6. Упругие элементы роликовых букс, поглощающих аппаратов автосцепки и другие детали из резины
На железных дорогах США проводятся исследования и эксперименты по смягчению динамических нагрузок на буксовые подшипники и улучшению ходовых качеств грузовых вагонов путем использования в буксах с роликовыми подшипниками упругих прокладок. То и другое предполагается достигнуть установкой прокладок из упругого материала между боковыми элементами рам тележек и корпусами роликовых букс [14]. Упругие прокладки должны обеспечить амортизацию вертикальных и поперечных ударных нагрузок, воспринимаемых буксами при движении вагонов, что облегчит условия работы роликовых подшипников и снизит износ корпусов букс. Одновременно это положительно скажется на режиме работы колесных пар, снизив износ их и рельсов.
Упругие прокладки представляют собой резино-металлические элементы, воспринимающие вертикальные нагрузки и допускающие поперечное перемещение оси на 8 мм. Применение их дает возможность ограничить высокочастотные воздействия и вибрацию на раму тележки, кузов вагона и перевозимый груз, а также увеличить срок службы буксовых роликовых подшипников.
После лабораторных и стендовых испытаний опытные прокладки и оборудованные ими роликовые буксы подвергались испытаниям в эксплуатации на тележках платформ (длиной 25,9 м), предназначенных для перевозки автомобильных прицепов. Состав из таких вагонов следовал на испытаниях со скоростью 70—125 км/ч. Наблюдение за работой буксовых узлов велось с помощью установки промышленного телевидения с регистрацией вертикальных, продольных и поперечных ускорений. Кроме того, на одном из стандартных буксовых узлов и на одном из узлов, оборудованном опытными упругими прокладками, были размещены тензометрические датчики для измерения радиальных и поперечных нагрузок на подшипники, имеющих ударный характер.
В результате сравнительных испытаний букс с упругими прокладками и обычных было установлено, что ходовые качества вагонов и режим эксплуатации буксовых узлов заметно улучшились. Вертикальные ударные нагрузки на ролики подшипников были снижены примерно вдвое по сравнению с обычными буксами. Предполагается, что положительное завершение исследований может привести к созданию новых тележек грузовых вагонов облегченной конструкции.
Во Франции создана тележка типа У207 для грузовых вагонов, предназначенная для работы при больших скоростях. Отличительной особенностью тележки этой конструкции является применение упругих резиновых прокладок между буксами и рамой тележки и отсутствие между ними продольных зазоров.
В современных высокоскоростных тележечных грузовых вагонах железных дорог Японии между буксой и рамой тележки также устанавливают резиновые прокладки толщиной 45 мм. Толщина прокладок подобрана в результате проведения специальных испытаний. Упругость такого сопряжения в продольном направлении характеризуется упругой деформацией, составляющей 2 т на 1 мм.
Использованию резино-металлических элементов в различных амортизирующих устройствах подвижного состава в мировой практике уделяется большое внимание. В подвижном составе железных дорог США и Канады широко используются, например, поглощающие аппараты автосцепки с резино-металлическими амортизирующими элементами. В небольших масштабах их применяют также на подвижном составе Англии, ФРГ, Швеции и Японии. При этом использование таких поглощающих аппаратов с каждым годом расширяется. Помимо высокой способности поглощать энергию ударов и создавать более плавное восприятие ударных воздействий, резино-металлические амортизирующие элементы практически не требуют ухода в эксплуатации, являясь по существу безремонтными деталями.
Наличие резиновых амортизаторов в тягово-упряжных устройствах позволяет гасить колебания с несколькими ступенями свободы. В пассажирских вагонах их применение повышает комфортабельность проезда пассажиров благодаря отсутствию толчков, при соударении вагонов или резком торможении и мягкой плавности трогания с места. В грузовых вагонах этим обеспечивается лучшая сохранность грузов при ударах и толчках. Особенно важно плавное восприятие ударов при эксплуатации рефрижераторных вагонов.
В подвижном составе США поглощающие аппараты автосцепки с резино-металлическими амортизирующими элементами применяются более 30 лет. Они установлены на большинстве находящихся в эксплуатации тепловозах, пассажирских вагонах и на некоторых типах рефрижераторных и большегрузных вагонов. На железных дорогах Канады ими оборудованы локомотивы и часть грузовых вагонов, в том числе предназначенных для перевозки угля.
В ударно-упряжных устройствах (боковых буферах) резиновые и резино-металлические элементы применяют вместо стальных пружин в Англии, Болгарии, ФРГ и других странах.
На рис. 66 показаны рессоры и амортизирующие устройства с элементами из резины.
Определенное значение начинают приобретать резиновые амортизаторы в вопросах обеспечения сохранности перевозимых грузов. В связи с возрастающими скоростями движения поездов этой проблеме на зарубежных дорогах уделяется особое внимание.
Рис. 66. Рессора из набора дисковых резино-металлических элементов
Для предохранения штучных грузов в вагонах от повреждений при соударениях имеется много различных устройств, в том числе и резиновых. Защита перевозимых грузов от толчков и вибраций, возникающих в вагонах в вертикальной плоскости, решается чаще всего с помощью резиновых подкладок, помещаемых под грузом. Примером служит использование монолитных шин, размещаемых в виде опорных полос на платформах типа С-85 (США) при перевозке механического оборудования. Резиновые шины позволяют значительно снизить продольные и вертикальные ускорения, возникающие при движении платформ.
При перевозке тяжелых грузов на платформах в США устанавливают в качестве опор для груза специальные амортизирующие устройства, которые представляют собой резино-металлические элементы прямоугольного сечения. Комплект каждого амортизатора состоит из трех слоев резины на основе натурального каучука, привулканизированной к стальным пластинам. Размер комплекта 375 X 100 X 110 мм.
В вагонах, оборудованных такими амортизаторами, при соударениях со скоростью 16 км/ч перевозимый груз воспринимает лишь 25% величины возникающих ускорений по сравнению с вагонами, не имеющими амортизаторов.
Для лучшей сохранности груза некоторые типы вагонов и платформ, предназначенных для перевозки автомобилей и контейнеров, в США, Японии, ФРГ [18], Италии [17] и других странах снабжены поглощающими аппаратами автосцепки, имеющими резиновые амортизирующие элементы. В Японии такими аппаратами снабжены четырехосные платформы, предназначенные для перевозки контейнеров типов ТОК-1-25000, КИ-9100, КИ А-900, КОК1-9000 длиной соответственно 14,1; 21,8; 17,8 и 14,9 м.
Рис. 67. Вагон с подвесными перегородками и надувными резиновыми мешками для уплотнения перевозимого груза
Помимо опорных амортизаторов и амортизаторов, в упряжном тяговом оборудовании для сохранности грузов применяют и другие устройства. На железной дороге Пенн Централ, например, были испытаны два опытных вагона для перевозки бутылок со спиртными напитками. Крытые вагоны длиной 15 м были снабжены подвешенными (плавающими) рамами с ходом 508 м и системой перегородок, уплотняемых надувными резиновыми мешками (рис. 67). Тележки этих вагонов оборудованы, кроме того, резиновыми надбуксовыми рессорами. При испытаниях из 1,3 млн. перевезенных бутылок не было разбито ни одной, в то время как при перевозке в обычных вагонах разбивалось 30—35 бутылок за каждый рейс [16].
Аналогичными устройствами (под названием Гамбург) с использованием надувных резиновых подушек оборудованы в ФРГ вагоны типа Hbis-299, предназначенные для перевозки штучных грузов и грузов на поддонах. Устройство представляет собой разделительные передвижные перегородки, расположенные по ширине вагона в два ряда. Они подвешены под потолком и передвигаются по направляющим на роликах. Между перегородками помещаются резиновые амортизирующие подушки, которые заполняются воздухом после загрузки вагона [18].
Другим устройством, предназначенным для защиты грузов от повреждений, под названием Даберков в ФРГ было оборудовано к 1967 г. 600 крытых грузовых вагонов. Устройство состоит из двух продольных направляющих рельсов, укрепленных под крышей. Так же, как и в предыдущем случае, на рельсах подвешены перегородки на роликах. С их помощью груз разделяется на отдельные изолированные друг от друга партии. В средней части вагона, кроме этих перегородок, подвешено 2 щита из клееной фанеры, к которым прикреплены пневматические резиновые подушки. Для закрепления грузов щиты раздвигаются, фиксируя и закрепляя тем самым отдельные партии грузов. Воздух в пневмоподушки подается от автономного компрессора или из резервуара, соединенного с воздушной магистралью поезда.
Французское общество частных железнодорожных предприятий SVS имеет парк крытых грузовых вагонов с передвижными внутренними перегородками для крепления грузов, оборудованных пневматическими амортизаторами. Перегородки размером 1 X 2 м, кроме того, сами облицованы для лучшей амортизации резиной.