Диагностирование автосцепного устройства

4. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ АВТОСЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА

4.1. СТРУКТУРА И ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АВТОСЦЕПНОГО УСТРОЙСТВА

Для обеспечения быстрого сцепления, расцепления амортизации продольных соударений и колебаний все вагоны и ло­комотивы снабжаются автосцепным устройством. При конструировании автосцепного устройства учитываются следующие требования.

Соседние вагоны в поезде часто бывают смещены одни по отношению к другому как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Поэтому для сцепления вагонов необходи­мо, чтобы автосцепка обладала способностью улавливать встречную автосцепку в пределах допускаемых смещений ваго­нов. Это улавливание или центрирование автосцепок осуществ­ляется за счет специального выполнения передней части голов­ки автосцепки. После того как произошло центрирование авто­сцепок, они должны быть сцеплены. Для этого в головах авто­сцепок существует специальный запорный механизм, а также расцепной привод.

Как указывалось выше, автосцепное устройство играет роль амортизатора продольных соударений и колебаний вагонов. Следовательно, оно, как и рессорное подвешивание ходовых частей, должно обеспечивать необходимую плавность хода вагонов, но преимущественно в продольном направлении. Для этого автосцепное устройство снабжается поглощающим аппаратом, который соединяется с автосцепкой с помощью проме­жуточных элементов. Совокупность частей, обеспечивающих амортизацию продольных воздействий на вагон, часто назы­вают упряжью. На пассажирских вагонах частично междува­гонную амортизацию воздействий выполняют упругие площад­ки, которые в то же время обеспечивают натяжение автосцепного устройства (выборку зазоров). Современные автосцепные устройства, кроме сцепления вагонов, также обеспечивают со­единение междувагонных коммуникаций: тормозных воздушных магистралей, трубопроводов отопления, электрических прово­дов. Для этого они снабжаются автосоединителями междувагонных коммуникаций. Следовательно, автосцелное устройство вагонов можно представить в виде схемы (рис. 4.1), включающей следующие элементы: голову автосцепки 1, расцепной механизм 2, центрирующее устройство 3, упряжное устройство 4, поглощающий аппарат 5, связи с рамой вагона 6, замковый механизм головки автосцепки 7 и автосоединитель межвагонных коммуникаций 8. Пассажирские вагоны дополни­тельно снабжаются упругими площадками. Все эти элементы взаимосвязаны и совместно выполняют главные функции сцепного устройства.

Общий подход к диагностированию о автосцепного устройства состоит в том, что сначала проверяют его общую характе­ристику, главным образом по эффективности сцепления и рас­сеивания энергии при ударном взаимодействии вагонов, а затем выполняют углубленный контроль технического состояния от­дельных элементов. При этом учитывают, что несущие части автосцепного устройства, представляющие собой литые или штампованные детали без последующей механической обработ­ки, при неблагоприятном сочетании допусков могут приводить к возникновению значительных (до 50 мм) продольных зазоров в упряжи. В результате снижается эффективность действия по­глощающего аппарата и увеличиваются продольные динамиче­ские силы в поезде. Кроме того, увеличенные зазоры в элемен­тах автосцепного устройства усиливают ударные взаимодейст­вия и износы деталей.

Наиболее общие испытания автосцепного устройства проводят на вагоностроительных заводах. Для этого часто исполь­зуют диагностические станции с полугоркой (рис. 4.2). Кон­трольную аппаратуру размещают в здании 1 и соединяют кабелями с измерительной автосцепкой 2, установленной на упорной конструкции полугорки. Испытываемое автосцепное оборудование устанавливают на вагоне 3, который скатывается с полугорки 4 и ударяется в измерительную автосцепку 2. Методикой испытаний предусматривается контроль работы

Рис. 4.1. Структурная схема авто­сцепного устройства вагонов

Рис. 4.2. Схема диагностической стан­ции

/// /у/ /// /// /// //у /// ///

автосцепного устройства при разных скоростях соударения. При этом контролируют кинематику и динамику запорного механиз­ма, эффективность действия поглощающего аппарата, прочность несущей конструкции и т. д.

Такие испытания можно проводить и по другой схеме. В тупике опытного участка пути устанавливают вагон с испытываемым автосцепнным устройством, которое оборудуют необхо­димыми измерительными приборами. Для испытания используют так называемый вагон-боек, который разгоняется локо­мотивом и ударяется в испытываемый вагой. Таким образом определяется эффективность работы автосцепного оборудования по интегральным параметрам.

4.2. АВТОСЦЕПКА

Опыт эксплуатации показывает, что наиболее часто встречается износ корпуса автосцепки по контуру зацепления и перемычки хвостовика. В контуре зацепления интенсивно изнашивается нижняя часть тяговых поверхностей. Исследования показали, что увеличенный износ большого зуба в нижней части наблюдается в 89 % случаев, а малого зуба - в 74%. Неравномерность износа по высоте в контуре зацепления достигает 7 мм и более (рис. 4.3). Основной причиной неравномер­ного износа контура зацепления и перемычки является провисание автосцепок. При провисании резко уменьшается площадь поверхности контакта сцепленных автосцепок, что ведет к увеличению интенсивности местного износа и неравномерности по высоте. Кроме износа, провисание автосцепок увеличивает эксцентриситет сил, действующих на автосцепку, что вызывает

местные перенапряжения и появление трещин. Эти дефек­ты возникают в первую оче­редь в месте перехода от голо­вы к хвостовику и на ударной стенке зева автосцепки.

Надежность действия предохранителя от саморасцепа определяется величиной вертикального зацепления противо­весом верхнего плеча предо­хранителя в сцепленном со­стоянии. Величина этого зацеп­ления уменьшается из-за износов шипа для навешивания замкодержателя, стенок оваль-

Рис. 4.3. Зазоры в сцепленных авто - ного отверстия замкодержате-
сцепках ля, забоин и закруглений на

противовесе и торце верхнего плеча предохранителя. Кроме того, износы тяговой поверхности большого зуба корпуса и лапы замкодержателя вызывают дополнительный поворот замкодержателя на величину износа и соответствующее опускание противовеса. Если износы несколько превысят допускаемое зна­мение, то суммарное опускание противовеса может стать таким, что не будет обеспечиваться необходимое удержание предохра­нителя. Следовательно, диагностическим параметром для обна­ружения данной неисправности являются структурные парамет­ры положения замкодержателя в зеве автосцепки.

Большое значение для надежного действия автосцепки имеет продольный зазор между торцами, верхнего плеча предохранителя и противовеса замкодержателя, определяющий свободное перемещение замка при выключенном предохранителе. Этот зазор характеризует работу механизма автосцепки при сцеплении. Увеличение данного зазора более допустимых пределов из-за ряда причин вызывает опережение включения предохранителя. В этом случае в процессе сцепления торец предохранителя упирается в противовес, что приведет к изгибу или излому предохранительного устройства и, как следствие, к саморасцепу или отказу механизма. Фактически аналогичная картина произойдет, если чрезмерно снизить указанные зазо­ры. Таким образом, все размеры деталей автосцепки должны находиться в определенных нормами пределах и постоянно контролироваться в процессе эксплуатации.

В настоящее время контроль структурных параметров головы автосцепки выполняют вручную с помощью целого набора шаблонов.

4.3. ПОГЛОЩАЮЩИЕ АППАРАТЫ

На вагонах применяются поглощающие аппараты следую­щих типов: Ш-1-ТМ, Ш-2-В, Ш-2-Т, ПМК-110 Р-2П, ЦНИИ-Н6 и разработаны ГА-100М, ГА-500. Действие этих аппаратов основано на смягчении ударов при помощи упругих элементов и поглощения кинетической энергии путем преобразования ее в тепловую фрикционными или гидравлическими гасителями колебаний. К поглощающим аппаратам предъявляются следующие требования: кинетическая энергия, воспринимаемая аппа­ратом при его полном сжатии (эффективность аппарата), должна быть достаточно большой; начальная и максимальная сила сжатия аппарата не должна превышать некоторого значения, определяемого прочностью вагона и сохранностью груза; аппарат должен перерабатывать в тепловую энергию до 75 % энергии удара; реализуемая характеристика должна быть до­статочно стабильной в течение всего межремонтного срока эксплуатации.

Рис.	Рис.
4.4	4.5

Рис. 4.4. Схема измерения структурных параметров фрикционного поглощаю­щего аппарата

Рис. 4.5. Стенд для испытания поглощающих аппаратов:

1 - станина; 2 — пневматический (гидравлический) цилиндр; 3 - силоизмерительное устройство; 4 - записывающий механизм; 5 - рычажная система; 6 — поглощающий аппарат

Еще более высокие требования предъявляются к поглощающим аппаратам автосцепного устройства пассажирских ваго­нов. Они должны обеспечивать плавное трогание поезда с ме­ста и необходимые комфортные условия перевозки пассажиров, включая вибро - и шумозащиту.

Диагностирование поглощающих аппаратов проводят как по структурным параметрам, так и по силовой характеристике. Контроль структурных параметров позволяет не только с некоторой точностью прогнозировать силовую характеристику аппарата, но и его ресурс, и прочность отдельных элементов. Например, измеряя толщину А стенок корпуса 1 аппарата (рис. 4.4), оценивают его прочность, запас на износ, а при неравномерном износе - техническое состояние фрикционной ча­сти. Аналогично контролируют толщину фрикционных клиньев 2, состояние нажимного конуса 3, стяжного болта. 4. Измеряя выход В клиньев и конуса (размер С), можно оценить общий ход аппарата.

Расчетная характеристика фрикционного поглощающего аппарата определяется следующим образом. Задаются исход­ные данные: углы наклона граней фрикционного клина, , углы трения, , на трущихся поверхностях в зависимости от материалов взаимодействующих пар; жесткость поджимаю­щих пружин с; ход аппарата и начальное поджатие клиньев.

Коэффициент передачи, усилие полного сжатия Рс и начального затягивания Рн определяются по формулам:

Аналогично определяется усилие на ходе отдачи

По результатам расчета строится силовая характеристика аппарата, которая принимается за эталонную. Фактическую характеристику поглощающих аппаратов получают при испытании их на стенде (рис. 4.5).

При диагностировании поглощающий аппарат устанавли­вают на стенд и испытывают фактически так же, как гасителя колебаний. Например, при испытании поглощающих аппаратов с фрикционной частью их сначала подвергают притирочному нагружению (несколько циклов сжатие - отдача), а затем записывают диаграмму «сила - деформация» (рис. 4.6). При расшифровке диаграммы определяют величину предварительного поджатия пружин, ход аппарата, максимальную силу сжатия, силу трения на ходе сжатия и отдачи, эффективность аппара­та, характер процесса трения и т. д. Таким образом, при испы­тании аппарата на стенде получается большая диагностиче­ская информация, которая позволяет дать достаточно точную оценку его технического состояния. Иногда, кроме статическо­го нагружения, фрикционные поглощающие аппараты подвергают динамическим испытания.

Рис. 4.6. Диаграмма испытания фрикционного поглощающего ап­парата

Ход

Рис. 4.7. Диаграмма испытания аппарата ГА-100М

Динамические испытания предусматривают циклическое нагружение аппарата с частотой 1 - 3 Гц, или периодическое ударное воздействие.

Поглощающие аппараты с гидравлической частью в основном испытывают при динамическом воздействии, так как раз­виваемая ими сила неупругого сопротивления зависит от частоты и амплитуды действующей на них нагрузки. Так, например, при испытании гидрогазового поглощающего аппарата ГА-100М были получены диаграммы (рис. 4.7), из которых следует, что с увеличением скорости соударения вагонов с 5,8 до 11,3 км/ч резко увеличиваются предельные силы сжатия аппарата и рас­сеиваемая им энергия.

При диагностировании поглощающих аппаратов производится сопоставление экспериментальных диаграмм, полученных на стенде, с нормативными. Сопоставление ведется как по разви­ваемой аппаратом максимальной силе, так и по поглощаемой энергии, форме диаграммы и другим параметрам. Если разница превысит установленное значение (обычно 10-30%), то аппа­рат бракуют и подвергают более углубленном контролю (по­элементному).

4.4. АВТОСОЕДИНИТЕЛИ МЕЖДУВАГОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ И УПРУГИЕ ПЛОЩАДКИ

Автосоединители. По принципу действия автосоединители разделяют на две группы: соединители, постоянно выдвинутые за ось зацепления автосцепки и с принудительным выдвиже­нием в момент сцепления. По конструкции мундштука для соединения воздушных магистралей автосоединители бывают телескопического и бестелескопического типов. Телескопический вариант соединения обеспечивает постоянное прижатие уплотнительных колец трубопроводов за счет действия сжатого воз­духа магистрали на подвижную часть мундштука. Эта особен­ность телескопического варианта обеспечивает повышенную плотность соединения, но требует постоянного обслуживания из-за попадания влаги и пыли на подвижные поверхности. Бестелескопическая система значительно проще, так как уплот­нение соединения обеспечивается только за счет эластичности уплотнительных колец. Однако качество уплотнения воздухо­проводов в этом случае невысокое, особенно при взаимных ко­лебаниях вагонов или даже небольших износах контактирую­щих поверхностей.

Диагностирование автосоединителей осуществляется на специализированных стендах (рис. 4.8). Стенд состоит из измери­тельной головы 1 автосцепки, которая через подвижные опоры установлена в корпусе 2 и соединена с толкателем 3. Корпус 2 имеет шарнирную опору 4, которая соединяется с подвижным основанием 6 и кронштейном 7. Подвижное основание 6 подпружинено упругими элементами 8 и 9 и снабжено вибратором 5. Толкатель 3 обеспечивает горизонтальные перемещения головы автосцепки, а за счет работы вибратора 5 возбуждаются вертикальные колебания корпуса 2, т. е. имитируется работа автосцепки при продольных и вертикальных колебаниях ваго­на. Измерительная голова (на схеме не показано) оборудована датчиками для контоля параметров продольных и вертикальных смещений, измерения сил, контроля утечек воздуха в соединении воздушных магистралей, оценки соединения электрических контактов.

Диагностирование на стенде производится следующим образом. Подлежащая проверке автосцепка на специальной тележке подвозится и соединяется с измерительной головой 1 стенда. Тележку закрепляют к станине стенда и начинают испытания сцепа автосцепок сначала при продольных смещениях, затем при вертикальных колебаниях и при комплексном воздействии. Техническое состояние испытываемой автосцепки оценивается по структурным параметрам, а также качеству сцепления и работы междувагонных соединений.

Упругие площадки. Опыт эксплуатации пассажирских вагонов показывает, что до 50 % вагонов, отцепляемых в текущий ремонт, бракуют по неисправностям упругих площадок и, в частности, амортизаторов. Испытаниями ВНИИЖТа и ЛИИЖТа установлено, что это происходит из-за несовершенства конструкций упругих площадок. Упругие площадки играбт роль упругого соединения и выборки зазоров в автосцепном устройстве вагонов, а также обеспечивает гашение больших вертикальных и горизонтальных взаимных колебаний кузовов, т. е. дублируют работу гасителей колебаний.

Рис. 4.8. Схема стенда для испытания автосоединителей междувагонных соединений

Рис. 4.9. Схема стенда для испы­гания упругих площадок

Следовательно, важными параметрами упругих площадок являются характеристики продольной жесткости и величина выхода контактных поверхностей за ось сцепления автосцепок, предварительное поджатие амортизаторов, величина зазоров в вертикальном на­правлении, т. е. возможность гашения вертикальных колебаний.

Диагностирование технического состояния упругих площадок выполняют с помощью специализированного передвижного стенда (рис. 4.9). На вагон 1 с подлежащей диагностированию упругой площадкой 2 надвигается передвижная установка, снабженная измерительной рамой 3 и пульсаторами 4 и 6. Пульсатор 4 обеспечивает горизонтальное перемещение упру­гих площадок, а пульсатор 6 имитирует вертикальные колеба­ния сцепленных вагонов. Для того чтобы обеспечить необходи­мое горизонтальное поджатие площадки 2 и рамы 3, вагон 1 стопорится тормозным башмаком, а тележка 5 установки – электромагнитным рельсовым тормозом.

Методика испытаний предусматривает измерение основных параметров упругих площадок при статическом сжатии, вертикальных и горизонтальных колебаниях. Большое внимание уде­ляется определению зазоров и предварительного сжатия площадок для создания натяга автосцепок.

5. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТОРМОЗНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

5.1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТОРМОЗНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Тормозное оборудование служит для уменьшения скорости движения вагона и его остановки в заданном месте.

Важнейшим параметром эффективности работы тормозной системы является ее тормозной коэффициент или длина пути, которую вагон, движущийся с заданной скоростью, пройдет от момента начала торможения до полной остановки. Конструктивное исполнение тормозного оборудования весьма разнооб­разно. Однако если рассматривать его как автоматизирован­ную систему, то можно выделить некоторое количество блоков, объединенных в единую структурную схему (рис. 5.1).

Работа тормозной системы проходит следующим образом. Управляющий блок 1 обеспечивает зарядку тормозной систе­мы сжатым воздухом через тормозную магистраль (блок свя­зи 2) и при необходимости подает сигнал о начале торможения или отпуска. Управляющий сигнал воспринимает воздухораспределитель 3, который с помощью авторежима 4 включает в работу тормозной цилиндр 5 с рычажной передачей и авто­регулятором 6. Силовое воздействие от тормозного цилиндра передается на фрикционную пару 7, которая обеспечивает по­глощение кинетической энергии движения, т. е. торможение ва­гона. Процесс торможения колесной пары 9 контролируется и