3.7.1 Пружинно-фрикционные аппараты

Пружинно-фрикционные аппараты автосцепки получили наибольшее распространение в вагонах из-за простоты и возможности их проектирования с удовлетворительными параметрами. Основная часть подвижного состава российских железных дорог оснащена пружинно-фрикционными поглощающими аппаратами шестигранного типа — аппаратами Ш-1-ТМ, которыми оборудовались четырехосные грузовые вагоны постройки до 1979 г., а затем преимущественно аппаратами Ш-2-В. Восьмиосные вагоны оснащались аппаратами типа Ш-2-Т и Ш-4-Т, имеющими отличие в габаритных размерах (Ш — шестигранный, Т — термически обработанный, М — модернизированный, В — взаимозаменяемый). Эти аппараты сходны между собой по конструкции и различаются в основном параметрами: энергоемкостью, ходом, первоначальной и конечной силой сжатия.

Пружинно-фрикционные аппараты шестигранного типа (рис. 3.54, а) состоят из корпуса 1 с шестигранной горловиной, в которой размещены нажимной конус 7 и три клина 6. Внутри корпуса поставлена двухрядная пружина: наружная 4 и внутренняя 3, сверху которой уложена нажимная шайба 5. С целью увеличения высоты пружины у аппаратов Ш-2-В, Ш-2-Т и Ш-4-Т отсутствует нажимная шайба.

Из анализа силовой характеристики (ди¬аграммы) (рис. 3.54, б), показывающей зависимость между силой нажатия T в МН и величиной сжатия аппарата в мм, действие пружинно-фрикционных аппаратов сводится к следующему. Точка А диаграммы соответствует силе, возникающей от предварительного сжатия стяжным болтом 2, а точка В — усилию конечного сжатия при полном ходе X аппарата, когда нажимной конус 7 (см. рис. 3.54, а) полностью входит в корпус 1.При превышении силы предварительного сжатия (Т. А ), действующей на нажимной конус 7, фрикционные клинья 6, прижимаясь к внутренней поверхности горловины, перемещаются внутрь корпуса 1, передавая усилия на пружины 3 и 4 через нажимную шайбу 5. Давление клиньев на горловину корпуса возрастает по мере сжатия пружин, а следовательно, увеличиваются силы трения между трущимися поверхностями и силы сопротивления аппарата до величины, соответствующей точке В на диаграмме (см. рис. 3.54, б).

После уменьшения сжимающей силы до величины, соответствующей точке С, клинья остаются неподвижными вследствие удержания их силами трения. Дальнейшее уменьшение силы приведет к восстановлению (отдаче) аппарата за счет упругих сил пружин, которые по величине превышают силы трения клиньев о корпус. В точке Е диаграммы аппарат полностью восстановится и будет готов к восприятию следующего удара.

Для того чтобы клинья при перемещении не перекашивались и не смещались в сторону, они сделаны в форме угла, а горловина корпуса аппарата выполнена шестигранной формы, т.е. клинья перемещаются по направляющим.

Для облегчения восстановления аппарата грани горловины корпуса выполнены с уклоном 2° в наружную сторону.

Основные параметры аппарата определяют по его диаграмме: площадь OABD — энергоемкость; АВСЕ — необратимо поглощаемая энергия; OECD — потенциальная энергия деформации пружин, преодолевающая работу сил трения и возвращающая детали в исходное положение. После сборки аппарата и сжатия его под прессом на стягивающий болт навинчивают гайку, под которую ставят временную подкладку толщиной 10 мм, что обеспечивает свободную постановку его на вагон, а после первого удара в автосцепку и выпадания подкладки аппарат занимает нормальное положение в распор между задними и передними упорами.
Пружинно-фрикционный аппарат типа Ш-6-ТО-4 разработан для грузового четырехосного подвижного состава. Он состоит из корпуса 4 (рис. 3.55), выполненного за одно целое с тяговым хомутом, отъемного днища 9, нажимного конуса 1, трех фрикционных клиньев 2, опорной шайбы 3, наружной пружины б, двух внутренних пружин 7, между которыми установлена промежуточная шайба 5, и стяжного болта с гайкой 8.

Аппарат Ш-6-ТО-4 имеет шестигранную схему фрикционного узла и принцип действия по типу рассмотренных выше конструкций. Он взаимозаменяем с аппаратами Ш-1ТМ и Ш-2-В по установочным размерам. Однако при установке данного аппарата в вагоны прежней постройки требуется модернизация упоров, обеспечивающих свободное размещение между ними съемного днища.

Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4У (рис. 3.56) является вариантом предыдущего типа. Его особенностью является то, что в конструкции отсутствует стяжной болт с гайкой. Поглощающий аппарат Ш-6-ТО-4У состоит из корпуса 1, изготовленного совместно с хомутовой частью, имеющей упоры 2, упорной плиты 3, конуса 4, фрикционных клиньев 5, размещенных в горловине б корпуса аппарата, и пружин 11 и 12, предварительно сжатых съемным днищем 10. В сжатом состоянии через вырез 7 закладываются сухари 9, которые после снятия монтажной нагрузки посредством заплечиков 8 и буртиков 13 (рис. 3.56, 6) корпуса фиксируют днище, удерживающее все детали в собранном состоянии аппарата.

Пружинно-фрикционный поглощающий аппарат ПМК-110А с металлокерамическими элементами (рис. 3.57) применяется в рефрижераторном подвижном составе, платформах для перевозки контейнеров и частично восьмиосных вагонах.

В аппарате ПМК-110А в целях повышения энергоемкости и стабильности характеристик в качестве фрикционных элемен¬тов применены металлокерамические пластины. Он состоит из корпуса 10, наружной 8 и внутренней 7 пружины, опорной пластины 6, фрикционных клиньев 4, нажимного конуса 2.

Между боковыми стенками корпуса 10 и неподвижными пластинами 5 размещаются подвижные пластины 1. Детали аппарата фиксируются стяжным болтом 9 с гайкой 3.

Поглощающий аппарат типа РФ-4 (рис. 3.58) состоит из корпуса 6 коробчатого сечения, выполненный в виде единой отливки с тяговым хомутом.

В корпусе размещен сменный фрикционный узел, взаимодействующий через центральную опорную плиту 7 с подпорным комплектом. Фрикционный узел состоит из распорного клина 12, опирающегося своими наклонными поверхностями на подвижные клинья 2 подвижных плит 1, установленных подвижно в продольном направлении на поперечных ребрах корпуса, неподвижных клиновых вкладышей 5 и боковых вкладышей 3, отбойной пружины 4 и центральной опорной плиты 7. Подпорный комплект аппарата включает в себя силовые наружную 9, внутренние 10 пружины с промежуточной шайбой 8, размещаемые в удлинителе 11, который монтируется в корпусе через отверстие в днище. Работа аппарата характеризуется высокой скоростью приработки и для условий эксплуатации оценивается периодом 0,5—1 год.

Работа аппарата сводится к следующему. При действии продольной сжимающей силы от корпуса автосцепки через упорную плиту распорный клин 12 перемещает подвижные клинья 2 относительно неподвижных клиновидных вкладышей 5. От подвижных клиньев 2 уси¬лие передается на центральную опорную плиту 7, которая, перемещаясь совместно с подвижными клиньями 2, сжимает силовые пружины 9 и 10. В момент соприкосновения упорной плиты с торцами подвижных плит 1 они начинают продвигаться, в результате чего сила сопротивления возрастает с большей интенсивностью. Отбойная пружина 4 обеспечивает отжатие распорного клина 12 от подвижных клиньев 2 на обратном ходе аппарата при уменьшении продольных усилий, исключая заклинивание аппарата на ходе восстановления.

Поглощающий аппарат типа ПГФ-4 имеет аналогичную конструкцию с аппаратом ПФ-4 и отличается от него наличием гидроусилителя (рис. 3.59), размещенного в наружной силовой пружине удлинителя.

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 благодаря рассеиванию работы сил фрикционного взаимодействия деталей фрикционного узла и сопротивления гидроусилителя.