Жесткое сцепное устройство с универсальным прицепным хвостовиком для вагонов железнодорожного транспорта

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к жестким сцепным устройствам подвижного состава, которые предназначены для автоматического сцепления вагонов. Основной особенностью жестких сцепных устройств, по сравнению с нежесткими, является отсутствие взаимного перемещения головных частей сцепок относительно друг друга в вертикальном направлении, что дает ряд преимуществ. Например, возможность эксплуатации вагонов с высокими скоростями (более 160 км/час), отсутствие саморасцепления вагонов при авариях, возможность установки герметичного перехода между вагонами и меньшая шумность при движении. В связи с этим сцепки данного типа получают все большее распространение на пассажирских вагонах и электропоездах и эксплуатируются уже более 10 лет, в том числе на вагонах поездов постоянного формирования, а также на всем парке двухэтажных вагонов.

Известна по патенту №149527 на полезную модель РФ автоматическая беззазорная сцепка для пассажирского подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащая два однотипных тяговых корпуса с установленными в них однотипными поглощающими аппаратами, две однотипные сцепные головки с направляющим элементом, каждая сцепная головка включает приемное отверстие, замковое устройство, хвостовик, центрирующее устройство и сферический шарнирный узел, выполненный на основе тяговой проушины вилочной формы, являющейся продолжением тягового корпуса сцепки. Проушина сориентирована так, что ось ее отверстия занимает вертикальное положение, а в отверстия проушины вставлен палец, на который установлен внутренним кольцом неразъемный сферический подшипник скольжения "сталь по стали". Каждая сцепная головка опирается на центрирующее устройство, подвешенное к вагону на маятниковых подвесках.

Использование данного сцепного устройства позволяет получить надежное жесткое соединение сопрягаемых сцепок.

Недостатком этого устройства является сравнительно высокая стоимость и отсутствие возможности его установки в подавляющее большинство отечественных пассажирских вагонов, имеющих хребтовую балку, предназначенную для установки в нее автосцепки СА-3, без одновременной замены упряжи (поглощающего аппарата с тяговым корпусом или хомутом, через который нагрузка передается от сцепки к вагону). Кроме этого в сцепке применен импортный сферический подшипник, поскольку отечественная промышленность не выпускает равноценный аналог. Отсутствуют так же отечественные аналоги материала для рабочих элементов поглощающего аппарата.

Известна по книге "Автосцепные устройства железнодорожного подвижного состава железных дорог", Коломийченко В.В., М. Транспорт, 2002. - стр. 25, конструкция паровозного сцепного устройства, соединяемого с рамой цилиндрическим шарнирном, содержащем один цилиндрический вертикально расположенный шкворень. Достоинством его является сравнительная простота и надежность. Недостатком является возможность его использования только для нежесткой сцепки, поскольку шарнир обеспечивает лишь одну степень свободы взаимного перемещения вагонов - в горизонтальной плоскости.

Известно по патенту №3335882 на изобретение Японии сцепное устройство для железнодорожных вагонов, крепление которого к вагону осуществляется с помощью двух шарнирных узлов. Их оси расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и выполнены в виде круглых шкворней, расположенных один горизонтально, а другой - вертикально.

Достоинством этой конструкции является сравнительная простота и надежность соединения, а также возможность ее использования для жесткой сцепки. Однако ее недостатком является невозможность применить данное техническое решение для вагонов, приспособленных к использованию автосцепки СА-3 как в силу больших габаритов, так низкой продольной устойчивости сцепки при сжатии.

Известно по книге «Сцепные и автосцепные устройства подвижного состава». Беляев В.И., Ступин Д.А. М.: ТРАНСИНФО, 2012. - стр. 101-104 автоматическое жесткое сцепное устройство подвижного состава железнодорожного транспорта, содержащее две сцепки, оборудованные одинаковыми корпусами, каждый из которых включает голову с приемным отверстием и хвостовик, соединенный с головой с помощью резьбы и содержащий сферический шарнирный узел по патенту №2415043 на изобретение РФ. Причем в корпусе шарнирного узла выполнено отверстие для установки вертикально ориентированного плоского шкворня (клина, заимствованного с автосцепки СА-3). В упряжи автосцепки СА-3 клин установлен с большим зазором в трапециевидные отверстия выполненные на тяговом корпусе поглощающего аппарата. Наличие этого зазора обеспечивает сцепкам необходимую свободу перемещений в горизонтальной плоскости, а вертикальные взаимные перемещения в них осуществляются за счет относительного проскальзывания голов. В рассматриваемом устройстве возможность поворота клина при взаимном повороте сцепок конструктивно исключается, и все перемещения сцепок относительно вагонов осуществляются за счет сферического шарнира. В силу этого, как и в ранее рассмотренных аналогах, замена этой сцепки на автосцепку СА-3 (как и наоборот) возможна только в комплекте с новой упряжью.

Достоинством данного сцепного устройства является сравнительно высокий ресурс, бесшумность, а также минимальные требования к переделке имеющейся упряжи автосцепки СА-3. Недостатками являются сложность конструкции шарнира и высокая трудоемкость изготовления, а также отсутствие универсальности в части возможности обеспечения взаимозаменяемости с автосцепкой СА-3 без демонтажа упряжи. Однако по своей технической сущности данное решение по соединению сцепки с вагоном наиболее близко к предлагаемому решению и может быть принято в качестве прототипа.

В настоящее время актуальным вопросом является замена нежесткой автосцепки СА-3, применяемой на подавляющем большинстве пассажирских и грузовых вагонов ОАО "РЖД", на жесткое сцепное устройство.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции жесткого сцепного устройства и обеспечение его полной взаимозаменяемости с автосцепкой СА-3 без замены упряжи.

Решение задачи достигается тем, что в заявляемом изобретении жесткого сцепного устройства использовано новое техническое решение, обеспечивающее универсальность устройства благодаря полной взаимозаменяемости с автосцепкой СА-3 без смены упряжи, при одновременном повышении надежности работы и ресурса, а также упрощении конструкции и снижении массы сцепного устройства.

Поставленная задача решается следующим образом.

В предлагаемом жестком сцепном устройстве корпус сцепки состоит из головы и прицепного хвостовика, соединенных с помощью, цилиндрического шарнира. Шарнир состоит из трех проушин и пальца (шкворня) круглого сечения, ось которого расположена горизонтально. При этом две проушины выполнены заодно с головой корпуса сцепки, а одна проушина выполнена заодно с хвостовиком. На другом конце хвостовика выполнено отверстие для плоского шкворня, заимствованного с автосцепки СА-3.

Форма и присоединительные к упряжи размеры хвостовика выполнены в полном соответствии с формой и присоединительными размерами хвостовика автосцепки СА-3.

Таким образом, благодаря применению прицепного хвостовика предлагаемое жесткое сцепное устройство полностью решает задачи взаимозаменяемости с автосцепкой СА-3 без замены упряжи. При этом по сравнению с прототипом повышается надежность сцепного устройства, снижается трудоемкость его изготовления и обслуживания поскольку в эксплуатации нет необходимости в периодических регулировках шарнира. В связи с меньшим количеством и меньшей сложностью входящих в шарнир деталей сокращается также количество запасных частей, а, в связи с унификацией хвостовиков предлагаемой жесткой сцепки и СА-3, отпадает необходимость в разработке специализированной упряжи. Кроме того, появляется возможность использования жестких сцепных устройств других моделей при доработки их под установку универсального прицепного хвостовика.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид сцепного устройства в сцепленном состоянии.

На фиг. 2 представлен вид сбоку сцепного устройства в сцепленном состоянии.

На фиг. 3 представлен корпус сцепки.

На фиг. 4 представлен фрагмент корпуса, соединение хвостовика с головой.

Жесткое сцепное устройство для вагонов железнодорожного транспорта содержит две сцепки 1 и 1А и два центрирующих устройства 2. Корпуса сцепок одинаковы и состоят из головы 3 и хвостовика 4 соединенных между собой с помощью цилиндрического шарнира 5 с горизонтально расположенным круглым шкворнем 6, установленным в проушину 7 хвостовика 4 и проушины 8 головы корпуса сцепки 3. На одну из сцепок установлены механизмы сцепления 9, а на другую установлены механизм расцепления 10, направляющий конус 11 и детали его крепления 12. Сцепки своими хвостовиками 4 установлены на тяговых корпусах 13 и закреплены с помощью плоских шкворней 14 для чего в хвостовике 4 имеется вертикальное отверстие 15 соответствующее по размеру отверстию хвостовика автосцепки СА-3. Шкворень 6 шарнира закреплен от выпадения с двух сторон с помощью крышек 16 винтами 17. Для периодической смазки в шкворне выполнены соответствующие отверстия, обеспечивающие поступление смазки в зоны трения.

Для повышения показателей ремонтопригодности и износостойкости шарнира в проушину 7 хвостовика 4 и проушины 8 головы корпуса сцепки 3 установлены с натягом износостойкие втулки 18 и 19, которые могут быть выполнены, в том числе, разрезными или свернутыми из листа. С целью ограничения относительных вертикальных перемещений вагонов (сцепок) на хвостовиках 4 или голове корпуса 3 могут быть выполнены упоры 20 ограничивающие угол поворота головы относительно хвостовика.

Дополнительное увеличение ресурса шарнира может быть обеспечено за счет применения износостойкого покрытия на трущихся поверхностях круглого шкворня 6 и износостойкой втулки 18 в проушине 7 хвостовика 4 или износостойких втулок 19 в проушинах 8 головы корпуса сцепки 3, например, цементации, борирования или использования различных полимерных покрытий.

Устройство работает следующим образом.

Находясь в сцепленном состоянии, сцепное устройство обеспечивает возможность взаимного перемещения соединенных им вагонов аналогично возможностям прототипа. Так при горизонтальных относительных перемещениях вагонов, например, в случае прохождения кривых, а также рыскания и колебаниях вагонов в поперечном направлении, каждая из сцепок устройства поворачивается вместе с плоским шкворнем 14 в горизонтальной плоскости на необходимый угол, за счет трапециевидной формы отверстия 21 в тяговом корпусе 13 в точном соответствии, как это происходит в автосцепке СА-3.

Возможность относительных вертикальных взаимных перемещений вагонов, из-за вертикальных колебаний и галопирования подрессоренной части, а также неровностей пути, обеспечиваются за счет поворота каждой из сцепок 1 и 1А вокруг горизонтально расположенного круглого шкворня 6 цилиндрического шарнира 5. Если величина угла поворота сцепок превышает допустимую величину, в работу вступают упоры 20, ограничивающие относительные взаимные перемещения вагонов.

При взаимных угловых колебаниях вагонов относительно продольной оси, а также взаимных относительных перемещениях в пределах ходов поглощающего аппарата, предлагаемое устройство работает в точном соответствии с работой автосцепки СА-3 за счет имеющихся конструктивных зазоров между деталями сцепки и упряжи.

Таким образом, обеспечивается в необходимых пределах свобода перемещений вагонов друг относительно друга.

Сборка и установка на вагон предлагаемого жесткого сцепного устройства осуществляется следующим образом. Производится запрессовка износостойкой втулки 18 в проушину 7 хвостовика 4 и втулок 19 в проушины 8 головы корпуса сцепки 3. Затем производится сборка корпуса сцепки путем соединения головы 3 с хвостовиком 4 с помощью шкворня 6. После чего на проушины 8 головы крепятся крышки 16 с помощью винтов 17, на голову корпуса сцепки 1 устанавливаются механизмы сцепления 9, а на голову корпуса сцепки 1А устанавливаются механизмы расцепления 10 и центрирующий конус 11 с деталями его крепления 12.

Установка сцепок на вагон осуществляется следующим образом. Собранная сцепка устанавливается хвостовиком 4 в тяговый корпус 13 до совпадения отверстий 15 на хвостовике 4 и трапециевидного отверстия 21 на тяговом корпусе 13 и фиксируется от выпадения плоским шкворнем 14 штатным для автосцепки СА-3 образом.

Заявителем изготовлены и испытаны в стендовых условиях опытные макетные образцы устройства.

Из изложенного следует, что благодаря простоте конструктивного исполнения связи прицепного хвостовика с головой корпуса сцепки и упряжью, использовании в упряжи унифицированного клина автосцепки СА-3 и унификации посадочных мест прицепного хвостовика и хвостовика автосцепки СА-3 обеспечивается возможность быстрой установки предлагаемого жесткого сцепного устройства вместо автосцепки СА-3 без замены упряжи. Кроме того, появляется возможность применения других имеющихся типов жестких сцепных устройств, после их доработки под установку универсального прицепного хвостовика, для модернизации пассажирских и грузовых вагонов специального назначения, оборудованных нежесткой автосцепкой СА-3.

Совокупность существенных признаков обеспечивает предлагаемого изобретения новизну и промышленную применимость.