До перевода подвижного состава железных дорог бывшего СССР на автосцепку он оборудовался раздельными приборами, когда в качестве ударных приборов устанавливали буферные комплекты, а сцепных — винтовую упряжь. На каждом вагоне современной конструкции установлено два комплекта автосцепного устройства, размещенных по концам вагонной рамы.
Перевод подвижного состава на автосцепку позволил:
- рационально использовать силу тяги локомотивов,
- увеличить массу поезда и тем самым повысить провозную и пропускную способность железных дорог, устранить тяжелый и опасный труд сцепщика,
- ускорить процесс формирования поездов и оборот вагона,
- уменьшить тару вагонов за счет снятия буферных комплектов, облегчения боковых и концевых балок.
Автоматические сцепки делятся на три типа:
- нежесткие,
- жесткие,
- полужесткие.
Нежесткие автосцепки допускают относительное перемещение сцепленных корпусов в вертикальном направлении.
В случае разницы по высоте продольных осей нежесткие автосцепки располагаются ступенчато, сохраняя горизонтальное положение. Перемещение в горизонтальной плоскости в них обеспечивается сравнительно простыми по конструкции шарнирами на концах корпуса автосцепок.
Жесткие автосцепки исключают относительное перемещение сцепленных корпусов в вертикальной плоскости. Если до сцепления вагонов имелась разность высот продольных осей, то после сцепления они совместятся и займут наклонное положение, располагаясь по одной прямой.
На концах корпуса таких автосцепок имеются сложные шарниры, обеспечивающие относительные вертикальные и горизонтальные угловые перемещения.
Полужесткие автосцепки взаимодействуют друг с другом в процессе работы как нежесткие, однако вертикальные перемещения их относительно друг друга ограничены предохранительными кронштейнами, расположенными на малых зубьях корпусов.
Полужесткие автосцепки применяются в вагонах, имеющих удлиненную консольную часть рамы (восьмиосные и некоторые специализированные вагоны).
Каждая из этих видов автосцепок обладает своими достоинствами и недостатками и поэтому применяется на таких типах вагонов, где это наиболее целесообразное. К преимуществам жестких автосцепок относятся: простота автоматического соединения воздушной магистрали и электрических линий; более плавный ход вагона вследствие малых зазоров и меньших ударов между сцепляющимися поверхностями; облегчение работы механизма автосцепок в результате меньших перемещений деталей; уменьшение шума при движении вагонов, что важно для создания комфорта пассажирам. Достоинствам нежестких автосцепок относятся: обеспечение гарантированного сцепления вагонов со значительной разницей продольных осей по высоте, особенно при сцеплении груженого с порожним вагоном; отсутствие сложных концевых шарниров; меньшая масса автосцепки, простота конструкции.
Нежесткие автосцепки применяются в вагонах наземных железных дорог, а жесткие — в вагонах метрополитена.
В зависимости от типа вагонов автосцепные устройства подразделяются на конструкции, предназначенные для четырех-, шести- и восьмиосных грузовых вагонов, а также пассажирских вагонов, включая электро- и дизель-поезда.
Четырехосные грузовые и пассажирские вагоны оснащены типовой нежесткой автосцепкой СА-3 (советская автосцепка, третий вариант), которая отличается только шириной окна ударной розетки и конструкцией поглощающих аппаратов.
Автосцепное устройство типа СА-3 грузовых вагонов размещается в консольной части хребтовой балки рамы кузова.
Основные части автосцепного устройства: - корпус автосцепки с деталями механизма, - ударно-центрирующий прибор,
- упряжное устройство,
- упоры и расцепной привод.
Корпус автосцепки 13 с механизмом предназначен для сцепления и расцепления вагонов, восприятия и передачи ударно-тяговых усилий упряжному устройству. Корпус установлен в окно ударной розетки 9 и своим хвостовиком соединен при помощи клина 8 с тяговым хомутом 6.
Корпус автосцепки представляет собой пустотелую фасонную отливку, состоящую из головной части и хвостовика.
Внутри головной части размещены детали механизма автосцепки.
Она имеет большой 1 и малый 4 зубья, которые, соединяясь, образуют зев.
Торцовые поверхности малого зуба и зева воспринимают сжимающие усилия, а тяговые усилия передаются задними поверхностями большого и малого зубьев, та вертикальной стенке зева возле малого зуба имеется окно для замка 3, а рядом — окно для замкодер-жателя 2. В верхней части головы отлит выступ 5, который воспринимает жесткий удар при полном сжатии поглощающего аппарата и передает его через розетку на раму вагона.
Со стороны малого зуба внутри головы отлита полочка для верхнего плеча предохранителя замка от саморасцепа, а со стороны большого зуба имеется шип для навешивания замкодержателя. В нижней части головы выполнены отверстия для выступов замка автосцепки и горизонтальное отверстие для постановки валика подъемника. В пустотелом хвостовике сделано продолговатое отверстие 6 для клина, соединяющего корпус с тяговым хомутом. Торец хвостовика 7 служит для передачи ударных нагрузок и имеет цилиндрическую поверхность, обеспечивающую горизонтальные повороты автосцепки. Горизонтальная проекция зубьев, зева и выступающей части замка называется контуром зацепления.
Центрирующий прибор воспринимает от корпуса автосцепки избыточную энергию удара после полного сжатия поглощающего аппарата и центрирует корпус автосцепки. Прибор имеет ударную розетку 9, две маятниковые подвески 11 и центрирующую балочку 12.
Ударная розетка 9 отлита заодно целое с передним упором и приклепана или приварена к концевой балке рамы. У розетки есть окно для постановки корпуса автосцепки и отверстия для маятниковых подвесок, а также ребра жесткости в верхней ударной части.
Центрирующая балочка 12 омегообразной формы с двумя плоскостями и двумя ограничителями (продольными и боковыми). При установке балочки на место продольный ограничитель захватывает нижнюю вертикальную стенку ударной розетки. Боковые ограничители удерживают корпус автосцепки при максимальных отклонениях в поперечном направлении. Маятниковые подвески 11 имеют вид стержня диаметром 25 мм с двумя головками (верхней более широкой и нижней). Верхними головками подвески опираются на ударную розетку, а на нижние уложена центрирующая балочка.
Упоры автосцепки задние 1 и передние 9 служат для передачи растягивающих и сжимающих усилий на раму и кузов вагона. Передний упор совместно с розеткой представляет собой П-образную коробку с ребрами жесткости. На расстоянии 625 мм от упорных плоскостей переднего упора к хребтовой балке приклепан или приварен задний упор 1, который также представляет собой П-образную отливку с ребрами жесткости.
У четырехосных вагонов с укороченными консольными частями (крытые вагоны и цистерны) задние упоры отливают заодно целое с надпятниковыми коробками. Для предупреждения истирания вертикальных стенок хребтовой балки поглощающим аппаратом на них между упорами приклепывают по две предохранительные планки.
Упряжное устройство передает упорам продольные силы от корпуса автосцепки и смягчает их действие. Оно размещено между передними и задними упорами автосцепного устройства и состоит из тягового хомута 6, поглощающего аппарата 5, клина 8, упорной плиты 7 и крепежных деталей клина и поддерживающей планки. Нижней опорой тягового хомута и поглощающего аппарата является поддерживающая планка 4, прикрепляемая восемью болтами снизу к хребтовой балке. Тяговый хомут 6 представляет собой раму, внутри которой размещен поглощающий аппарат и упорная плита.
В головной части хомута имеется отверстие для клина. Внизу головной нижней части расположены приливы с отверстиями для болтов, предохраняющих клин от выпадания. Опорная площадка хомута снабжена усиливающими ребрами. Клин тягового хомута прямоугольного сечения с округленными кромками в нижней части имеет заплечики, которыми он опирается на болты, удерживающие его от выжимания. Выемки в верхней части боковых поверхностей клина сделаны для уменьшения его массы.
Расцепной привод служит для расцепления автосцепок.
Привод представляет собой двуплечий рычаг 3, удерживаемый кронштейном 2 с полочкой и державкой 10. Цепь 14 соединяет короткое плечо рычага с валиком подъемника 15.
В автосцепном устройстве восьмиосных вагонов соединение автосцепки с тяговым хомутом выполнено посредством цилиндрического валика 3. Между валиком и автосцепкой находится вкладыш 12 . Валик удерживается от выпадания с помощью планки 5, проходящей через отверстия в переднем упоре 6. Автосцепка 10 восьмиосного вагона является полужесткой, так как имеет ограничитель 11, препятствующий разъединению автосцепок при их больших относительных перемещениях. В центрирующем приборе находится подвижная плита 8 с направляющими, опирающаяся на пружины 9. Для обеспечения сцепляемости восьмиосных вагонов в кривых участках пути небольшого радиуса эти вагоны оборудуются направляющим механизмом, состоящим из торсиона 2 (П-образного рычага из пружинной стали), укрепленного во втулках 4.
Один конец торсиона связан с приливом 7 центрирующей балочки, а другой — с соединительной балкой 1 тележки. При движении по кривой соединительная балка перемещается относительно вагона, нажимая на вертикальную часть торсиона, и отклоняет автосцепку в сторону к центру кривой, обеспечивая необходимый горизонтальный захват автосцепки.
У автосцепного устройства паровозного типа (рис. 3) нет поглощающего аппарата и связанных с ним деталей. Паровозная розетка 2, предназначенная для передачи усилий от автосцепки 1 на раму подвижного состава, закреплена на концевой балке болтами 5 с гайками 6 и шплинтами.
Автосцепка соединена с розеткой цилиндрическим валиком 3, который проходит через отверстия в розетке и автосцепке. От выжимания вверх валик удерживается запорным болтом 4. Центрирующий прибор, состоящий из пружин 7 и стаканов 8, возвращает автосцепку в центральное положение после боковых отклонений.
Для обеспечения надежности и долговечности автосцепного устройства основные его узлы и детали (корпус автосцепки, тяговый хомут и упоры) отливают из низколегированных сталей 20ГЛФ или 20ГЛ, 20ФЛ.
Характеристика этих сталей после термической обработки:
- предел прочности 530—550 МПа,
- относительное удлинение 18%,
- относительное сужение 30% и ударная вязкость при температуре 20 °С 0,49МДж/м2.
Упорная плита и предохранитель замка от саморасцепа механизма автосцепки изготовлены штамповкой из стали 38ХС (ГОСТ 4543—71).
Другие детали механизма автосцепки, центрирующая балочка и кронштейны расцепного привода отлиты из углеродистой стали 20ГЛ-Б.
Механизм автосцепки — это замок, замкодержатель 2, предохранитель от саморасцепа 3, подъемник замка 4, валик подъемника 5 и болт 6.
Замок 1 предназначен для запирания двух сцепленных автосцепок.
Он представляет собой плоскую деталь сложной конфигурации. Утолщение его замыкающей части препятствует выжиманию замка из зева внутрь кармана корпуса силами трения при смещении смежных автосцепок. Вверху замок снабжен шипом б, служащим для навешивания предохранителя.
Внизу замок имеет радиальную поверхность а, koторой он опирается на дно кармана головы корпуса автосцепки и может перекатываться по ней. В средней части замка находится овальное отверстие в через которое пропускается валик подъемника.
Снизу замка расположены направляющий зуб г и сигнальный отросток д, окрашенный в красный цвет.
Замкодержатель 2 вместе с предохранителем 3 удерживает замок в нижнем положении при сцепленных автосцепках, а вместе с подъемником 4 фиксирует его в верхнем положении при расцепленных автосцепках до разведения вагонов. Он имеет лапу ж, овальное отверстие с и противовес т. Лапа замкодержателя взаимодействует со смежной автосцепкой. В собранном механизме лапа под действием противовеса выходит в зев автосцепки.
Овальное отверстие с служит для навешивания замкодержателя на шип, расположенный внутри кармана корпуса.
Снизу под овальным отверстием находится расцепной угол р, взаимодействующий с подъемником замка.
Предохранитель 3 имеет форму двуплечего рычага. В сцепленном состоянии автосцепок торец верхнего плеча у перекрывается упором противовеса замкодержателя, препятствуя уходу замка внутрь кармана и предохраняя автосцепки от саморасцепа.
Нижнее фигурное плечо е взаимодействует с подъемником при расцеплении автосцепок. Отверстие предохранителя служит для навешивания его на шип б замка 1.
Подъемник 4 служит для подъема верхнего плеча предохранителя, увода замка внутрь кармана и удержания его вместе с замкодержателем в утопленном положении.
Подъемник имеет два пальца, из которых широкий з за нижнее плечо поворачивает предохранитель, поднимая его верхнее плечо, и уводит замок внутрь кармана, а узкий палец к взаимодействует с расцепным углом замкодержателя, удерживает замок внутри кармана до разведения вагонов.
Валик подъемника 5 предназначен для поворота подъемника замка при расцеплении автосцепок и удержания подъемника в вертикальном положении. В средней части валик имеет квадратное сечение. Балансир валика п облегчает возвращение его в начальное положение.
Отверстие н служит для соединения балансира валика с цепью привода, а выемка о — для установки запорного болта 6. Стержень валика имеет толстую, тонкую цилиндрическую и квадратную части.
В собранной автосцепке цилиндрические части валика располагаются в отверстиях вертикальных стенок корпуса, а квадратная часть входит в соответствующее отверстие подъемника 4. Болт 6 с двумя гайками и шайбами служит для закрепления валика подъемника, удержания деталей механизма в собранном состоянии.
Сборка и разборка механизма автосцепки. Вначале осматривают карман корпуса для того, чтобы там не оказалось посторонних предметов. Затем подъемник замка 4 укладывают в карман на полукруглую опору, расположенную на правой стенке, т. е. со стороны большого зуба, так, чтобы широкий палец его был вверху, а квадратное отверстие обращено внутрь кармана.
После этого в карман корпуса на шип навешивают овальным отверстием замкодержатель 2 так, чтобы его лампа ж выступала в зев. На шип б замка 1 надевают предохранитель 3 и замок вводят в корпус.
При этом тонким стержнем нажимают на нижнее фигурное плечо е предохранителя 3 так, чтобы верхнее его плечо у расположилось выше полочки, а направляющий зуб г замка 1 вошел в отверстие на дне кармана корпуса.
После этого ставят валик подъемника так, чтобы отверстие н в балансире п было вверху. Затем проверяют подвижность замка нажатием на него рукой. При этом замок должен свободно входить внутрь и возвращаться в первоначальное положение.
Аналогично проверяется подвижность замкодержателя нажатием на его лапу.
Отсутствие заедания в деталях собранного механизма проверяют поворотом валика подъемника против часовой стрелки. При отпускании валика все детали должны свободно возвращаться в исходное положение. Проверенный таким образом механизм автосцепки закрепляют болтом 6, который вставляют сверху в отверстие прилива корпуса так, чтобы он прошел через выемку о валика подъемника 5, и снизу ставят лепестковую шайбу и гайку. Механизм разбирают в обратной последовательности.
Автосцепка СА-3 обеспечивает:
- автоматическое сцепление при соударении вагонов; автоматическое запирание замка у сцепленных автосцепок;
- расцепление подвижного состава без захода человека между вагонами и удержание механизма в расцепленном положении до разведения автосцепок;
- автоматическое возвращение механизма в положение готовности к сцеплению после разведения автосцепок; восстановление сцепления случайно расцепленных автосцепок, не разводя вагоны;
- производство маневровых работ (положение на «буфер»), когда при соударении автосцепки не должны соединяться.
До сцепления автосцепки могут занимать различные взаимные положения:
- оси их находятся на одной прямой;
- оси могут быть смещены по вертикали или горизонтали.
Смещение осей по вертикали допускается в грузовом поезде до 100 мм и пассажирском скоростном до 50 мм, а в горизонтальном направлении до 175 мм, при которых обеспечивается надежное автоматическое сцепление вагонов в эксплуатации.
Сцепление автосцепок происходит следующим образом.
Чтобы расцепить автосцепки, достаточно увести внутрь кармана корпуса хотя бы один из замков, что освобождает пространство и дает возможность выхода малых зубьев из зевов.
Для этого необходимо поворотом рычага расцепного привода посредством цепочки повернуть валик подъемника.
Тогда подъемник 1, посаженный на квадратную часть 8 валика, приподнимется и своим широким пальцем 3 нажмет на нижнее фигурное плечо 5 предохранителя и поднимет верхнее его плечо 4 выше упора противовеса 6 замкодержателя.
Таким образом происходит выключение предохранителя от саморасцепа.
При дальнейшем вращении валика широкий палец 3 подъемника, упираясь в выступ замка, нажмет на него и уведет замок 9 внутрь кармана.
Узкий палец 3 подъемника при этом нажмет снизу на горизонтальную грань расцепного угла 2 замкодержателя.
Благодаря наличию овального отверстия в замкодержателе он приподнимается вверх, пропуская узкий палец 3 подъемника 1 мимо вертикальной грани расцепного угла 2.
Освобожденный от нажатия снизу, замкодержатель под действием собственной тяжести благодаря овальному отверстию опустится вниз.
При этом узкий палец 3 подъемника упрется в вертикальную грань расцепного угла и будет удерживаться в вертикальном положении, не позволяя замку выйти в зев.
При этом положении сигнальный отросток 7 замка будет выступать из корпуса, указывая на то, что автосцепки расцеплены.
В таком состоянии механизм будет находиться до разведения вагонов. При разведении вагонов малые зубья смежных автосцепок выходят из зевов, лишая лапу замкодержателя упора. Замкодержатель под действием противовеса поворачивается, его лапа выходит в зев, а расцепной угол 2 освобождает подъемник 1 и замок, которые под действием собственной тяжести опускаются в нижнее положение, обеспечивающее готовность механизма к последующему сцеплению.
Если автосцепки были ошибочно расцеплены, то сцепленное положение механизма можно восстановить без разведения вагонов путем поднятия замкодержателя вверх.
Для этого в корпусе снизу предусмотрено отверстие, через которое пропускается тонкий стержень, которым нажимают на лапу замкодержателя. Благодаря овальному отверстию замкодержатель поднимается, а детали механизма, опускаются вниз — автосцепки сцеплены и предохранены от саморасцепа.
При маневровой работе возникает необходимость толкания вагонов без сцепления автосцепок. Для этого механизм автосцепки ставят в положение на «буфер». Расцепным приводом поворачивают валик подъемника, а рукоятку привода укладывают на полочку кронштейна.
В этом случае детали механизма займут расцепленное положение, которое сохраняется за счетнатянутой цепи привода, выключая механизм из действия.
Для восстановления готовности механизма к сцеплению необходимо рукоятку снять с полочки кронштейна и опустить ее в вертикальное положение, поставив плоскую часть рычага в вертикальный вырез кронштейна.
