БЛОК УДЕРЖАНИЯ СОСТАВА НА СТАНЦИОННОМ ПУТИ
UNIT FOR RETENTION OF ROLLING STOCK AT STATION TRACKS

Изобретение относится к вспомогательному железнодорожному оборудованию, а именно к фиксаторам для закрепления подвижных составов на станционных путях после отцепки локомотивов.
Известные из уровня техники устройства для закрепления подвижного состава на станционных путях можно разделить на две группы. К первой группе (ручные устройства) относятся тормозные башмаки, применение которых требует больших затрат ручного труда и не гарантирует надежного закрепления составов. Ко второй группе можно отнести стационарные механизированные устройства с электрическим, пневматическим, гидравлическим или механическим приводом, повышающие надежность и уменьшающие долю ручного труда. При проведении патентных исследований рассматривались устройства, относящиеся ко второй группе, к которой относится и заявленное техническое решение.
Известен упор тормозной стационарный типа УТС-380 (Кобзев В.А. Развитие технических средств обеспечения безопасности станционных процессов. Учебное пособие. - М.: МИИТ, 2008 - 57 С. - п. 2.2.1), представляющий собой двухрельсовую конструкцию, воздействующую на круг катания одной колесной пары закрепляемого вагона. На каждом рельсе конструкции содержится по одной металлической колодке, наглухо скрепленной болтами с двуплечными рычагами, которые шарнирно насажены на неподвижные оси, расположенные вдоль рельса и закрепленные на его шейке. Шарнирные соединения колодки и рычага с шейкой рельса позволяют колодке устанавливаться на рельс в рабочее (тормозное) положение или выводиться наружу рельсовой колеи в нерабочее положение за пределы габарита приближения строений.
Недостатки известного упора тормозного стационарного типа УТС-380 заключаются в следующем:
- возможность поломки устройства при резком толчке в процессе сцепления локомотива с составом, который закреплен упором с противоположной стороны, а также в момент отцепки локомотива, когда не обеспечена фактическая отцепка локомотива от состава;
- поскольку колодки зажаты колесной парой, что является нормой для работы устройства, то для раскрепления состава следует сначала осторожно осадить состав, а после освобождения колодки перевести упор в нерабочее положение, на что затрачивается некоторое время и требуется повышенное внимание машиниста и сигналиста;
- неизбежность полного разрушения упора в случае наезда на него локомотивом.
Известно стационарное устройство для закрепления составов на станционных путях (патент RU 2086447 C1, В61К 7/02, В61К 7/16, опубл. 10.08.1997), содержащее расположенный внутри колеи упругий клин, образованный двумя тормозными шинами, и обращенный своим острием навстречу накатываемой колесной паре. При этом сходящиеся концы клина шарнирно закреплены на первой поперечине, которая своими концами жестко сочленена с рельсовыми нитками пути, а расходящиеся концы клина свободно примыкают к рессорным балкам, одни концы которых шарнирно закреплены на второй поперечине, а другие, снабженные роликами, свободно опирающимися на третью поперечину. На третьей поперечине между роликами рессорных балок установлена чека с возможностью перемещения относительно этой поперечины, управляемая кулисно-рычажным механизмом. Устройство не требует в своей работе электрического или иного привода и за счет своей упругости обеспечивает сохранность конструкций в любых ситуациях.
Недостатками известного стационарного устройства для закрепления составов являются:
- необходимость ручного приведения устройства в нейтральное состояние для обеспечения беспрепятственного пропуска подвижного состава по участку ;
- отсутствие возможности демпфирования возникающих в поезде динамических нагрузок, что создает угрозу неизбежного повреждения устройства при выполнении маневровых работ и взаимодействии с поездным локомотивом.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известное устройство для закрепления подвижного состава (патент RU 2122502 C1, В61К 7/16, опубл. 27.11.1998), выбранное за прототип. Устройство содержит смонтированные внутри колеи привод и раму с подвижно закрепленной на ней кареткой, связанной с приводом посредством тяги. При этом каретка включает в себя первую и вторую траверсы, выполненные в виде предварительно нагруженных пружинных блоков, кинематически связанные посредством распорных элементов с закрепляющими балками, имеющими скобы, с образованием двух независимых параллелограммных систем. Рама устройства оборудована компенсаторами, а закрепляющие балки снабжены упорами, при этом первая траверса снабжена фиксатором, а упоры снабжены скобами (зубьями) и упорами-ловушками гребней колесной пары, имеющими на задних частях скосы. При взаимодействии с любой зафиксированной устройством колесной парой в составе обеспечивается перемещение мгновенного центра вращения колесной пары из точек контакта круга катания колес с поверхностью головок путевых рельсов в точке контакта гребней колесной пары с упорами-ловушками на закрепляющих балках, их перемещение относительно рамы устройства в сторону уклона пути на расстояние, необходимое для фиксации балок в режиме удержания состава. В процессе закрепления привод, посредством рычажного механизма, перемещает каретку по направляющим рамы. Распорные элементы раскрывают закрепляющие балки со скобами (зубьями) и упорами-ловушками гребней колесных пар до касания основания балок с внутренними поверхностями ободов колесной пары. При этом скобы (зубья) балок войдут во внутренние выемки, а упоры-ловушки - под гребни колесной пары закрепляемого состава. Процесс закрепления состава при угле 12-15° завершится, когда упоры-ловушки станут в распор колесной пары за счет сжатия пружины. В режиме удержания состава, по мере отпуска тормозов закрепленного состава произойдет его сдвижка, а следовательно, и колесной пары с закрепляющими балками на величину «n» сжатия компенсаторов, что соответствует дополнительному повороту распорных элементов на угол 12-15°. При такой сдвижке гребни колесной пары, накатываясь на упоры, попадают в ловушки и удерживают закрепляющие балки в зоне их защемления от перемещения вовнутрь колеи. Устройство позволяет, используя любую колесную пару любого вагона, находящуюся в рабочей зоне устройства, закреплять составы с хвоста, а длинные составы, первые вагоны которых выходят за пределы устройства - с головы.
Серьезным техническим недостатком известного устройства для закрепления подвижного состава является то, что конструкцией устройства не предусмотрена возможность демпфирования динамических нагрузок. Поэтому ударные нагрузки, возникающие в составе, жестко (напрямую) передаются на элементы устройства, что влечет за собой повреждение устройства, а при определенных условиях возможен срез шкворня вагона, подъем кузова над тележкой и его последующее сваливание. Кроме того, закрепление состава за одну колесную пару вагона и только за внутреннюю торцевую поверхность колеса не обеспечивает надежного закрепления состава повышенного веса и длины. Установка упоров-ловушек в распор колесной пары не гарантирует надежное удержание состава на пути, т.к. по мере отпуска тормозов происходит сдвижка состава, а это значит, что состав может передвинуться на другой путь и столкнуться там с другим составом, тем самым нарушив безопасность движения поездов.
Техническая задача изобретения - создание конструкции, способной демпфировать ударные нагрузки, возникающие в составе, и обеспечить надежное закрепление и удержание состава на станционном пути.
Технический результат изобретения - надежное закрепление состава на станционном пути, устранение возможности повреждения вагонов и повышение безопасности движения поездов.
Для решения технической задачи и достижения указанного технического результата в блоке удержания состава на станционном пути, включающем смонтированный внутри колеи модуль закрепления состава, содержащий электропривод и раму с подвижно закрепленной на ней кареткой, связанной с электроприводом посредством тяги, при этом в каретке размещены пружинные блоки, соединенные с рычагами, связанными с закрепляющими шинами, с образованием двух независимых параллелограммных систем, причем закрепляющие шины оборудованы зубьями и упорами-ловушками и соединены с рамой кулисами и компенсаторами, согласно изобретению, блок удержания состава включает смонтированный внутри колеи модуль демпфирующий, собранный из зажимающих секций и содержащий электропривод, соединенный через зубчатую муфту ограничения момента с винтовым домкратом, раму с подвижно закрепленной на ней кареткой, связанной с винтовым домкратом и с рычагами, которые соединены компенсаторами с уравнительными рычагами, соединенными с внутренними и наружными толкателями, качающимися на своих осях относительно рамы, причем уравнительные рычаги и наружные толкатели связаны между собой при помощи тяги, а на внутренних и на наружных толкателях закреплены соответственно внутренняя и наружная шины, каждая из которых состоит из лыжи с зубчатыми механизмами, основания с пазами для размещения зубчатых механизмов, и плунжера, кроме того, электропривод модуля закрепления состава соединен через зубчатую муфту ограничения момента с винтовым домкратом.
Для модуля закрепления состава объектами рабочих силовых воздействий при закреплении состава является ось первой колесной пары последнего вагона состава.
Пружинные блоки, размещенные в каретке модуля закрепления состава, соединены с рычагами при помощи крестовин.
Рычаги модуля закрепления состава связаны с закрепляющими шинами при помощи осей.
На раме модуля закрепления состава закреплены датчики для контроля рабочего и нерабочего положения шин.
Модуль демпфирующий собран из четырех зажимающих секций, соединенных между собой сцепками с осями.
Для демпфирующего модуля объектами рабочих силовых воздействий при закреплении состава являются оси третьей или четвертой колесных пар предпоследнего вагона состава.
Каретка демпфирующего модуля связана с винтовым домкратом посредством поворотной опоры.
На раме демпфирующего модуля закреплены датчики для контроля рабочего и нерабочего положения шин.
Сущность изобретения и его работа поясняются чертежами.
На фиг. 1 представлен блок удержания состава и последовательность установки модулей блока на железнодорожном пути применительно к вагонам подвижного состава; на фиг. 2 - модуль закрепления состава; на фиг. 3 - механизм поднятия закрепляющей шины модуля закрепления состава; на фиг. 4 - показан процесс закрепления колесной пары модулем закрепления состава; на фиг. 5 процесс фиксации шин при закреплении; на фиг. 6 показаны силы, возникающие при закреплении состава; на фиг. 7 представлен модуль демпфирующий; на фиг.8 показан процесс закрепления колеса демпфирующим модулем; на фиг. 9 представлена шина демпфирующего модуля в рабочем положении при закреплении состава; на фиг. 10 - шина демпфирующего модуля в сложенном состоянии при раскреплении состава; на фиг. 11 показано размещение блока удержания состава.
Блок удержания состава (фиг. 1) представляет собой совокупность двух силовых модулей, установленных последовательно на железнодорожном пути - модуль закрепления состава и модуль демпфирующий.
Закрепление поезда осуществляют за колесные пары двух последних вагонов. С помощью модуля демпфирующего закрепляют третью или четвертую колесную пару (в зависимости от вида подвижного состава) предпоследнего вагона. С помощью модуля закрепления состава закрепляют первую колесную пару последнего (хвостового) вагона состава.
Модули блока удержания состава являются механизмами одностороннего действия, обеспечивающими удержание состава от ухода в сторону уклона и беспрепятственное вытягивание локомотивом закрепленного состава в сторону, противоположную уклону.
Конструкция модулей предусматривает два устойчивых положения: рабочее и нерабочее. В нерабочем положении каждый модуль не создает помех для состава, движущегося по железнодорожному пути в любом направлении. Кроме того, модуль, находящийся в нерабочем положении, находится за пределами габарита приближения строений «Сп».
Модуль закрепления состава (фиг. 2) предназначен для жесткой фиксации состава в точно зафиксированной точке приемо-отправочного пути. Для модуля закрепления состава объектами рабочих силовых (фрикционных) воздействий при закреплении состава является ось первой колесной пары последнего (хвостового) вагона состава.
При подаче питающего напряжения на электропривод 1 вращение от его выходного вала передается через зубчатую муфту ограничения момента 2 на входной вал червячного редуктора винтового домкрата 3. Вращение входного вала преобразуется в прямолинейное движение каретки 4, соединенной осью 24 с винтом домкрата 3, перемещающейся на роликах 13 по направляющим, расположенным на раме 5. В каретке 4 размещены пружинные блоки 6, соединенные при помощи крестовин 22 с рычагами 7 и 8. Рычаги 7 и 8 соединены осями 23 с закрепляющими шинами 9. Закрепляющие шины 9 содержат зубья 17 и упоры 18, выполненные с ловушкой, которая представляет собой выемку под гребень колеса. В момент закрепления закрепляющая шина 9 упирается в колесо и удерживает его за счет взаимодействия упоров, расположенных на шине с гребнем и внутренней поверхностью колеса. Закрепляющая шина 9 соединена с рамой 5 кулисой 10 и компенсатором 11 (фиг. 3). Компенсатор 11 закреплен на раме 5 при помощи пружинного блока 27 с целью компенсации перекосов, возникающих в шине 9 при закреплении колесной пары 16. Кулиса 10 с одной стороны закреплена осью 28 на компенсаторе 11, а осью 25 - на шине 9. Кулиса 10 соединена осью 21 со штоком 26, закрепленном в пружинном блоке 20.
При закреплении колесной пары 16 каретка 4 (фиг. 4), перемещаясь, поднимает и раздвигает рычагами 7 и 8 закрепляющие шины 9, которые своими зубьями захватывают колесную пару 16 за внутренние выемки ободьев колес, а подошвы закрепляющих шин заходят под головки путевых рельсов 15, сжимая при этом пружины блока 6.
Одновременно с движением каретки и раскрытием шин, за счет компенсатора 11 (фиг. 3) и кулисы 10, шины 9 поднимутся над поверхностью катания рельсов 15 и прижмутся к внутренней поверхности колесной пары 16, а рычаги 7 (фиг. 5) не дойдут до прямой О-О на угол 25°.
По мере перемещения закрепляющие шины 9 с рычагами 7 относительно рамы модуля по прямой О-О, пружины 6 модуля и упора 19 шины 9 сжимаются, а рычаги 7 с упорами 8 упираются в штангу 12, исключая перемещение закрепляющих шин 9 вовнутрь колеи.
Процесс закрепления завершится тогда, когда рычаги встанут перпендикулярно оси винтового домкрата электропривода, благодаря которому увеличится ход каретки и закрепляющих шин, и зубья гарантированно войдут во внутренние выемки колес.
Нагрузка Р закрепленного состава (фиг. 6) передается через опору 14, путевые рельсы 15, ободья закрепленной колесной пары 16, закрепляющие шины 9 с зубьями 17 и упоры 18 на раму модуля.
Увеличение задерживающей силы Р1 по мере нарастания нагрузки Р достигается за счет переноса мгновенного центра вращения колеса 16, защемленного между зубом 17 и упором 18, с точки О (точка контакта круга катания колеса по головке рельса) в точку O1 (точку контакта гребня колеса с упором-ловушкой), и закрепляющие шины 9 удерживаются колесной парой 16 в зоне защемления от перемещения шин внутрь колеи.
При невозможности работы электроприводом и при настройке модуля перевод его из одного положения в другое осуществляется вручную курбельной рукояткой.
Модуль демпфирующий (фиг. 7) предназначен для безударного гашения возможных линейных скоростей состава, возникающих при объединении локомотива с составом или при расцеплениях состава, а также при ситуационных манипуляциях вагонами. Для демпфирующего модуля объектами рабочих силовых (фрикционных) воздействий при закреплении состава являются оси третьей или четвертой колесных пар предпоследнего вагона состава. Выбор осей колесных пар для силовых воздействий зависит от рода подвижного состава (типов вагонов).
Закрепление состава демпфирующим модулем осуществляется путем зажима (с помощью электромеханического привода с рычажными механизмами) металлических шин одновременно к торцевым поверхностям колес колесной пары тележки предпоследнего вагона.
При подаче питающего напряжения вращение от выходного вала электропривода 29 через зубчатую муфту ограничения момента 30 передается на входной вал червячного редуктора винтового домкрата 31, который через поворотную опору 32 перемещает каретку 33 на роликах 34 по направляющей, закрепленной на раме 35.
Модуль демпфирующий собран из четырех зажимающих секций, соединенных между собой сцепками 36 с осями 37. На каретке 33 при помощи осей 54 крепятся рычаги 38, соединенные компенсаторами 39 с уравнительными рычагами 40 (фиг. 8), которые соединены осями 48 с внутренними толкателями 41, качающимися на оси 47 относительно рамы 35. На внутренних толкателях 41 при помощи осей 49 закреплены внутренние шины 42, состоящие из лыжи 55 с зубчатыми механизмами, основания 56, в котором имеются пазы для размещения зубчатых механизмов лыж, и плунжера 57, предназначенного для перевода лыжи в исходное положение. Передача усилия на внешнюю шину с зубчатым механизмом 45 осуществляется при помощи тяги 43, соединенной осями 53 и 51 с уравнительным рычагом 40 и наружным толкателем 44, соответственно. Наружные толкатели 44 качаются на оси 50 относительно рамы 35. На наружных толкателях 44 при помощи осей 52 закреплены внешние шины 45, состоящие из лыжи 55 с зубчатыми механизмами, основания 56, в котором имеются пазы для размещения зубчатых механизмов лыж, и плунжера 57, предназначенного для перевода лыжи в исходное положение.
При перемещении каретки 33 (фиг. 7) рычаг 38 воздействует через компенсатор 39 на уравнительный рычаг 40 (фиг. 8), который начинает вращаться вокруг оси 48. При этом внутренний толкатель 41 начинает вращаться вокруг оси 47. Внутренний толкатель 41 перемещается до тех пор, пока внутренняя шина 42, закрепленная на нем, не соприкоснется с внутренней торцевой поверхности колеса 46. При дальнейшем перемещении рычага 38 уравнительный рычаг 40 продолжает свое вращение вокруг оси 48 и приводит в движение тягу 43, соединенную с ним. Тяга 43, воздействуя через ось 51, приводит в движение наружный толкатель 44, который, вращаясь вокруг оси 50, прижимает наружную (внешнюю) шину 45 к колесной паре 46. Тем самым достигается фрикционное безударное гашение возможных линейных скоростей состава (например, при соединении локомотива к составу, при расцеплениях состава, при ситуационных манипуляциях вагонами).
Рабочее и исходное положение шин контролируется датчиками, закрепленными на раме модуля (не показаны).
Зубчатые элементы, закрепленные на шине, позволяют удерживать колеса в направлении, противоположном уклону пути, и беспрепятственно пропускать колеса в сторону подъема пути (фиг. 9-10).
В исходном положении в момент закрепления состава (фиг. 9) лыжа 55 располагается относительно основания 56, таким образом, что зубчатые элементы лыжи опираются на плоскость основания 56. Плунжер 57 не дает зубчатым элементам лыжи 55 переместиться в пазы основания 56. При закреплении состава лыжа 55 удерживает колесо вагона в направлении, противоположенном уклону.
Процесс закрепления завершится тогда, когда рычаги встанут перпендикулярно оси винтового домкрата электропривода, благодаря которому увеличится ход каретки и шин, и зубья гарантированно войдут во внутренние выемки колес.
Для снятия закрепления (фиг. 10), т.е. при раскреплении состава, состав протягивается или осаживается, в зависимости от места установки блока удержания состава, в сторону уклона. При этом за счет сил трения лыжа 55 с зубчатыми элементами перемещается в направлении, противоположном восприятию нагрузки. Пружина плунжера 57 сжимается и зубчатые элементы лыжи 55 входят в пазы основания 56. Колесо освобождается и беспрепятственно выкатывается из демпфирующего модуля. После того, как колесо будет убрано, пружина плунжера 57 переместит лыжу 55 в исходное состояние относительно основания 56.
Шины с зубчатыми элементами позволяют воспринимать нагрузку от веса состава в сторону уклона и беспрепятственно вывести состав в сторону, противоположенную уклону (при необходимости протягивания состава в сторону, противоположенную уклону).
Механизмы и внутренние полости обоих модулей защищены от воздействия снегоуборочной техники и посторонних предметов.
Блок удержания состава устанавливают на шпалы только на специализированных путях приема или отправления. Место установки блока удержания состава выбирается при разработке рабочего проекта исходя из местных условий (направление уклона, существующие напольные устройства и т.п.) (фиг. 11). При этом блок удержания состава должен располагаться в нижней части уклона станционного пути, не ближе 150 м от изолирующего стыка рельсовой цепи (или пункта счета для систем счета осей) станционного пути.
Модуль демпфирующий блока удержания состава устанавливается на расстоянии 2,02 м от модуля закрепления состава в сторону, противоположную уклону.
В рабочем положении модули блока удержания состава надежно удерживают состав от перемещений и воспринимают динамические нагрузки, возникающие в поезде.
Блок удержания состава обеспечивает механическую блокировку верхнего положения до момента вытягивания (осаживания) локомотивом закрепленного состава в сторону, противоположную уклону.
Схема закрепления состава с помощью модуля демпфирующего за третью или четвертую колесную пару последнего вагона, а с помощью модуля закрепления состава за первую колесную пару хвостового вагона, позволяет гарантированно закрепить состав от ухода с пути и демпфировать динамические нагрузки, возникающие в составе, что способствует устранению возможности повреждения вагонов и повышению безопасности движения поездов.
Модуль демпфирующий позволяет компенсировать возникающие в составе колебания за счет использования принципа фрикционного закрепления, т.е. сил трения. Для демпфирования ударных нагрузок используются: силы трения, возникающие в контакте колеса вагона и зажимающей шины, а также поглощающие аппараты вагонов, участвующих в закреплении. Кроме того, модуль демпфирующий закрепляет колесную пару как за наружную, так и за внутреннюю выемку колеса, что также способствует повышению надежности закрепления состава, а значит, страхует вагоны от повреждений и повышает безопасность движения поездов.
Соединение электропривода того и другого модуля через зубчатую муфту ограничения момента с винтовым домкратом позволяет увеличить ход привода до 1 м, а, значит, увеличить и ход шины, что обеспечит гарантированное вхождение шины во внутренние выемки колес и надежное закрепление состава. Тем самым будет устранена возможность сдвигания состава, а значит, и возможность повреждения вагонов, что способствует повышению безопасности движения поездов.
Блок удержания состава гарантирует надежное закрепление и удержание составов весом до 10000 тонн на уклоне до 3‰.