Тяговый узел подвижного состава

Полезная модель относится к железнодорожной технике, точнее к тяговым устройствам непрерывного действия, с буферными устройствами, включающими крэш-аппараты, установленными в хребтовой балке.
В настоящем описании термины будут использоваться в следующем толковании:
вагон: в данном описании для краткости так будет называться любая единица подвижного состава, как несамоходного, так и тягового или мотор-вагонного;
деформирующий элемент: деталь или узел, непосредственно воздействующие на крэш-элемент для его деформации с целью поглощения энергии столкновения;
крэш-аппарат: устройство для поглощения кинетической энергии аварийного столкновения подвижного состава за счет контролируемой необратимой деформации входящего в его состав крэш-элемента;
крэш-элемент: необратимо деформируемая деталь, на деформацию которой расходуется энергия столкновения;
матрица: деформирующий элемент, деталь крэш-аппарата, в которую вдавливается трубчатый крэш-элемент, на редуцирование которого расходуется энергия столкновения; в уровне техники встречается эквивалентное, хотя и не вполне корректное название «фильера»;
оправка: деталь крэш-аппарата, на которую насаживается трубчатый крэш-элемент, на раздачу которого расходуется энергия столкновения, в уровне техники встречается эквивалентное название «пуансон»;
передний и задний, перед или позади (за): направлением вперед считается направление от вагона к сцепке;
сцепка (сцепная головка): головная часть сцепного устройства, непосредственно сопрягаемая с головной частью смежного вагона;
сцепное устройство: устанавливаемый на концевых частях единиц подвижного состава комплект сборочных единиц и деталей для их сцепления (механического соединения), передачи и амортизации продольных сил вне зависимости от того, является ли оно автосцепным или сцепным и каково конструктивное исполнение его непосредственно сопрягаемых головных частей (сцепок). Согласно ГОСТ 33434-2015 включает сцепку, поглощающий аппарат и устройство, передающее нагрузку на раму.
Известен тяговый узел, включающий хребтовую балку с жестко скрепленными с нею передними и задними упорами, установленный в балке между упорами с возможностью продольного перемещения соединенный со сцепкой тяговый хомут, содержащий поглощающий аппарат [В.Н. Соколов и др. Общий курс железных дорог. - М.: УМК МПС России, 2002, с. 168]. Недостатком известного устройства является отсутствие в нем крэш-аппарата, способного неупруго поглощать энергию аварийного соударения в десятки раз большую, чем поглощающий аппарат в тяговом хомуте. Максимальная энергоемкость известных поглощающих аппаратов не превышает 200 кДж, тогда как для обеспечения безопасности при аварийных столкновениях требуется энергоемкость, по меньшей мере, на порядок-полтора большая.
Известен также тяговый узел, содержащий сцепку, хребтовую балку с установленными в ней и жестко скрепленными с нею передним и задним упорами, тяговым хомутом с поглощающим аппаратом, а также крэш-аппарат, установленный между сцепкой и тяговым хомутом, состоящий из телескопически сочлененных внешнего трубчатого крэш-элемента и внутренней трубы с оправкой в качестве деформирующего элемента, при аварии вдавливаемой в крэш-элемент [RU №64168 U1].
Недостатком известного устройства является его ненадежность в аварийных случаях из-за риска складывания или выгибания сочлененных труб крэш-аппарата в поперечном направлении при косых соударениях. Кроме того, оно ненадежно при авариях в холодном климате, когда охрупченная морозом труба внешнего крэш-элемента может быть распорота оправкой по образующей, перестав вследствие этого поглощать энергию столкновения.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является тяговый узел, содержащий сцепку, хребтовую балку внутри которой расположены жестко скрепленный с нею передний и подвижной задний упоры, тяговый хомут с поглощающим аппаратом, расположенный между упорами, и установленный за задним упором крэш-аппарат, состоящий из жестко скрепленной с хребтовой балкой заклепками или болтами П-образной плиты с отверстием, на которой установлен деформирующий элемент в виде механических резцов, закрепленных по периферии отверстия, и трубчатого крэш-элемента, передний конец которого соединен сваркой с задним упором, а задним конец заправлен между резцами деформирующего элемента. Хребтовая балка служит силовым корпусом и направляющей для тягового хомута, подвижного заднего упора и крэш-аппарата и потому функционально является частью тягового узла [RU №2559870 С2].
Недостатками известного устройства является то, что в нем функции фактического заднего упора, то есть элемента, передающего через хребтовую балку толкающее усилие раме вагона, и элемента крэш-аппарата совмещены в опорной плите, установленной глубоко внутри хребтовой балки и образующей с ней неразъемное соединение. Даже будучи болтовым оно фактически является неразъемным, поскольку отвернуть с одной стороны, не придерживая с другой стороны гайку, болты, затянутые много лет назад при сборке хребтовой балки невозможно. В случае аварии заменить опорную плиту при ее повреждении и даже просто заправить в нее конец нового крэш-элемента будет весьма трудоемким делом. Срок службы вагонной рамы, частью которой является хребтовая балка, очень велик, авария может произойти спустя многие годы после изготовления вагона, и потому нельзя исключить отказ в момент аварии одного или нескольких резцов из-за коррозии, выкрашивания, поломки или потери крепящих болтов. Это приведет, как минимум, к снижению усилия на крэш-аппарате или даже к выворачиванию вбок крэш-элемента из-за несимметричного нагружения. Хуже того, невозможно даже проверить состояние крэш-аппарата во время капитального ремонта вагона, так как плита с резцами находится в глубине хребтовой балки.
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности работы известного тягового узла в аварийных ситуациях и снижение трудоемкости ремонта после аварии.
Технический результат от использования предложенной полезной модели состоит в повышении надежности работы тягового узла в аварийных ситуациях, снижение трудоемкости послеаварийного или капитального ремонта.
Указанный технический результат достигается тем, что в тяговый узел, включающий хребтовую балку, внутри которой расположены жестко скрепленный с нею передний и подвижной задний упоры, тяговый хомут с поглощающим аппаратом, расположенный между упорами, и установленный за задним упором крэш-аппарат, трубчатый крэш-элемент которого скреплен передним концом с задним упором, а второй конец заправлен в деформирующий элемент, установленный на плите с отверстием, дополнительно введен упорный элемент, закрепленный в хребтовой балке позади плиты с деформирующим элементом, которая установлена в хребтовой балке с возможностью движения и находится в контакте с дополнительным упорным элементом.
Кроме того, деформирующий элемент выполнен в виде матрицы с сужающимся отверстием.
Кроме того, дополнительный упорный элемент выполнен в виде плиты с отверстием.
Кроме того, дополнительный упорный элемент имеет расположенные по периферии плоские зубцы, перпендикулярные плоскости плиты, обращенные назад и находящиеся в контакте со стенками хребтовой балки.
Благодаря введению дополнительного упорного элемента, закрепленного в хребтовой балке позади плиты с деформирующим элементом, и выполнению указанной плиты с возможностью движения внутри хребтовой балки и установки ее в контакте с дополнительным упорным элементом, создается возможность нетрудоемкого извлечения крэш-аппарата из хребтовой балки и установки его в нее при капитальном ремонте или после аварии, полного и непосредственного контроля его состояния, ремонта или замены поврежденных элементов вне вагона, в удобных условиях.
Отверстие в дополнительном упорном элементе служит для пропуска редуцированного при столкновении конца крэш-элемента.
Благодаря применению в предложенном устройстве крэш-аппарата с трубчатым крэш-элементом и деформирующим элементом в виде матрицы с сужающимся отверстием, повышается надежность тягового узла как поглотителя энергии соударения, в частности, в условиях холодного климата.
Благодаря выполнению дополнительного упорного элемента в виде плиты с зубцами, находящимися в контакте со стенками хребтовой балки, создается возможность использования менее трудоемкого, чем клепка процесса соединения плиты с балкой посредством сварки, при сохранении надежности соединения. Применение сварки вместо клепки позволяет также избежать сверления многочисленных отверстий в хребтовой балке, что снижает трудоемкость ее изготовления и повышает прочность.
Наличие зубцов у дополнительного упорного элемента позволяет увеличить протяженность сварных швов, скрепляющих его с хребтовой балкой, снизить удельную нагрузку на стенки балки и повысить тем самым надежность соединения.
Существо полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид сбоку на предложенный тяговый узел.
На фиг. 2 изображен вид сверху на фрагмент предложенного тягового узла с крэш-аппаратом в увеличенном в 2 раза по сравнению с фиг. 1 масштабе.
Предложенный тяговый узел состоит из сцепки 1, в качестве которой может служить как стандартная автосцепка, так и беззазорное сцепное устройство той или иной конструкции. Хвостовая часть 2 сцепки 1 клином 3 соединена с передним концом тягового хомута 4, содержащего поглощающий аппарат 5. Хвостовая часть 2 и тяговый хомут 4 с поглощающим аппаратом 5 установлены внутри хребтовой балки 6 вагона, содержащей жестко скрепленный с ней передний упор 7 и установленный внутри нее позади тягового хомута 4 задний упор 8. В отличие от переднего упора 7, задний упор 8 не скреплен с хребтовой балкой 6, которая служит для него направляющей, вдоль которой он может перемещаться. Он имеет в плане П-образный профиль и в него частично входит задний конец тягового хомута 4. Для передачи тяговых усилий от тягового хомута 4 упорам 7 и 8 он содержит переднюю и заднюю плиты 9 и 10 соответственно. При этом одна из плит, например задняя плита 10 может быть выполнена заодно с поглощающим аппаратом 5, как часть его корпуса.
Задний упор 8 скреплен с расположенным позади него выполненным в виде трубы крэш-элементом 11. Соединение между ними может быть как разъемным, на болтах, так и неразъемным (см. аналог-прототип), сварным. Разъемное соединение предпочтительнее, так как позволяет ремонтировать крэш-аппарат, заменяя только деформированный крэш-элемент 11. Кроме того, разъемное соединение позволяет регулировать прокладками расстояние между передним 7 и задним 8 упорами, которое должно выдерживаться сравнительно точно.
Второй, задний конец крэш-элемента 11 осажен с образованием конуса и заправлен прессованием в сужающееся отверстие стальной закаленной матрицы 12. Профиль отверстия матрицы может быть коническим, но может быть и более сложным, например, параболическим. Матрица установлена в отверстии плиты 13 и закреплена кольцом 14. Для предотвращения распрессовки крэш-элемента 11, на его выступающий позади матрицы конец насажено стопорное кольцо 15, соединенное с ним сваркой. Элементы 11…15 в сборе образуют крэш-аппарат.
Плита 13 крэш-аппарата находится в плотном контакте с дополнительным упорным элементом 16, выполненным в виде закрепленной в хребтовой балке 6 плиты с отверстием, служащим для пропуска деформированного крэш-элемента 11 в случае аварийного столкновения. Для равномерной передачи огромного усилия соударения хребтовой балке упорный элемент 16 имеет зубцы 17, находящимися в контакте со стенками хребтовой балки и соединенные с нею сваркой. Наличие зубцов позволяет увеличить длину сварных швов, снижая тем самым погонную нагрузку на швы, а также распределить усилие столкновения по стенкам балки.
Работает предложенный тяговый узел следующим образом. Передача тягового усилия вагону происходит обычным образом: от сцепки 1 тяговому хомуту 4, от него через заднюю плиту 10 и поглощающий аппарат 5 передней плите 9, переднему упору 7 и хребтовой балке 6. Толкающее усилие передается по схеме: от сцепки 1 тяговому хомуту 4, от него через переднюю плиту 9, поглощающий аппарат 5 и заднюю плиту 10 передается заднему упору 8 и крэш-элементу 11. В условиях нормальной эксплуатации толкающие усилия не достигают значений, достаточных для проталкивания крэш-элемента через матрицу 12 и они передаются ей и находящемуся в контакте с ней дополнительному упорному элементу 16, а через него - хребтовой балке, служащей направляющей для тягового хомута и заднего упора.
В случае аварийного столкновения схема передачи толкающего усилия остается той же. Но усилие оказывается настолько большим, что его достаточно для проталкивания крэш-элемента 11 в отверстие матрицы 12. При проталкивании крэш-элемент редуцируется, уменьшаясь в диаметре, на что затрачивается значительная часть энергии столкновения. Остающаяся часть этой энергии распределяется между другими крэш-элементами поезда, например, буферными и межвагонными, а также расходуется на упругую деформацию вагона и его рамы в целом. Ее становится уже недостаточно для повреждения остальных элементов тягового узла - поврежденным оказывается только крэш-элемент, который заменяют, извлекая без особого труда из хребтовой балки.
Использованный в предложенном узле крэш-аппарат с продавливанием крэш-элемента через матрицу отличается высокой надежностью, в частности, в холодном климате, ремонтопригоден, недорог и безотказен даже после многолетней эксплуатации без профилактического обслуживания.
Несмотря на то, что предложенный тяговый узел содержит дополнительный упорный элемент 15, экономия от сокращения эксплуатационных расходов и затрат на капитальный или послеаварийный ремонт по данным эксплуатационных служб оказывается выше стоимости этого элемента. Расходы на его установку в ходе изготовления хребтовой балки благодаря применению сварки также оказываются ниже, чем при использовании заклепочных или болтовых соединений как в прототипе.
Предложений тяговый узел уже внедряется в производство в серии пассажирских вагонов электропоездов.