструкции, располагаемым между хвостовиком сцепной головки и тяговым хомутом.
Известно беззазорное сцепное устройство, включающее сцепную головку с корпусом, содержащим механизмы сцепления, хвостовик, скрепленный с корпусом болтовым соединением, шаровой шарнир с проушиной для клина тягового хомута на конце, скрепленный посредством резьбового соединения другим концом с хвостовиком, тяговый хомут и центрирующее устройство [RU №65847 U1]. Такое соединение, имея две степени свободы, обеспечивает возможность поворота сцепки в двух плоскостях.
Недостатком известного узла является его техническая сложность. Шаровой шарнир является оригинальным элементом, требующим высокой точности изготовления, надежной защиты от влаги и пыли.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является беззазорное сцепное устройство, включающее сцепную головку с корпусом, содержащим механизмы сцепления, хвостовик, выполненный заодно с корпусом, имеющий на конце вертикальную проушину с установленным в ней сферическим подшипником, изготовленным в условиях специализированного производства, тяговый хомут с поглощающим аппаратом и цилиндрический валик, проходящий через сферический подшипник и вилку тягового хомута. Сферический подшипник обеспечивает две степени свободы поворота сцепной головки, что полностью компенсирует неподвижность собственно сцепки [RU №149527 U1].
Недостатком известного узла является его техническая сложность, высокая стоимость и нетехнологичность. Сферические подшипники крупных размеров дороги, требуют надежной защиты от влаги и грязи, а проушина хвостовика под их установку должна быть обработана с высокой степенью точности. Кроме того, модернизация уже эксплуатируемых сцепных устройств, посредством замены автосцепных головок на беззазорные при сохранении тягового хомута автосцепки потребует разработки и освоения производства клина тягового хомута особой конструкции.
Задача, решаемая предложенной полезной моделью, состояла в разработке простого и недорогого решения, удешевляющего модернизацию вагонов посредством установки сцепных головок беззазорных сцепных устройств на вагоны, оборудованные тяговыми хомутами от стандартной автосцепки.
Технические результаты от использования предложенной полезной модели состоят в упрощении конструкции беззазорного сцепного устройства и удешевлении процесса модернизации сцепных устройств подвижного состава.
Более широко, технический результат от использования предложенной полезной модели состоит в повышении скорости перевозок за счет переоснащения грузового парка вагонов на беззазорные сцепные устройства.
Указанный результат достигается тем, что в известной сцепной головке беззазорного сцепного устройства, включающей хвостовик и соединенной клином с вилкой тягового хомута, в хвостовике выполнена вертикальная проушина, имеющая в горизонтальном сечении вид вытянутого в продольном направлении прямоугольника со скругленными короткими сторонами.
Кроме того, расстояние между короткими стенками проушины, измеренное вдоль оси сцепного устройства, составляет 1,04…1,3 ширины стандартного клина тягового хомута.
Благодаря тому, что в хвостовике сцепной головки выполнена проушина, имеющая в горизонтальном сечении вид вытянутого в продольном направлении прямоугольника со скругленными короткими сторонами, упрощается конструкция сцепного устройства и создается возможность сопряжения предложенной сцепной головки с вилкой стандартного автосцепного тягового хомута, что ускоряет и удешевляет процесс замены автосцепок на беззазорные сцепки.
Благодаря тому, что расстояние между короткими стенками проушины, измеренное вдоль оси сцепного устройства, составляет 1,04…1,3 ширины стандартного клина тягового хомута обеспечивается рентабельность модернизации сцепных устройств подвижного состава за счет повышения ресурса беззазорного сцепного устройства.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан вид сбоку на сцепную головку беззазорного сцепного устройства с хвостовиком, имеющим проушину и установленным между рогами вилки тягового хомута автосцепного устройства.
На фиг. 2 показан вид сверху на проушину со вставленным в нее клином тягового хомута.
На фиг. 3 показаны варианты выполнения скругленных сторон проушины.
а
а
а
а
Предложенная сцепная головка беззазорного сцепного устройства состоит из тягового корпуса 1 с установленными в нем замковыми и направляющими элементами (на чертеже не показаны) и хвостовика 2 с вертикальной проушиной 3, имеющей в сечении горизонтальной плоскостью вид вытянутого в продольном направлении прямоугольника со скругленными короткими сторонами 4. Иными словами, проушина имеет две прямые вертикальные стенки, параллельные оси сцепного устройства, и две соединяющие их полукруглые галтели. Радиус R скругления коротких сторон прямоугольника (галтелей) может быть меньше, равным или больше расстояния  между его длинными сторонами 5 (фиг. 2). Оптимальным является вариант, когда R=. Для стандартного клина тягового хомута должно быть R=18 мм и 2R= при допуске на размер , равном +3 мм.
Хвостовик 2 может быть выполнен как одно целое с корпусом 1 или как отдельная деталь, соединенная с корпусом, например, болтами. Он соединен с рогами 6 вилки тягового хомута 7 посредством стандартного клина 8 тягового хомута, в уровне техники называемого также клином автосцепки. Тяговый хомут 7 - стандартный от автосцепного устройства. Проушины 9 в рогах вилки тягового хомута 7 имеют в плане вид равнобедренного треугольника со скругленными углами, вершиной, обращенной к корпусу 1. Треугольной форме проушин 9 обеспечивает поворот сцепной головки в горизонтальной плоскости. Стандартные тяговые хомуты выпускаются в двух исполнениях: с углом при вершине равнобедренного треугольника проушин ±13,5° (вариант I), либо ±25° (вариант II). В зависимости от варианта используемого хомута, соответствующим будет и угол поворота сцепной головки по горизонтали.
+3
+3
+4
Отклонение сцепной головки по вертикали обеспечивается благодаря возможности перекоса хвостовика 2 относительно клина 8 и применению упругой центрирующей балочки. Перекос возможен из-за того, что длина Т проушины превосходит ширину t клина 8. Величина этого превосходства определяет максимально возможный угол отклонения сцепной головки по вертикали. В предложенной сцепной головке длина Т проушины 3, измеренная вдоль оси сцепного устройства, предпочтительно должна составлять 1,04…1,3 ширины t стандартного клина тягового хомута, которая по ГОСТ 32885-2014 равна 92 мм (фиг. 2). То есть, она лежит в пределах (96…120) мм. При Т<1,04t возможный угол поворота сцепной головки в вертикальной плоскости становится меньше требуемого исходя из максимальной разности высот и расстояния между клиньями сцепок смежных вагонов. При Т>1,3t, снижается срок службы, как узла соединения, так и беззазорных сцепных головок из-за больших ударных нагрузок на беззазорную сцепку, менее массивную, чем автосцепка, при рывках поезда. Диапазон изменения максимального угла отклонения сцепной головки по вертикали при изменении T в указанном диапазоне составляет (6…20)°. Этого достаточно для всех возможных исполнений сцепного устройства.
Сцепную головку поддерживает упругая центрирующая балочка, не препятствующая повороту сцепной головки в вертикальной плоскости. На чертежах она не показана.
Предложенная сцепная головка используется следующим образом.
У подлежащего модернизации вагона отсоединяют автосцепную головку, извлекая клин 8 тягового хомута 7. В вилку тягового хомута 7 вводят хвостовик 2 предложенной сцепной головки и, вновь вставляя клин 8 тягового хомута в проушины 3 и 9, соединяют ее с вилкой. Таким образом, получается сцепное устройство, состоящее из беззазорной сцепной головки и соединенного с нею стандартным клином стандартного (от автосцепного устройства) тягового хомута с поглощающим аппаратом. Никаких переделок или подгоночных работ такая модернизация не требует.
Предложенная сцепная головка испытана при замене автосцепок на десятках грузовых вагонов. Результаты испытаний показали, что ресурс соединения оказывается не меньшим, чем у стандартного автосцепного устройства.