Назначение, типы и устройство рам грузовых вагонов

 
  Гидроусилитель клапанного типа с автоматической подстройкой его сопротивления в зависимости от скорости соударения вагонов работает в квазистатическом и динамическом режимах нагружения. 
В квазистатическом режиме сжатия аппарата цилиндр 2 гидроусилителя перемещается относительно штока 77. Рабочая жидкость (АМГ-10) при этом из камеры А через отверстие в поршне 4 и щель дифференциального клапана 7, поджатого пружиной 8, и далее через сливное отверстие 6 перетекает в компенсационную камеру Б резинотканевого сильфона 10. Сила сопротивления в таком режиме нагружения незначительна, так как при малой скорости сжатия аппарата гидравлическое сопротивление проходных отверстий мало и рабочая жидкость свободно перетекает из камеры А в компенсационную камеру Б. В динамическом (ударном) нагружении аппарата при больших скоростях его сжатия значительно увеличивается гидравлическое сопротивление проходных отверстий в поршне 4 и уплотняющим кольцом 3 и перепада давления на поршне до величины, на которую настроен дифференциальный клапан. После прекращения сжимающих сил дифференциальный клапан 7 возвращается в исходное положение, пружина 9, взаимодействуя с цилиндром 2 и крышкой 72, возвращает детали гидроусилителя в исходное положение. Одновременно рабочая жидкость из компенсационной камеры Б через отверстие 5 и щель клапана 7 перетекает в камеру А. Заправка гидроусилителя рабочей жидкостью производится через отверстие 7. Из-за наличия фрикционного и гидравлического узлов поглощающий аппарат ПГФ-4 относится к гидрофрикционному типу, обеспечивающему поглощение энергии удара бла¬годаря рассеиванию работы сил фрикционного взаимодействия деталей фрикционного узла и сопротивления гидроусилителя.

8.3. Гидравлические  поглощающие аппараты 
  Действие гидравлических поглощающих аппаратов основано на протекании жидкости через калиброванные (дроссельные) отверстия из одной полости в другую, что создает упругое сопротивление при ударах в автосцепку. Для обеспечения восстановления аппарата в исходное состояние и быстрой подготовки его к восприятию последующих ударных нагрузок в качестве упругого элемента применяют инертный газ. Гидрогазовые поглощающие аппараты разработаны в двух вариантах: ГА-ЮМ и ГА-500. 
Гидравлический поглощающий аппарат ГА-100М (рис. 3.60, а) состоит из корпуса 7, имеющего цилиндрическую внутреннюю поверхность; нажимного поршня (стакана) 2, внутри которого размещен плавающий поршень 3; промежуточного дна 4, закрепленного в корпусе стопорными кольцами 7; второго плавающего поршня 5; штока б, который проходит через центральное отверстие промежуточного дна 4 и упирается одним концом в поршень 5. Другой конец штока меньшего диаметра свободно проходит в центральное отверстие днища поршня 2, в котором находятся дроссельные отверстия 8 и перепускные пазы 9. 
В аппарате имеются три основные полости А, В и С. Полость А низкого давления заполняется нейтральным газом — азотом при начальном давлении 0,4 МПа. Полость В заливается рабочей жидкостью АМГ. Полость С высокого давления заполняется нейтральным газом при начальном давлении 9 МПа. 
Под действием внешней нагрузки Т поршень 2 перемещается внутрь корпуса 7 вдоль неподвижного штока б. При этом рабочая жидкость через дроссельные отверстия 8 и пазы 9 перетекает из полости В в пространство B1, (рис. 3.60, б), воздействуя на плавающий поршень 3, перемещая его и сжимая газ в полости А. При дальнейшем движении днище поршня 2 упирается в выступ штока б, перекрывает пазы 9, увеличивая гидравлическое сопротивление аппарата. Затем под действием поршня 2 шток 6 начинает перемещаться, давит на плавающий поршень 5, преодолевая давление сжатого газа в полости С и сдвигая его вправо.

 
  Таким образом, в полостях  А и С повышается давление  газа, что способствует сравнительно  быстрому возвращению частей  аппарата в исходное положение  при снижении силы Т. 
Положительным качеством гидравлических аппаратов является более выгодная форма силовой характеристики (рис. 3.60, в). Здесь сила удара в процессе сжатия не имеет скачков, что обеспечивает плавное движение вагонов в поезде, а также при маневровых соударениях. Кроме того, чем больше скорость соударения, тем выше энергоемкость аппарата, то есть обеспечивается саморегулирование характеристик. Это следует из диаграммы (рис. 3.60, в), где скорости соударения V1 < V2 < V3. 
Гидравлический поглощающий аппарат ГА -500 (рис. 3.61) состоит из корпуса 2 и входящего в него плунжера 8. В аппарате две газовые А и Б и три гидравлические В, Г и Д камеры. Камеры В и Д разделены промежуточным дном 4, в котором укреплен регулирующий стержень 5, имеющий продольные профилирующие канавки. Газовая камера низкого давления А отделена от гидравлической камеры Д плавающим поршнем 3; 1 — заглушки заправочных отверстий.

 
  Гидравлические камеры В и  Г разделены жестко закрепленной  в плунжере 8 диафрагмой 6, которая  снабжена центральным отверстием  для пропуска регулирующего стержня  5 и дополнительными дроссельными  отверстиями, перекрываемыми обратным  клапаном. 
Связь гидравлических камер В и Д осуществляется также через дроссельные отверстия в промежуточном дне 4. Зарядка газовых камер азотом производится через штуцера 1, снабженные прямыми клапанами. Зарядное давление газа в камере А составляет 3,5 МПа, в камере Б— 9 МПа. Рабочей жидкостью в гидравлических камерах служит масло АМГ-10. 
Работа аппарата ГА-500 сводится к следующему. При воздействии на аппарат продольных сжимающих сил плунжер 10 входит внутрь корпуса 2, вытесняя жидкость из камеры В через отверстия жиклеров в промежуточном дне 4 в камеру Д и сжимая газ в камере А При дальнейшем перемещении плунжера 10 плавающий поршень 3 упирается в дно корпуса 2, жидкость из камеры В при этом через отверстия жиклеров в диафрагме 6 и профильные канавки штока 5 перетекает в камеру Г, перемещая плавающий поршень 7 и сжимая газ в камере Б. Перетекание жидкости через калиброванные отверстия создает сопротивление, зависящее от скорости приложения нагрузки к аппарату. 
После снятия с аппарата сжимающих сил давлением газа в газовых камерах А и Б на плавающие поршни 3 и 7 жидкость из камер Д и Г выжимается в камеру В, в результате чего происходит восстановление аппарата. Наличие в аппарате регулирующего элемента в виде стержня 5, имеющего профильные канавки, позволяет создавать необходимое сопротивление аппарата в зависимости от скорости соударения единиц подвижного состава, что обеспечивает улучшение условий его работы. 
Гидравлический аппарат ГА-500 может быть использован как для четырехосного так и для восьмиосного подвижного состава. Аппараты данного типа в отличие от пружинно-фрикционных не требуют приработки и реализуют свою максимальную энергоемкость с момента начала эксплуатации. 
Основные параметры рассмотренных выше поглощающих аппаратов приведены в табл. 3.8.

 
  Для разрабатываемых конструкций  аппаратов в связи с перспективными  условиями эксплуатации удлиненных  поездов установлены следующие  основные требования: динамическая  энергоемкость при продольной  силе 1,5 МН должна быть не менее  45 кДж; максимальный ход аппарата  — 70—100 мм; сила начальной затяжки  — в пределах 25—50 кН; коэффициент  необратимого поглощения энергии  — не менее 0,5.

8.4. Поглощающие  аппараты пассажирских вагонов 
   На российских железных дорогах с 1947 г. и до настоящего времени на ряде пассажирских вагонов еще используются поглощающие аппараты типа ЦНИИ-Н6, а с 1969 г. вновь строящиеся пассажирские вагоны оснащают резинометаллическими поглощающими аппаратами типа Р-2П. Повышенную энергоемкость имеет поглощающий аппарат Р-4П, который используют в рефрижераторном подвижном составе. С учетом удовлетворения перспективным требованиям разработан новый резинометаллический аппарат Р-5П. 
Пружинно-фрикционный аппарат типа ЦНИИ-Н6 (рис. 3.62) применяется в пассажирских вагонах. Он состоит из двух частей: пружинной и пружинно- фрикционной, стянутых болтом 9. Пружинно-фрикционная часть по конструкции и принципу действия аналогична рассмотренной выше (см. рис. 3.54, а). Эта часть имеет шестигранную горловину 5, нажимной конус 8, три фрикционных клина 7, нажимную шайбу б, наружную 11 и внутреннюю 10 пружины.

 
  Пружинная часть состоит из  основания 1, центральной пружины  13, четырех угловых длинных 3 и  четырех коротких 2 пружин, одетых  на концы цилиндрических упорных  стержней 4, имеющих в средней  части утолщение. Короткие пружины  2 размещаются в угловых нишах  основания 1, а длинные 3, взаимозаменяемые  с внутренней пружиной 10, в нишах  горловины 5. 
При воздействии силы, соответствующей точке А диаграммы (рис. 3.62), вступает в работу пружинная часть: сжимаются центральная 75 и четыре длинных угловых пружины 3, обладающие меньшей жесткостью по сравнению с короткими пружинами 2. 
При сближении горловины 5 с корпусом 1 и сжатии пружин 13 и 3 на 23 мм цилиндрические угловые приливы 12 продвинутся на величину а. Торцы приливов 12 коснутся упорных стержней 4, которые начнут продвигаться в сторону основания 1, сжимая своими буртами короткие угловые пружины 2.Дальнейшее сжатие аппарата продолжается до соприкосновения горловины 5 с основанием 1, что соответствует точке В' на диаграмме. До этого момента уже вступает в действие пружинно-фрикционная часть, имеющая большую жесткость по сравнению с пружинной частью аппарата. Таким образом, обеспечивается плавный переход от работы пружинной к пружинно-фрикционной части. Сжатие аппарата заканчивается при его полном ходе и достижении конечного сопротивления, соответствующего точке В на диаграмме. Отдача аппарата происходит по ломаной линии ВСЕ. Площадь диаграммы OABD соответствует энергоемкости аппарата, ЕАВС — необратимо поглощенной энергии. 
Поглощающий аппарат Р-2П (рис. 3.63) (Р — резиновый, П — пассажирский) взаимозаменяем с аппаратом ЦНИИ-Нб. Этот аппарат отличается простотой конструкции и повышенной надежностью в эксплуатации, хорошей стабильностью работы, более высокой энергоемкостью при меньшей массе по сравнению с пружинно-фрикционными аппаратами.

 
  В передней части корпуса  1 (рис. 3.63, а), имеющего форму хомута, установлена нажимная плита 4, опирающаяся на пакет из девяти  секций резинометаллических элементов  3, разделенных на две части  промежуточной плитой 2. Каждая секция  резинометаллического элемента 3 состоит  из двух металлических пластин,  между которыми расположен слой  морозостойкой резины, соединенной  с пластинами методом горячей  вулканизации. Слой резины по  периметру имеет параболическую  выемку, что обеспечивает деформацию  резины без выжимания за пределы  пластин при полном сжатии  аппарата. Для предотвращения поперечного  смещения резинометаллических элементов  на днище корпуса 1, нажимной 4 и промежуточной 2 плитах, а также  на стальных пластинах секций 3 имеются выступы и соответствующие  им впадины 5. Предварительная  затяжка аппарата обеспечивается  за счет того, что высота пакетов  резино-металлических элементов в свободном состоянии вместе с промежуточной плитой превышает на 13,5 мм расстояние от нажимной плиты 4 до днища корпуса 1. 
  Анализ работы поглощающего аппарата Р-2П показывает (рис. 3.63, б), что в зависимости от увеличения скорости соударения повышается его жесткость — кривая нагружения становится круче (на диаграмме цифрами 4, 6, 8 указаны скорости соударения вагонов в км/ч). Заштрихованная площадь диаграммы получена при сжатии аппарата под прессом и представляет собой необратимо поглощенную энергию. Как следует из анализа диаграммы, положительным качеством аппарата с резинометаллическими элементами является то, что в конце не наблюдается перепадов сил, как это имеет место в пружинно-фрикционных аппаратах. Следовательно, подобные типы аппаратов обеспечивают лучшую плавность движения вагонов в поездах и за счет наличия резиновых элементов снижают уровень шума. 
  В поглощающем аппарате Р-4П резинометаллические элементы подобны элементам, применяемым в аппарате Р-2П. Отличие лишь в толщине, которая составляет 24,2 мм вместо 41,5 у аппарата Р-2П. Силовая характеристика поглощающего аппарата Р-4П аналогична рассмотренной выше. Аппарат Р-4П рекомендован для рефрижераторных вагонов. 
  Поглощающий аппарат Р-5П разработан для перспективных условий эксплуатации пассажирских вагонов. Отличие от аппарата Р-2П в том, что поперечные размеры резинометаллических элементов увеличены, а их толщина уменьшена до 33 мм вместо 41 мм. Установочные размеры аппарата полностью сохранены. 
В комплекс межвагонных связей пассажирских вагонов входят поглощающий аппарат и упругая площадка, от конструкции и параметров которых зависит комфортабельность подвижного состава. Поэтому к межвагонным связям и, в частности, к поглощающим аппаратам для пассажирских вагонов предъявляются особые требования. 
  Основные параметры поглощающих аппаратов пассажирских вагонов приведены в табл. 3.9.

 
  Упругие площадки и межвагонные амортизаторы пассажирских вагонов. Между ударными поверхностями контура зацепления сцепленных автосцепок, клином тягового хомута, отверстиями в хомуте и хвостовике корпуса имеются свободные зазоры. Для нового автосцепного устройства суммарные зазоры могут достигать 40 мм на вагон, а при максимально допустимых износах указанных выше сопрягаемых поверхностей доходить до 100 мм. 
  Под действием продольных сил в пределах этих зазоров сцепленные вагоны свободно перемещаются, создавая резкие удары, рывки и ухудшение плавности хода. Для смягчения таких ударов и рывков пассажирские вагоны оснащают амортизирующими устройствами, обеспечивающими постоянное упругое натяжение сцепленных автосцепок, ликвидируя свободные зазоры и уменьшая тем самым их отрицательное влияние. Цельнометаллические пассажирские вагоны для этой цели оборудуют центральными упругими переходными площадками, которые располагаются в торцевых стенах кузова. Кроме упругого натяжения автосцепок и амортизации ударов при сцеплении вагонов, трогании поезда и других переходных режимах, они обеспечивают безопасный переход пассажиров из вагона в вагон во время движения поезда. 
Одна из первых конструкций включает в себя вертикальную раму, нижняя часть которой соединена с тарелями буферов, а верхняя — с хомутом листовой рессоры. Над буферной балкой рамы шарнирно укреплен откидывающийся мостик, служащий для перехода пассажиров между вагонами. Плоскость рамки выходит за линию зацепления автосцепок на 65 мм. Поэтому сцепленные вагоны всегда находятся под упругим распором силой 9,14 кН. В дальнейшем вместо рамки и переходной гармоники в упругой площадке стали применять резиновые уплотнения, выполненные в виде замкнутых профилей большого диаметра, укрепленные на торцевой стене вагона. Такие резиновые уплотнения устанавливаются и на все новые упругие переходные площадки, а также при модернизации на старые вагоны. Распорное усилие при сцепленных вагонах составляет 8,72 кН, а конечная нагрузка при полном сжатии 18 кН. Упругие площадки, кроме продольных, способствуют гашению вертикальных колебаний за счет сил трения между тарелями буферов. Эффективность гашения в значительной степени зависит от распорного усилия буферов, размеров вертикальных зазоров в них, а также от состояния поверхностей тарелей — наличия смазки и влаги. 
Для вновь проектируемых пассажирских вагонов предусмотрено наличие межвагонных гасителей колебаний. Для фрикционных гасителей сила трения, препятствующая вертикальному смещению кузова, должна составлять 20—28 кН.

Назначение тормозов

В процессе движения поезда на него действуют силы, различные  по своему характеру и направлению. Различают силы внешние (например, сила сопротивления движению от уклона) и внутренние (например, сила трения в моторно-осевых подшипниках). Внешние  силы можно разделить на управляемые (сила тяги) и неуправляемые (силы сопротивления  движению). В зависимости от соотношения  управляемых и неуправляемых  сил, поезд может двигаться ускоренно, замедленно или с равномерной  скоростью.  
Сила тяги — внешняя движущая сила, которая создается тяговыми электродвигателями локомотива во взаимодействии с рельсами. Она приложена к ободу колес в направлении движения. Для остановки поезда необходимо исключить действие силы тяги, т. е. отключить тяговые двигатели локомотива. Однако поезд продолжит движение по инерции за счет накопленной кинетической энергии и до полной остановки пройдет значительное расстояние. Чтобы обеспечить остановку поезда в требуемом месте или снижение скорости движения на определенном участке следования, необходимо искусственно увеличить силы сопротивления движению.  
Устройства, применяемые в поездах для создания искусственного сопротивления движению, называются тормозами, а силы, создающие искусственное сопротивление движению, — тормозными силами.  
Тормозные силы и силы сопротивления движению гасят кинетическую энергию движущегося поезда.