transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Urządzenia pociągowo - zderzne > Sprzęgi śrubowe z urządzeniami cięgłowymi i zderzakowymi

I - Tabor normalnotorowy:
W omawianym rozwiązaniu elementy związane z przenoszeniem sił pociągowych oraz utrzymywaniem połączenia mechanicznego pojazdów zabudowywane są w czołownicach w osi wzdłużnej ostoi. Po ich bokach natomiast montowane są urządzenia zderzakowe odpowiedzialne za prowadzenie pojazdów składu pociągu i łagodzenie sił zderzanych, zapewniając tym samym spokojność biegu składu pociągu.


1. Urządzenia cięgłowe:

W skład urządzenia cięgłowego wchodzi:

a. Hak cięgłowy, czyli element bezpośrednio realizujący połączenie sprzęgiem. Rozróżnia się cztery rodzaje haków: A, B, C i D. Dany rodzaj stosuje się w zależności od przeznaczenia i typu urzadzeń cięgłowych (nawskośne / nienawskrośne). Przykładowo haki rodzaju D stosuje się w lokomotywach, a haki rodzaju C w wagonach osobowych i towarowych z urządzeniami cięgłowymi nienawskrośnymi.


Schemat haka cięgłowego
a - łeb,
b - paszcza,
c - otwór na sworzeń sprzęgu,
d - cięgło
e - ucho z otworem
f - miejsce cechowania


Kliknij aby powiększyć    Hak cięgłowy (opis na powiększeniu)



b. Prowadnik haka cięgłowego czyli element odpowiedzialny za podtrzymanie i prowadzenie w płaszczyźnie poziomej haka cięgłowego podczas jazdy. Występują różne rodzaje prowadników dostosowane do konstrukcji pojazdów.

Kliknij aby powiększyć   
Prowadnik haka cięgłowego przed montażem haka - ET22 (opis na powiększeniu)



Kliknij aby powiększyć   
Prowadnik haka cięgłowego z hakiem - 168A (opis na powiększeniu)



Kliknij aby powiększyć   
Prowadnik haka cięgłowego z hakiem - ST48 (opis na powiększeniu)




c. Amortyzator czyli element służący do amortyzacji (redukcji szarpnięć) urządzenia cięgłowego, mający bezpośredni wpływ na stan techniczny taboru, płynność i komfort jazdy. W pojazdach starego typu stosowane były amortyzatory w których elementem zapewniającym sprężystość są np. sprężyny taśmowe stożkowe, sprężyny pierścieniowe, śrubowe czy też pierścienie gumowe. W obecnych nowoczesnych konstrukcjach amortyzatorów urządzeń cięgłowych stosuje się elementy elastomerowe, czyli tworzywa polimerowe.

Kliknij aby powiększyć   
Urządzenie cięgłowe z amortyzatorem elastomerowym - bez haka cięgłowego (opis na powiększeniu)



Kliknij aby powiększyć   
Urządzenie cięgłowe z amortyzatorem elastomerowym



Kliknij aby powiększyć   
Urządzenie cięgłowe z amortyzatorem z elementami gumowymi



Kliknij aby powiększyć   
Urządzenie cięgłowe z amortyzatorem ze sprężynami śrubowymi




d. Pozostałe elementy, służące do połączenia amortyzatora z hakiem cięgłowym (np.: sprzęgło łubkowe, sworzeń haka, belka urządzenia cięgłowego itp) oraz do połączenia urządzenia cięgłowego z ostoją (śruby, nakrętki, zawleczki itp.).



2. Sprzęg śrubowy:
To zespół elementów odpowiedzialnych za utrzymanie połączenia mechanicznego pojazdów kolejowych. Sprzęgi śrubowe wykonywane charakteryzują się wytrzymałością na rozciąganie siła o wartości 850kN (czyli ok 85000kg), o czym świadczą opisy zamieszczone obok sprzęgów na czołownicach pojazdów.


Schemat sprzęgu śrubowego
a - sworzeń
b - łubka
c - śruba dwustronna
d - pierścień
e - nakrętka z gwintem lewym
f - pałąk
g - nakrętka z gwintem prawym
h - rękojeść


Kliknij aby powiększyć   
Sprzęg śrubowy (opis na powiększeniu)



Kliknij aby powiększyć   
Sprzęg śrubowy - pojazdy sprzęgnięte
(opis na powiększeniu)



Poniżej ogólne informacje na temat technologii wytwarzania poszczególnych części sprzęgu.
Pierścienie, łubki, pałąk, nakrętki z gwintem prawym i lewym, sworzeń, rękojeść wykonuje się jako kute z odpowiednia obróbką mechaniczną, a w przypadku pałąka dodatkowo z gięciem. Śruby dwustronne wykonuje się poprzez obróbkę mechaniczną i walcowanie gwintu


Sprzęganie pojazdów kolejowych za pośrednictwem sprzęgów śrubowych wymaga zaangażowania w ten proces ludzi. Konieczne jest wejście człowieka między pojazdy sprzęgane w celu założenia pałąka na hak oraz skręcenia sprzęgu rękojeścią, tak by zapewniony był odpowiedni wzajemny docisk tarcz zderzaków. Przy rozprzęganiu kolejność jest odwrotna, oczywiście po wcześniejszym rozłączeniu sprzęgów pneumatycznych i elektrycznych. Powyższy proces jest niebezpieczny i jego przebieg ściśle regulują przepisy służbowe.
Aby pomiędzy pojazdami była zapewniona odpowiednia ilość miejsca dla pracowników na czas wykonywania czynności sprzęgania / rozprzęgania opracowane zostały wytyczne dla konstruktorów określające minimalne wymiary wolnej przestrzeni przed czołem pojazdu szynowego, w której nie mogą znajdować się żadne stałe części taboru. Przestrzeń ta zwana przestrzenią berneńską stanowi więc bezpieczne miejsce dla pracownika wykonującego powyższe czynności.


Przestrzeń berneńska


Po założeniu pałąka sprzęgu na hak cięgłowy należy obracać rękojeścią śruby dwustronnej tak, by następowało ściąganie sprzęgu. Przyjmuje się zasadę, że przy pociągach pasażerskich nie przekraczających 80 osi i towarowych o szybkości ponad 45 km/h należy zapewnić lekki wzajemny docisk zderzaków. W sytuacji rozprzęgania należy obracać rękojeścią śruby dwustronnej w przeciwnym kierunku, tak by po wydłużeniu sprzęgu możliwe było zdjęcie pałąka z haka.
Podczas jazd manewrowych nie jest wymagane zachowanie wzajemnego docisku tarcz zderzaków.


Poniższa fotografia przedstawia obraz z kamery monitoringu zainstalowanej nad sprzęgiem, wyświetlany na ekranie w kabinie maszynisty lokomotywy manewrowej. Dzięki temu rozwiązaniu maszynista może z dużą precyzja dojechać lokomotywą do wagonów oraz zapewnić bezpieczeństwo personelowi realizującemu proces formowania składu.

Kliknij aby powiększyć    Proces sprzęgania na ekranie monitora


 
Dojazd lokomotywy EU07 do wagonów





3. Urządzenia zderzakowe

Urządzenia zderzakowe jak było wspomniane na początku realizują prowadzenie pojazdów kolejowych sprzęgniętych ze sobą utrzymując te pojazdy w odpowiedniej odległości od siebie oraz łagodząc przy tym działanie sił wzdłużnych, występujących podczas jazdy. wyniknąć z ich działania. Siły wzdłużne są wywoływane przez siłę pociągową, a więc podczas ruszania, jazdy i hamowania. Jednym z przykładów działania sił wzdłużnych jest tak zwane nabieganie pojazdów na siebie. Duże wartości sił wzdłużnych występują podczas procesu rozrządzania wagonów, gdy następuje dojeżdżanie wagonów do siebie, czy też przy gwałtownych zmianach szybkości jazdy.
Zderzaki przejmują więc w sposób elastyczny siły, które powstają w powyżej opisanych sytuacjach wpływając tym samym na spokojność biegu składu pociągu. Ich praca wpływa bezpośrednio na komfort i bezpieczeństwo podróżowania.

Zderzaki kolejowe dzieli się na trzonowe i tulejowe. Tych pierwszych nie produkuje się i nie stosuje od II Wojny Światowej. Ich podstawową wadą była mało elastyczna budowa. Mimo zastosowania w nich elementu sprężystego w postaci stożkowej sprężyny taśmowej, przy coraz większych siłach wzdłużnych wywoływanych zwiększaniem prędkości jazdy i mas pociągów następowała deformacja trzonu takiego zderzaka, uniemożliwiająca dalsza eksploatację.
Od tamtego czasu powszechne w użyciu są natomiast wspomniane zderzaki tulejowe. Ich podstawowe elementy budowy przez lata nie zmieniły się - składają się z: tulei, pochwy zderzakowej, tarczy i płyty zderzakowej. Największe modyfikacje i udoskonalenia prowadzone były i są w ramach wewnętrznego elementu składowego, a mianowicie amortyzatora. Zderzaki te charakteryzuje większa wytrzymałość na zginanie i wyboczenie.


Zderzaki: trzonowy (1) i tulejowy (2)
a - pochwa zderzakowa
b - płyta zderzakowa
c - tuleja
d - tarcza zderzakowa
e - amortyzator (tu: elastomerowy)

Zderzaki w ramach swojej konstrukcji zapewniają skok, czyli przesuw pochwy względem tulei w zakresie ustalonym dla danego rodzaju pojazdu. Skok zderzaka, czyli zakres jego normalnego ugięcia jest realizowany przez amortyzatory. W zderzakowych amortyzatorach stosowane są różnego rodzaju elementy sprężyste. Najstarszym z nich, wywodzącym się z omówionych wcześniej zderzaków trzonowych jest sprężyna taśmowa stożkowa. Najczęściej spotykanym rozwiązaniem w kwestii amortyzatora zderzaka jest sprężyna pierścieniowa. W rozwiązaniu tym amortyzator składa się z pierścieni zewnętrznych i wewnętrznych ułożonych na przemian. W momencie nacisku na tarczę zderzaka pierścienie wewnętrzne są ściskane, a zewnętrzne rozciągane. Wzajemne tarcie pierścieni o siebie powoduje tłumienie energii pochłanianej przez zderzak. W zderzakach stosuje się też amortyzatory gumowe w postaci zabudowanych wewnątrz zderzaka pierścieni gumowych lub amortyzatory hydrauliczne, w których za tłumienie odpowiada olej o odpowiednio dużej lepkości, a sprężystość realizuje w zależności od rozwiązania sprężyna lub obojętny gaz. Najnowocześniejszymi amortyzatorami zderzaków są te z zastosowanymi elementami sprężystymi wykonanymi z elastomerów czyli tworzyw polimerowych. Te amortyzatory charakteryzują bardzo dobre parametry wymagane w transporcie kolejowym, a więc odpowiednią sprężystość i tłumienie.

Pod względem przeznaczenia rozróżnia się zderzaki do wagonów osobowych o skoku 110 mm, do wagonów towarowych o skoku 75 mm lub 105 mm oraz do pojazdów trakcyjnych (lokomotyw) o skoku 105 mm. Zderzaki o skoku większym od 110 mm, czli np 130 mm lub 150 mm, stosuje się w wagonach cysternach dla zwiększenia bezpieczeństwa przewożonych ładunków.
W zakresie sprężystym zderzaki mogą pochłaniać energię o wartości pow. 30 kJ dla kategorii A, pow. 50 kJ dla B i pow. 70 kJ dla kategorii C.

Kliknij aby powiększyć    Zderzak tulejowy

 
Zderzak tulejowy w pozycji zasadniczej i maksymalnego skoku
a - skok zderzaka


Najnowsze konstrukcje zderzaków mogą być wyposażone w elementy mogące ulec plastycznej deformacji, gdy siła wzdłużna działająca na zderzak przekroczy zakres maksymalnej energii przez niego przyjmowanej w zakresie skoku sprężystego, czyli np. ponad 70 kJ. Dzięki takiemu rozwiązaniu w przypadku zderzeń o sile większej niż ok. 2000 kN następuje deformacja plastyczna, w efekcie czego pochłaniana jest energia zderzeniowa nawet do ok. 570 kJ, chroniąc przy tym przed uszkodzeniami kolejne elementy konstrukcji pojazdu oraz jego ładunek.
Takie zderzwki wchodzą w skład rozwiązań konstrukcyjnych bezpieczeństwa biernego pojazu i sa elemntami strefy kontrolowanego zgniotu.

Kliknij aby powiększyć    
Zderzak tulejowy z funkcją "crash" - deformacji plastycznej


Istnieją różne rozwiązania dotyczące deformacji plastycznej. Prezentowany tutaj przykład zderzaka z funkcją "crash" opiera się na rozwiązaniu w postaci deformacji plastycznej strugi metalu wykrawanego z zewnętrznej powierzchni korpusu zderzaka poprzez zabudowane w płycie zderzakowej specjalne elementy skrawające. Elementy te poprzez skrawanie powierzchni pochwy zderzaka generuje opór, powodując tym samym pochłanianie energii zderzeniowej. Oczywiście dotyczy to sytuacji, gdy siła naporu na tarczę zderzaka przekracza się dopuszczalną dla zakresu skoku normalnego. W przypadku, gdy zadziała moduł pochłaniania plastycznego zderzak musi zostać wymieniony na nowy.


A - klasyczny zderzak tulejowy
B - Zderzak tulejowy z funkcją "crash" - deformacji plastycznej
1 - stan normalny
2 - stan maksymalnego ugięcia w zakresie skoku roboczego
3 - stan podczas pochłaniania energii zderzeniowej (ponad zakres skoku roboczego)


 
Zderzak tulejowy z funkcją crash - płyta zderzaka z elementami odkształcania palstycznego (opis na powiększeniu)

 

 
Zderzak po deformacji plastycznej w wyniku zderzenia pojazdu kolejowego

 


Oznaczenie w postaci strzałki naniesionej na zderzak wskazuje, że układ odkształcenia plastycznego nie został użyty


Ze względu na deformację plastyczną i przesuw korpusu zderzaka, płyta zderzakowa ma inną konstrukcje od rozwiązania z typowego zderzaka tulejowego. Inną budowę musi mieć również czołownica ostoi nadwozia, do której przykręcany jest taki zderzak. W czołownicy musi być przewidziany przepust w postacji otworu oraz wolna przestrzeń za płytą czołownicy, na to by korpus zderzaka przesuwający się podczas pochłania energii, miał odpowiednią przestrzeń w ramach czołownicy. Poniższe fotografie przedstawiają przykładową czołownicę przygotowaną do zabudowy zderzaków z funkcją crash.

   
Czołownica ostoi nadwozia pojazdu z otowrami pod zabudowę zderzaków z funkcją crash

 


Film prezentujący deformację plastyczną zderzaka z funkcją crash w odmianie z dwustopniowym ukłdem pochłaniania energii

 

Tarcze zderzaków to elementy realizujące bezpośredni kontakt zderzaków sąsiednich wagonów. Nowoczesne tarcze zderzaków mają kształt sferyczny, dzięki czemu zapewniona prawidłowa i optymalna współpraca tarczy zderzak jednego pojazdu kolejowego z tarczą zderzaka pojazdu przeciwnego. W obecnych konstrukcjach stosuje się wypukłości tarcz o promieniach 1500 mm i 2750mm w obydwu przypadkach z tolerancja +/- 100 mm.

W zależności od rozwiązania tuleja, lub pochwa zderzaka łączona jest z tarczą w procesie spawania, nitowania, skręcania. Najbardziej optymalnym pod względem trwałości, ale najtrudniejszym technologicznie, a co za tym idzie również kosztownym, jest wykonanie tulei / pochwy i tarczy jako jednego elementu w procesie wyciskania jako odkuwkę.

Kliknij aby powiększyć    Zderzaki z tarczami przykręcanymi

Kliknij aby powiększyć    Zderzaki z tarczami spawanymi

Kliknij aby powiększyć    Zderzaki z tarczami nitowanymi


Spotyka się tarcze zderzaków, okrągłe, prostokątne z zaokrągleniami lub prostokątne ze ścięciami skośnymi od strony wewnętrznej. Te ostatnie stosowane są przede wszystkim w wagonach pasażerskich dla zapewnienia odpowiedniej szerokości mostków przejść międzywagonowych.

Kliknij aby powiększyć    Zderzaki z tarczami okrągłymi

Kliknij aby powiększyć    Zderzaki z tarczami prostokątnymi z zaokrągleniem

Kliknij aby powiększyć    Zderzaki z tarczami prostokątnymi ściętymi 


Zderzaki według przepisów powinny być zamontowane na wysokości 1050mm +10 /-5 licząc od poziomu główki szyny oraz w rozstawie 1750mm.




Współpraca urządzeń pociągowo-zderznych podczas jazdy 

 


II - Tabor wąskotorowy:
W taborze wąskotorowym siły pociągowe i zderzne, masy składu pociągu oraz prędkości jazdy są znacznie mniejsze od tych w taborze normalnotorowym. Z tego też powodu stosuje się tu urządzenia pociągowo - zderzene odmienne od tych opisanych wcześniej.
W omawianym typie taboru stosuje się centralnie zamocowane urządzenia pociągowo - zderzne. Każde z nich składa się z zespołu zderzakowego i zespołu cięgłowego (sprzęgowego).

Kliknij aby powiększyć   
Urządzenie pociągowo - zderzne na czołownicy lokomotywy wąskotorowej (opis na powiększeniu)



Kliknij aby powiększyć   
Urządzenia pociągowo - zderzne
sprzęgniętych wagonów
(opis na powiększeniu)



Poniżej zamieszczony jest film przedstawiający współpracę urżadzeń pociągowo - zderznych taboru wąskotorowego podczas jazdy.