Каждый человек знаком с понятием амортизации – ее можно встретить абсолютно во всех сферах жизни, в частности в машиностроении. Амортизация – это процесс, который позволяет поглотить, погасить часть воздействия, оказываемого одним телом или силой на другое тело. Этот принцип используется повсеместно: от смягчения воздействия движения на автомобиль до учета износа оборудования на предприятии.
Однако в данной статье речь пойдет не конкретно об амортизации, а о такой вещи, как поглощающий аппарат. Если большинство людей слышали об амортизаторах, то вот подобные аппараты для многих могут оказаться в новинку. Дело в том, что поглощающий аппарат – это узкоспециализированное устройство, которое чаще всего используется в поездах. В этой сфере данный механизм является очень важным, устанавливается во всех вагонах, но может различаться типами поглощения. Именно об этом и пойдет речь в статье. Какие бывают типы аппаратов и для каких целей они могут быть использованы в различных случаях?
Что это такое?
В первую очередь следует разобраться с тем, что такое поглощающий аппарат и для чего он служит. Итак, данное устройство предназначено для того, чтобы погашать или поглощать (поэтому оно так и называется) часть кинетической энергии удара, тем самым уменьшая воздействие различных сил, в том числе растягивающих и сжимающих, на раму вагона, где оно установлено. Как работает поглощающий аппарат? Внутри устройства возникает сопротивление, которое обеспечивает преобразование кинетической силы в другие виды сил, не наносящих вреда вагону. Поэтому наличие подобного аппарата в вагоне – не вопрос выбора, а обязательное условие, иначе воздействующие силы могут привести к серьезным повреждениям состава, которые повлекут за собой печальные последствия. Что касается видов поглощающего аппарата, то их существует довольно большое количество, но далеко не все они широко распространены. В этой статье будут детально описаны основные виды и их действие, а также затронуты менее популярные типы аппаратов.
Отказ от пружин
Сейчас распространены такие устройства, как, например, поглощающий аппарат РТ-120, однако он не использует пружины, как это было в самом начале. Устройство имеет следующие технические характеристики:
- Тип аппарата: фрикционный.
- Максимальный ход: 120 миллиметров.
- Максимальная энергоемкость: 90 кДж.
- Срок эксплуатации (до ремонта): 16 лет.
- Общий срок службы: 32 года.
Изначально такие аппараты были исключительно пружинными, но со временем им на смену пришли полезные и удобные, а также намного более функциональные и эффективные устройства. Проблем насчитывалось несколько, и первой из них стала слишком большая отдача пружин. То есть они хорошо поглощали кинетическую энергию, но при этом отдавали ее практически столько же, что нивелировало их полезность. Во-вторых, для того чтобы они грамотно функционировали в вагонах, необходимо было формировать изделия довольно большими, можно сказать громоздкими, поэтому от них отказались. Низкая энергоемкость оказалась решающим фактором, потому что другие аппараты можно было сделать не менее эффективными, чем пружинные, но при этом гораздо более компактными. Именно по этой причине на данный момент в вагонах используются такие устройства, как поглощающий аппарат РТ-120, а пружинные модели применяются исключительно в буферных приборах.
Пружинно-фрикционные аппараты
Однако тот факт, что пружинные аппараты не прижились практически ни в одной области, не означает, что подобные механизмы перестали использоваться в данной сфере. Просто они оказались не слишком эффективны, поэтому были созданы пружинно-фрикционные аппараты, которые переносят основное действие на фрикционные движения, в то время как пружинам остается лишь дополнительная функция, то есть они отвечают исключительно за потенциальную, а не кинетическую энергию. Разберем, как это работает. К примеру, поглощающий аппарат АПЭ принимает на себя кинетическую энергию, которая вырабатывается при соударении двух вагонов. Для начала следует обозначить технические характеристики данного устройства:
- Масса аппарата: не более 165 килограмм.
- Конструктивный ход аппарата: 90 миллиметров.
- Энергоемкость номинальная: 110 КДж.
- Энергоемкость максимальная: 130 КДж.
- Сила начальной затяжки: 230 кН.
- Сила закрытия статическая: 1600 кН.
- Общий срок службы: 32 года.
- Срок службы до ремонта: 16 лет.
После совершения удара на выходе имеется не энергия отдачи пружин, а кинетическая сила трения (то есть фрикции) и потенциальная энергия деформации пружин. Этот результат оказался более чем удовлетворительным для амортизации вагонов, поэтому подобные аппараты получили широкое распространение.
Сейчас повсеместно можно встретить поглощающий аппарат 73ZW и другие подобные модели. Технические характеристики устройства следующие:
- Масса аппарата: 214 кг.
- Конструктивный ход аппарата: 90 мм.
- Предел рабочих температур: от +50°С до -60°С.
- Габариты: длина - 625 мм, ширина - 318 мм, высота – 230 мм.
- Сила начальной затяжки: 200 кН.
- Сила закрытия аппарата: 1600 кН.
Достоинства пружинно-фрикционных аппаратов
Пружинно-фрикционные аппараты начали устанавливать на вагоны очень давно и используют их по сей день. Другие типы аппаратов существуют, однако именно этот вид является одним из самых распространенных. Это происходит по ряду причин. Во-первых, это простота. Во-вторых, установка поглощающих аппаратов подобного типа является довольно простым и удобным процессом. Размеры их гораздо меньше, чем у пружинных устройств, поэтому поглощающие аппараты грузовых вагонов легко устанавливаются и не вызывают затруднений в дальнейшем обслуживании. Кроме того, конечно же, необходимо отметить вариативность и элементарное проектирование этих устройств.
Гидравлические аппараты
Классы поглощающих аппаратов бывают самыми разнообразными, и среди них можно выделить еще один очень популярный вид. Гидравлические аппараты по образу действия значительно отличаются от пружинно-фрикционных, поскольку они берут за основу жидкость, которая и обеспечивает максимальную амортизацию. В аппарате имеются дроссельные отверстия, откалиброванные соответствующим образом. Ходы служат для того, чтобы через них протекала амортизирующая жидкость. Эти отверстия связывают между собой две полости, которые в зависимости от нагрузки наполняются через данные сквозные ходы. В итоге создается равномерное упругое сопротивление, которое эффективно работает даже при довольно мощных ударах.
Изначально была одна небольшая проблема, которая заключалась в том, что жидкость не могла быстро возвращаться в исходное положение, поэтому подобный аппарат приводил к пропущенным ударам, то есть к тем моментам, когда жидкость из одной полости не успевала перетечь в другую, чтобы смягчить сотрясение вагона. Именно поэтому со временем для обеспечения максимально упругого сопротивления в гидравлических аппаратах стали использовать инертный газ. Ремонт поглощающих аппаратов такого типа является немного более сложным и дорогостоящим, однако их использование представляет собой эффективный и удобный процесс. Устройство считается неисправным, если обнаружена утечка жидкости, изменение хода или значительный износ.
Как происходит амортизация в гидравлических аппаратах?
Если рассматривать гидравлический поглощающий аппарат вагона, то здесь стоит более детально остановиться на принципе работы данного устройства. Каким образом вода сможет смягчать удар? Ответ на этот вопрос дает физика, ведь плотность и вязкость воды обеспечивает погашение и поглощение кинетической энергии удара, которая теряется в процессе прохождения через жидкость, в момент ее преодоления и выталкивания в соседнюю полость через специальные отверстия. Таким образом, поглощающий аппарат автосцепки, вагона и любого другого элемента может быть гидравлическим, потому что он также устроен не слишком сложно. Использование инертного газа в данном случае не является обязательным. Но благодаря этому веществу сопротивление жидкости увеличивается в несколько раз, а также ускоряется ее возврат в исходное состояние для принятия на себя очередного удара.
Энергоемкость аппарата
Если рассматривается поглощающий аппарат, то одним из важнейших его параметров является энергоемкость, и именно на нее вам стоит обращать внимание в первую очередь. Данный параметр представляет собой количество кинетической энергии, которую способен поглотить аппарат до полного сжатия его амортизирующих элементов, то есть до того момента, когда устройство больше не сможет поглощать удар. Соответственно, чем больше этот показатель, тем лучше. Пружины имеют крайне низкую энергоемкость, и именно поэтому они и не используются на крупных вагонах, где сила удара очень быстро сжимает пружину, которая поглощает слишком мало энергии. Также стоит обратить внимание на то, что аппараты создаются таким образом, чтобы кинетическая энергия не поглощалась полностью – должно оставаться нужное количество энергии, способное вернуть устройство в начальное положение. Именно поэтому в гидравлических аппаратах используется инертный газ, поскольку благодаря ему требуется не так много кинетической энергии, чтобы вернуть жидкость в исходное положение.
Другие виды аппаратов
Описанные выше виды поглощающих аппаратов не являются единственными – их существует гораздо больше, но, как и было сказано в начале статьи, здесь будут описаны только самые популярные. Итак, обязательно стоит отметить эластомерный поглощающий аппарат, который также имеет высокую популярность в различных сферах, в том числе и при установке в вагонах. Данный вид практически в точности копирует описанные гидравлические аппараты, однако главным отличием является то, что вместо обычной воды, которая дросселируется через калиброванные отверстия, в данных аппаратах используется специальная эластомерная жидкость с гораздо более высокой вязкостью, что повышает ее энергоемкость, но при этом и затрудняет обслуживание, а также повышает стоимость. Также нельзя игнорировать и фрикционные аппараты, которые считаются устройствами из упругих элементов. В них поглощение кинетической энергии осуществляется за счет деформации элементов вследствие их трения. С подобным типом вы уже поверхностно познакомились, когда читали о таких устройствах, как пружинно-фрикционные аппараты.
Комбинированные аппараты
Отдельно стоит рассказать про комбинированные аппараты, одним из примеров которых является практически самый распространенный тип – пружинно-фрикционный. Проще говоря, к комбинированным аппаратам относятся те, которые сочетают в себе различные типы амортизации. В данном случае это пружинный и фрикционный типы. Комбинации при этом могут быть разнообразными. Как было указанно в статье, сочетание воздействия пружин и фрикционных элементов дало более чем положительный результат. Именно этот комбинированный тип аппаратов на сегодняшний день является наиболее известным. В данной сфере деятельности допускаются не все виды комбинирования двух типов поглощающего аппарата. Простейшим примером является сочетание эластомерного и гидравлического устройств, поскольку они сконструированы аналогично и отличаются в основном только жидкостью, которая используется в их обслуживании.
Выбор аппарата
Какой аппарат необходимо выбрать для достижения поставленной цели? В первую очередь внимание обращается на главный параметр поглощающих аппаратов – их энергоемкость. Нет смысла устанавливать аппарат с высокой энергоемкостью на вагоны или другие объекты с низкой кинетической силой удара, поскольку будут наблюдаться большие затраты без повышения производительности. Также ни в коем случае нельзя ставить аппараты с низкой энергоемкостью на объекты, которые подвергаются серьезным ударам, так как энергии аппарата попросту не будет хватать на поглощение нужного объема энергии, и удары будут получаться гораздо более сильными, чем это допустимо в соответствии с установленными нормами.
Конечно, есть и другие параметры, на которые стоит обращать внимание, например стабильность, то есть количество успешно амортизированных ударов по отношению к их общему количеству, или величина необратимо уходящей энергии, которая полностью амортизируется поглощающим устройством и не используется в дальнейшем для возвращения его в исходное положение. Данные параметры рассматриваются индивидуально для каждого проекта, согласовываются перед выбором конкретного вида поглощающего аппарата, в соответствии со всеми установленными нормами и требованиями.
