Сцепка или муфта — это механизм, обычно расположенный на каждом конце рельсового транспортного средства , который соединяет их вместе, образуя поезд. Оборудование, которое соединяет сцепки с транспортными средствами, — это поглощающий аппарат или тяговое устройство , которое должно поглощать напряжения сцепления и ускорения поезда.
На протяжении всей истории железных дорог по всему миру разрабатывались различные конструкции и типы сцепок. Основные соображения при проектировании включают прочность, надежность, простоту и эффективность в обращении и безопасность оператора. Автоматические сцепки автоматически включаются, когда вагоны сталкиваются вместе. Современные версии не только обеспечивают механическое соединение, но также могут соединять тормозные линии и линии передачи данных.
В разных странах используются разные типы сцепок. В то время как на североамериканских железных дорогах и в Китае используются сцепки Janney , на железных дорогах бывшего Советского Союза используются сцепки SA3 , а в европейских странах — сцепки Scharfenberg и винтовые сцепки . Проблемы и осложнения возникают при сцепке транспортных средств с разными сцепками. Для выполнения этой задачи используются барьерные вагоны , также называемые вагонами-матчами , вагоны с двойными сцепками или адаптерами.
Совместимые и похожие муфты или сцепки часто упоминаются с использованием сильно различающихся марок, брендов или региональных названий или прозвищ, что может запутать описание стандартных или типичных конструкций. Размеры и номиналы, указанные в этих статьях, обычно относятся к номинальным или типичным компонентам и системам, хотя стандарты и практика также сильно различаются в зависимости от железной дороги, региона и эпохи.
Buff: когда состав (один или несколько соединенных вместе вагонов) вагонов находится в состоянии сжатия; противоположном растяжению. [1]
Основной тип сцепления на железных дорогах, следующий британской традиции, — буферно-цепное сцепление. Большая цепь из трех звеньев соединяет крюки на соседних вагонах. Эти сцепления следовали более ранней практике трамвая , но были сделаны более регулярными. Буферы на раме вагона поглощали ударные нагрузки, когда поезд обгонял замедляющийся локомотив.
Простую цепь нельзя было натянуть, и это свободное сцепление допускало большое движение вперед и назад и удары между вагонами, а также вибрацию при трогании поездов. Хотя это приемлемо для минеральных вагонов, это сцепление создавало дискомфорт при езде в пассажирских вагонах, поэтому цепь была улучшена путем замены центрального звена винтом с левой резьбой с одной стороны и правой резьбой с другой. В центре винта находится корпус ручки с прикрепленной шарнирной шаровой ручкой. Такое устройство в стиле винтовой стяжки позволяет стягивать транспортные средства, затягивая винт с прикрепленной ручкой. Обычно винт затягивают до тех пор, пока не останется два витка резьбы рядом с корпусом ручки. К цапфовой гайке со стороны соединительного звена прикреплена опора, чтобы упереть ручку винта, чтобы предотвратить ослабление винта во время использования сцепления. Официальное название этого типа сцепления — винтовое сцепление или сцепление UIC в соответствии с европейским стандартом EN 15566 Тяговое устройство и винтовое сцепление .
Упрощенная версия этого, более быстрая в присоединении и отсоединении, все еще использовала три звена, но с центральным звеном, имеющим Т-образный паз. Его можно было повернуть продольно, чтобы удлинить его, что позволяло сцепку, а затем повернуть вертикально в положение более короткого паза, удерживая вагоны более плотно вместе.
Более высокие скорости, связанные с полностью укомплектованными грузами [a], сделали необходимостью винтовое крепление.
Самые ранние « немые буфера » представляли собой фиксированные расширения деревянных рам повозок, но позже появились пружинные буфера. Первыми из них были жесткие подушки из обтянутого кожей конского волоса, позднее — стальные пружины, а затем — гидравлическое демпфирование.
Эта связь по-прежнему широко распространена в Западной и Центральной Европе, а также в некоторых частях Северной Африки, Ближнего Востока и Южной Азии. [2]
.jpg/1280px-08-130_Esclusas_de_Miraflores_(23).jpg)
Сцепка типа «звено-и-штифт» была оригинальным типом сцепления, использовавшимся на североамериканских железных дорогах. После того, как большинство железных дорог перешли на полуавтоматические сцепки Janney , сцепка типа «звено-и-штифт» сохранилась на лесных железных дорогах . Хотя в принципе она была проста, система страдала от отсутствия стандартизации в отношении размера и высоты звеньев, а также размера и высоты карманов.
Сцепка со звеном и штифтом состояла из трубчатого корпуса, в который вставлялось продолговатое звено. Во время сцепления железнодорожник должен был стоять между вагонами, когда они сходились, и направлять звено в карман сцепки. После того, как вагоны были соединены, работник вставлял штифт в отверстие в нескольких дюймах от конца трубы, чтобы удерживать звено на месте. Эта процедура была исключительно опасной, и многие тормозные механики теряли пальцы или целые руки, когда они вовремя не убирали их с пути карманов сцепки. Еще больше людей погибли в результате того, что их зажало между вагонами или затащило под вагоны, которые были сцеплены слишком быстро. Тормозным механикам выдавали тяжелые дубинки, которыми можно было удерживать звено на месте, но многие тормозные механики не использовали дубинки и рисковали получить травму.
Соединение типа «рычаг-штифт» оказалось неудовлетворительным по следующим причинам:
В Великобритании кулисно-пальцевые сцепки были распространены на узкоколейных промышленных и военных железных дорогах и со временем превратились в конструкцию, позволяющую надежно соединять поезда, когда он стоит.
Локомотивы Панамского канала , используемые для проводки судов через шлюзы Панамского канала , имеют звеньевые и штифтовые сцепки и боковые буферы. Такая конструкция была выбрана для того, чтобы эти обычно работающие в одиночку локомотивы могли быть сцеплены с другим локомотивом в случае поломки. На прямом пути используется звеньевая и штифтовая сцепка. Поскольку вертикальная кривая между прямыми участками пути и пандусом между шлюзовыми камерами имеет очень малый радиус, разница в высоте была бы слишком большой для звеньевой и штифтовой сцепки, поэтому локомотивы должны быть протолкнуты через эти участки отцепленными с помощью боковых буферов. Они имеют сверхвысокую буферную пластину, чтобы предотвратить блокировку буферов на узких вертикальных поворотах.
Сцепка балансировочного рычага, также центральная буферная сцепка с двумя винтовыми сцепками, является сцепкой, обычно используемой на узкоколейных железных дорогах с крутыми поворотами. Поменяв местами тянущие и толкающие устройства, стандартная винтовая сцепка, используемая на железных дорогах стандартной колеи, стала центральной буферной сцепкой с одной винтовой сцепкой с каждой стороны буфера. Винтовые сцепки соединены с компенсационным рычагом, который поворачивается на вертикальной цапфе на центральном буферном стержне, что позволяет равномерно распределять тяговые силы между двумя винтовыми сцепками. [3]
Чтобы избежать проблем с безопасностью, Карл Альберт, тогдашний директор Крефельдского трамвая , в 1921 году разработал сцепку Albert . Сцепка Albert была создана как шпоночно-пазовая сцепка с двумя штифтами. Сцепляемые транспортные средства сталкивались, обе сцепки двигались в одну сторону. Вставлялся один штифт, затем транспортные средства тянули, чтобы выпрямить сцепку, и вставлялся другой штифт. Эта операция требовала менее точного маневрирования. Благодаря цельной конструкции допускался лишь минимальный провис. Система стала довольно популярной в трамвайных системах и на узкоколейных линиях.
В 1960-х годах большинство городов заменили их на автоматические сцепки. Но даже в современных автомобилях сцепки Albert устанавливаются в качестве аварийных сцепок для буксировки неисправного автомобиля.
В североамериканских легковых автомобилях во второй половине XIX века соединительный элемент и штифт были заменены на узел, известный как платформа Миллера , который включал в себя новую сцепку, называемую крюком Миллера. [4] Платформа Миллера (и крюковая сцепка) использовалась в течение нескольких десятилетий, прежде чем была заменена сцепкой Дженни .
Норвежская сцепка состоит из центрального буфера с подвижным крюком, который опускается в щель в центральном буфере. [5] Также может быть U-образная предохранительная защелка на противоположном буфере, которая переворачивается поверх крюка, чтобы закрепить его. Предохранительное устройство также может представлять собой цепь с шарообразным грузом на конце, которая перекидывается через крюк, чтобы удерживать его на месте. [5] На железных дорогах, где подвижной состав всегда смотрит в одном направлении, механический крюк может находиться только на одном конце вагона. Не все норвежские сцепки совместимы друг с другом, поскольку они различаются по высоте и ширине, и могут быть или не быть ограничены одним крюком за раз. Предел тягового усилия обычно составляет 350 кН. [6] Иногда норвежская сцепка дополняется вспомогательными цепями.
Норвежская сцепка также известна как сцепка Ллойда, названная в честь ее британского производителя FH Lloyd & Co. Ltd около Wednesbury , или как сцепка-измельчитель мяса, названная в честь формы подвижного крюка. Норвежская сцепка допускает более крутые повороты, чем буферная и цепная сцепка, что является преимуществом на узкоколейных железных дорогах , где низкие скорости и уменьшенная загрузка поездов позволяют использовать более простую систему. Норвежская сцепка встречается только на узкоколейных железных дорогах шириной 1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ), 1000 мм ( 3 фута 3+3 ⁄ 8 дюйма) или менее вВеликобританиии ее бывших колониях. Например, он используется нажелезной дороге острова Мэн,на железных дорогах правительства Западной Австралии, вТанзании, нажелезной дороге Фестиниог, нажелезной дороге Линтон и Барнстейпли нажелезной дороге Уэльского нагорья,
В Южной Африке использовались две версии радиальной сцепки. Одна из них, сцепка Джонстона, обычно известная как сцепка с звеном колокола и штифтом, была представлена в 1873 году и похожа по принципу действия и совместима с сцепками с звеном и штифтом, но имеет форму колокола с круглой лицевой поверхностью сцепки. Другая, сцепка с колоколом и крюком, была представлена в 1902 году и похожа на норвежскую сцепку, но также имеет круглую лицевую поверхность сцепки и карман сцепки, который открыт в верхней части лицевой поверхности сцепки для размещения тягового крюка. [7]
Сцепка Джонстона, обычно называемая сцепкой с раструбом и штифтом из-за ее формы колокола, была впервые представлена на Мысе Доброй Надежды в 1873 году после создания в 1872 году железных дорог правительства Кейптауна (CGR) и решения правительства Кейптауна расширить железные дороги вглубь острова и преобразовать существующие пути с 4 футов 8 дюймов+1 ⁄ 2 дюйма(1435 мм) стандартной колеи до 3 футов 6 дюймов (1067 мм) колеи Cape. Все новые локомотивы и подвижной состав колеи Cape, приобретенные с 1873 года, были оснащены этими или аналогичными сцепками, начиная сCGR 0-4-0ST 1873 года, строительного локомотива под названиемLittle Bess.[8][9][10]
Натальские правительственные железные дороги (NGR), основанные в колонии Наталь в 1875 году, последовали этому примеру, и все локомотивы и подвижной состав, приобретенные этой железной дорогой, были оснащены сцепками Джонстона, начиная с NGR Class K 2-6-0T в 1877 году. [11] [12]
Аналогичным образом, в 1889 году, когда первые локомотивы были получены недавно созданной Нидерландско-Южноафриканской железнодорожной компанией в Южной Африканской Республике , они были оснащены сцепками Джонстона. [9] [13]
В отличие от 2-футовых ( 610 мм ) узкоколейных железных дорог CGR, на NGR также использовались сцепки Джонстона. Первая из этих узкоколейных линий была введена в эксплуатацию в 1906 году, когда первые локомотивы NGR Class N 4-6-2T поступили в эксплуатацию на ветке Weenen из Estcourt . [10] [14]
Сцепка и расцепка производились вручную, что создавало высокий риск серьезных травм или смерти для членов экипажа, которым приходилось проходить между движущимися транспортными средствами, чтобы направить звено в карман сцепки во время сцепления. Сцепки Джонстона постепенно начали заменять на Южноафриканских железных дорогах с 1927 года, но не на узкоколейном подвижном составе. Все новые локомотивы Cape gauge и подвижной состав, приобретенные с того года, были оснащены кулачковыми сцепками AAR . Переоборудование всего старого подвижного состава должно было занять несколько лет, и оба типа сцепок все еще можно было увидеть на некоторых транспортных средствах до конца 1950-х годов. В переходный период кулачковые сцепки на многих локомотивах имели горизонтальный зазор и вертикальное отверстие в самом кулачке для размещения, соответственно, звена и штифта, чтобы позволить им сцепляться с транспортными средствами, которые все еще были оснащены старыми сцепками Джонстона. [9] [15]
Система сцепки «колокол-крюк» была впервые введена на мысе Доброй Надежды в 1902 году, когда два локомотива CGR Type A 2-6-4T были приобретены в качестве строительных машин на новой узкоколейной железной дороге Avontuur с шириной колеи 2 фута ( 610 мм ) , которая строилась от Порт-Элизабет до Лангклуфа . В Южной Африке эти сцепки использовались только на узкоколейных линиях на мысе Доброй Надежды. [7] [10] [16] [17]
Сцепка похожа на норвежскую сцепку . Это радиальная сцепка с карманом сцепки, который открыт в верхней части поверхности сцепки. Вместо звена и штифтов она использует крюк, который при сцепке скользит по штифту крюка в сцепке следующего транспортного средства в поезде. Чтобы предотвратить случайное расцепление крюка сопряженной сцепки, колокол сцепки оснащен защитой крюка, обычно называемой уздечкой, над карманом сцепки. [7]
Обычной практикой было наличие тягового крюка, установленного только на одной из сцепных муфт, и поэтому поездные бригады возили с собой запасные тяговые крюки и штифты тяговых крюков на локомотиве. Хотя автоматическое сцепление возможно, это случается редко, и во время сцепления требуется ручная помощь. Расцепление выполняется вручную путем поднятия тягового крюка рукой для его освобождения. Сцепку можно было адаптировать для совместимости со сцепкой Джонстона, заменив тяговый крюк на U-образное переходное звено, которое крепилось с помощью того же штифта тягового крюка. [7]
Сцепки типа «колокол и крюк» начали заменяться на железной дороге Авонтуур после введения дизель-электрических локомотивов класса 91-000 на узкоколейной системе в 1973 году. Весь новый узкоколейный подвижной состав, приобретенный для этой линии с того года, был оснащен сцепками Виллиса . Старый подвижной состав не был переоборудован, и для обеспечения сцепления между двумя типами использовался адаптер. Тяговый крюк на сцепке типа «колокол и крюк» заменялся адаптером, который крепился с помощью того же штифта тягового крюка. [7]
Существует ряд автоматических сцепок поездов, большинство из которых взаимно несовместимы. Уровень автоматизации варьируется и может быть разделен на категории:
Сцепка Janney, позже сцепка Master Car Builders Association (MCB) [19], теперь сцепка Association of American Railroads (AAR), также широко известна как сцепка buckeye , knuckle или Alliance . Сцепки AAR/APTA TypeE, TypeF и TypeH являются совместимыми сцепками Janney, но используются для разных железнодорожных вагонов (грузовых, цистерн, поворотных хопперов, пассажирских и т. д.).
Сцепка с кулачковым механизмом или сцепка Janney была изобретена Эли Х. Дженни , который получил патент в 1873 году ( патент США 138,405 ). [20] Она также известна как сцепка buckeye , особенно в Соединенном Королевстве, где ею оснащается некоторый подвижной состав (в основном пассажирские поезда). Дженни был продавцом сухих товаров и бывшим офицером армии Конфедерации из Александрии, штат Вирджиния , который использовал свои обеденные часы, чтобы выстрогать из дерева альтернативу звеньевой и штифтовой сцепке. Термин buckeye происходит от прозвища американского штата Огайо , «Buckeye State» и компании Ohio Brass Company, которая изначально продавала эту сцепку. [21] [22]
В 1893 году, убедившись, что автоматическая сцепка может соответствовать требованиям коммерческих железнодорожных операций и в то же время безопасно управляться, Конгресс США принял Закон о средствах безопасности . Его успех в обеспечении безопасности на сортировочных станциях был ошеломляющим. В период с 1877 по 1887 год примерно 38% всех несчастных случаев с участием железнодорожников были связаны со сцепкой. Этот процент снизился, поскольку железные дороги начали заменять звеньевые и штифтовые сцепки на автоматические сцепки. К 1902 году, всего через два года после вступления в силу SAA, несчастные случаи со сцепкой составляли всего 4% от всех несчастных случаев с участием сотрудников. Количество несчастных случаев, связанных со сцепкой, сократилось с почти 11 000 в 1892 году до чуть более 2 000 в 1902 году, хотя число работников железной дороги неуклонно росло в течение этого десятилетия.
Когда сцепка Janney была выбрана в качестве североамериканского стандарта, было 8000 запатентованных альтернатив на выбор. Существует множество конструкций сцепки AAR, которые соответствуют требованиям различных конструкций автомобилей, но все они должны иметь определенные общие размеры, которые позволяют одной конструкции соединяться с любой другой. [23]
Сцепка Janney используется в США , Канаде , Мексике , Японии , Индии , Тайване , Австралии , Новой Зеландии , Южной Африке , Саудовской Аравии , Кубе , Чили , Бразилии , Португалии , Китае и многих странах Африки как на стандартной, так и на узкой колее.
Соединитель Janney обычно обеспечивает только механическое соединение, только тип H добавляет автоматическое соединение пневматических и электрических линий. [24]
Сцепка Henricot — это разновидность сцепки Janney, представленной бельгийским инженером и предпринимателем Эмилем Энрико из Кур-Сент-Этьена . Она используется на некоторых электропоездах Национальной железнодорожной компании Бельгии , включая класс 75 ).
Муфта Виллисона была разработана в США в 1916 году для решения проблем, присутствовавших в муфте Дженни. [25]
Русский соединитель SA3 работает по тем же принципам, что и соединитель AAR, но эти два типа несовместимы. [26] Он был представлен в Советском Союзе в 1932 году на основе британского патента и с тех пор используется на всех 1520-мм ( 4 фута 11+27 ⁄ 32 дюйма ) сети, включаяМонголию.Финскиелокомотивы оснащены сцепками Unilink, которые могут соединяться со сцепками UIC, используемыми в финском подвижном составе, и сцепками SA3, используемыми в российском составе.
Он также используется на 1435 мм ( 4 фута 8 дюймов)+1 ⁄ 2 дюйма) стандартной колеи сетейИранаи наМальмбананев Швеции для рудных поездов. Некоторыетрамвайные вагоны с колеей 2 фута (610 ммКвинслендебыли оснащены миниатюрными сцепками Willison.[27]Они были введены на2-футовой(610 мм) узкоколейнойжелезной дороге AvontuurЮжноафриканских железных дорог в 1973 году.[7]
Сцепка SA3 является одной из самых прочных сцепок в мире — максимальная грузоподъемность поезда, использующего этот тип сцепки, составляет около 8000 тонн [31], — но обеспечивает только механическое сцепление. [24] Добавление автоматического электрического и пневматического соединения является сложной задачей. [32]
Существует множество разновидностей и торговых марок этих муфт.
С 2020 года компания Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles работает над автоматической сцепкой на основе SA3, которая может заменить буферы и цепные сцепки на европейских железных дорогах. [33][update]
Unicoupler был разработан компанией Knorr из Западной Германии в 1970-х годах параллельно с совместимым аналогом, соединителем Intermat, разработанным VEB Waggonbau Bautzen из Восточной Германии. [34] [35] Соединитель Unicoupler/Intermat может автоматически соединять две пневматические линии и до шести электрических соединений. [25]
Эта муфта механически совместима с муфтами SA-3 и Willison (но пневматические и электрические соединения должны быть выполнены вручную). Unicoupler также известен как AK69e.
Максимальная грузоподъемность поезда, использующего этот тип сцепки, составляет около 6000 тонн. [31] Неудача с внедрением AK69e и Intermat была обусловлена экономическими показателями. [36]
По состоянию на 2020 год [update]он нашел ограниченное применение: он был принят на вооружение Иранскими железными дорогами [37] , а также используется в Германии на поездах, перевозящих железную руду между Гамбургом и Зальцгиттером. [38]
Сцепка C-AKv (также называемая Transpact) — это новая компактная сцепка Willison, разработанная Faiveley Transport . [39] Она механически совместима с сцепкой SA3 (но пневматические и электрические соединения должны выполняться вручную), полностью совместима с Unicoupler и, если установлены дополнительные буферы, ее можно также сцепить с обычной европейской винтовой сцепкой. [40] Сцепка C-AKv может автоматически соединять две пневматические линии. [36] С 2020 года [update]ее использование ограничено поездами, перевозящими руду между Роттердамом и сталелитейными заводами Диллингена и лигнит между Велицем и Буной в Германии. [38]
Сцепка Z-AK — это еще одна сцепка Willison, разработанная Knorr Bremse . Она была разработана в ответ на очевидный провал Unicoupler/Intermat. Она совместима с буферами и винтовыми сцепками. Это одна из немногих автоматических сцепок, которая не может выдерживать растягивающие усилия, железнодорожные транспортные средства, использующие этот тип сцепки, также должны быть оборудованы буферами. [41]
Сцепка Unilink — это сцепка, которая используется в странах, граничащих с CSI, таких как Финляндия или Украина . [42] Сцепка совместима как с SA3, так и с винтовой сцепкой . [43] Это сцепка SA3 с дополнительным рогом для крепления скобы винтовой сцепки и с винтовой сцепкой, которая соединена с крюком вагонов, оборудованных винтовыми сцепками. Когда винтовая сцепка не используется, скоба сцепки находится в держателе с левой стороны сцепки. Подвижной состав, оборудованный сцепками Unilink, также оборудован боковыми буферами , которые требуются при использовании винтовой сцепки. [44]
Финляндия использует пассажирские вагоны, оборудованные винтовыми сцепками, поскольку они имеют преимущество перед сцепкой SA3, обеспечивая езду без зазоров, поскольку винтовые сцепки всегда находятся под напряжением, а боковые буферы не разъединяются при нормальной эксплуатации. Большинство финских грузовых вагонов также оборудованы винтовыми сцепками. Только некоторые большегрузные вагоны и российское оборудование оснащены сцепками SA3.
Автоматическая контактная муфта с полировкой, более известная как муфта ABC, была изобретена Дж. Т. Джепсоном, запатентована в Великобритании в 1906 году [45] и произведена компанией ABC Coupler and Engineering Company Limited на заводе в Вулверхэмптоне .
Муфта состоит из скобы, которая выступает из центрального буфера и падает в крюк в противоположном буфере, когда происходит контакт сцепления. Незацепленная скоба противоположной сцепки опирается на зацепленную скобу, предотвращая ее от расцепления своим весом. Чтобы расцепить муфту ABC, верхняя незацепленная скоба поднимается. Это заставляет хвостовой рычаг, прикрепленный к скобе, поднять зацепленную скобу с крюка и освободить муфту.
В 1912 году была представлена усовершенствованная версия муфты с лучшим механизмом блокировки, в которой подпружиненный запорный стержень блокировал диск, выполняющий функцию крюка. Этот дисковый крюк поворачивался в заблокированное положение приближающейся скобой противоположной муфты. Чтобы разъединить муфту, было достаточно разъединить запорный стержень, потянув за цепь или ручку, что освобождало вращение дискового крюка.
Сцепка в основном использовалась на узкоколейных железных дорогах британских колоний, таких как, например, легкая железная дорога Баучи в Нигерии , на Цейлоне , в Гондурасе или железная дорога Калка-Шимла в Индии . [46] [47]
Сцепка Stearns and Ward, известная как сцепка Ward в Соединенном Королевстве , названа в честь двух ее американских изобретателей, Роберта Б. Стернса и Фрэнка Д. Уорда, которым совместно был выдан патент US 737673 «Сцепка вагонов». в 1903 году. Сцепка была специально разработана для использования на надземных железных дорогах [48] , поскольку они были введены в Чикаго на рубеже веков. Впервые она была использована на электропоездах Северо-Западной надземной железной дороги в 1902 году. Три года спустя, в 1905 году, она была введена Wards при электрификации Кольцевой линии окружной железной дороги , которая стала Лондонским метрополитеном . Сцепка Ward была стандартной сцепкой на поездах Лондонского метрополитена до 1936 года, когда ее заменила сцепка Wedglock, многофункциональная сцепка, которая также обеспечивала пневматические и электрические соединения. [49]
Вагоны должны быть сдвинуты вместе, чтобы соединиться. Язычок каждой головки сцепки входит в горловину противоположной головки сцепки, где крюк на язычке поворачивает вертикально установленный, подпружиненный сцепной штифт против силы пружины. Как только крюк проходит сцепной штифт, сила пружины возвращает сцепной штифт в исходное положение, удерживая головку крюка в сцепке. При сцепке головки сцепки могут свободно перемещаться по вертикали, что должно предотвратить сошедший с рельсов вагон от увлечения других вагонов за собой в случае схода с рельсов на надземной железной дороге. Расцепка осуществляется путем поворота сцепного штифта против силы пружины с помощью приводного рычага, управляемого маневровым столбом или фиксированным стержнем с ручками, которые можно достать с позиции рядом с поездом вдали от третьего рельса . [ 48]
Многофункциональные сцепки (MFC) или полностью автоматические сцепки выполняют все соединения между рельсовыми транспортными средствами (механические, пневматические тормоза и электрические) без вмешательства человека, в отличие от автосцепок или полуавтоматических сцепок, которые занимаются только механическими аспектами. Большинство поездов, оснащенных этими типами сцепок, представляют собой многосекционные поезда, особенно те, которые используются в операциях общественного транспорта .
В мире используется несколько конструкций полностью автоматических сцепок, включая сцепку Шарфенберга , различные гибридные шарнирные сцепки, такие как Tightlock (используется в Великобритании), муфта Wedglock, муфты Dellner (по внешнему виду похожи на сцепки Шарфенберга), муфта BSI (Bergische Stahl Industrie, теперь Faiveley Transport ) и муфта Schaku-Tomlinson Tightlock.
Существует ряд других автоматических сцепок поездов, похожих на сцепку Шарфенберга, но не обязательно совместимых с ней. Старые транзитные операторы США продолжают использовать эти конструкции электропневматических сцепок, отличные от Janney, и используют их уже десятилетиями.
Сцепка Westinghouse H2C, предшественник которой H2A впервые использовался в BMT Standards , а затем в классах R1 –R9 , в настоящее время используется в вагонах метрополитена классов R32 , R42 , R62 , R62A , R68 и R68A в метро Нью-Йорка . Концы A вагонов обычно имеют сцепку Westinghouse, а концы B используют либо полупостоянную сцепку , либо сцепку Westinghouse.
Сцепка WABCO N-Type была впервые разработана для прототипа системы Pittsburgh Skybus с первоначальной моделью N-1, которая применялась только к трем вагонам Skybus. Обновленная модель N-2 с увеличенным на 4 дюйма (101,6 мм) диапазоном схода была впервые применена к новым скоростным транзитным вагонам «Airporter» на линии Cleveland Rapid Transit . Модель N-2 использовала легкий поглощающий аппарат, подвешенный под центральной балкой, чтобы обеспечить широкие повороты, необходимые для прохождения крутых поворотов. Это сделало N-2 непригодным для использования на магистральных железных дорогах, поэтому для этого рынка была разработана обновленная версия N-2-A. Первые из них были установлены в 1968 году на UAC TurboTrain с 228 электрическими контактами и Budd Metropolitan EMU со 138 контактами. Начиная с 1970-х годов N-2-A устанавливался на все семейство MU SEPTA Silverliner , серию MU NJT Arrow и серию M вагонов MU Metro-North Railroad / Long Island Rail Road . N-2 также использовался в PATCO Speedline , но был заменен из-за проблем с электрическими контактами. Позже WABCO создаст новую модель N-3 для системы BART с диапазоном сбора 6 на 4 дюйма (152,4 мм × 101,6 мм), для которого требовалась прямоугольная воронка.
Соединитель WABCO N-типа иногда называют штифтовым или копьевым соединением .
Сцепка Томлинсона была разработана компанией Ohio Brass Company [21] [22] для общественного транспорта, но в конечном итоге нашла применение и в некоторых магистральных железнодорожных транспортных средствах. Она состоит из двух квадратных металлических крюков, которые сцепляются друг с другом в более крупной прямоугольной раме с соединениями для воздуховодов сверху и снизу. После разработки сцепки производственный отдел Ohio Brass был куплен компанией WABCO, которая теперь производит линию вместе с N-type. Сцепка Томлинсона является наиболее широко используемой полностью автоматической сцепкой для тяжелых рельсов в Северной Америке, принятой на вооружение Вашингтонским метрополитеном , Управлением транспорта залива Массачусетса , PATCO Speedline , SEPTA Broad Street Subway , Los Angeles Metro Rail , Baltimore Metro , Miami Metro , MARTA Rail и Нью-Йоркским метрополитеном для своего парка R44 / R46 и всех современных классов, начиная с R142 . Для применений за пределами скоростного транспорта сцепку пришлось значительно увеличить, чтобы соответствовать повышенным требованиям прочности, впервые появившимся в этом качестве на Budd Metroliner , а затем на флоте Illinois Central Highliner . Его относительная нехватка прочности является одной из причин, по которой N-Type оказался более успешным на арене магистральных железных дорог.
За пределами США сцепка Томлинсона используется на линиях Гинза и Маруноути токийского метрополитена [ 50], а также на линиях метрополитена Тайбэя с высокой пропускной способностью [51] .
Сцепка Шарфенберга [52] ( нем . Scharfenbergkupplung или Schaku ) — вероятно, наиболее часто используемый тип полностью автоматической сцепки. Разработанная в 1903 году Карлом Шарфенбергом в Кёнигсберге, Германия (сегодня Калининград, Россия ), она постепенно распространилась с транзитных поездов на регулярные пассажирские поезда, хотя за пределами Европы ее использование, как правило, ограничивается системами общественного транспорта. Сцепка Schaku во многих отношениях превосходит многие другие автоматические сцепки, поскольку она автоматически выполняет пневматические и электрические соединения и способна автоматически расцепляться. [53] Однако не существует стандарта для размещения этих электропневматических соединений. Некоторые железнодорожные компании размещают их по бокам, в то время как другие размещают их над механической частью сцепки Schaku.
Небольшие воздушные цилиндры, действующие на вращающиеся головки сцепки, обеспечивают сцепление сцепки Schaku, что делает ненужным использование удара для получения хорошего сцепления. Соединение частей пассажирского поезда может осуществляться на очень низкой скорости (менее 2 миль в час или 3,2 км/ч на конечном этапе), так что пассажиры не толкаются. Производители железнодорожного оборудования, такие как Bombardier, предлагают сцепку Schaku в качестве опции для своих систем общественного транспорта, а также для своих пассажирских вагонов и локомотивов. В Северной Америке ею оснащены все поезда Монреальского метрополитена , а также новые системы легкорельсового транспорта в Денвере , Балтиморе и Нью-Джерси . Она также используется на легкорельсовом транспорте в Портленде , Миннеаполисе , Vancouver Skytrain и линии 3 Scarborough в Торонто . В Новой Зеландии она встречается на электропоездах класса AM пригородной железнодорожной сети Окленда и на поездах Matangi в Веллингтоне . Он также оснащает весь специализированный подвижной состав, используемый для челночных перевозок в туннеле под Ла-Маншем .
Максимальная грузоподъемность менее 1000 тонн (1100 коротких тонн; 980 длинных тонн).
С 2020 года Voith и Dellner работают над цифровой автоматической сцепкой на основе Schaku, которая может стать возможной заменой буферов и цепных сцепок на европейских железных дорогах. [54][update]
Шведская муфта Dellner [55] является запатентованной версией муфты Scharfenberg , соединяющей транспортное средство, пневматику и электронику одновременно. Запатентованная технология поглощения энергии D-BOX позволяет производить сцепление на скорости до 15 километров в час (9 миль в час) без структурных повреждений и до 36 километров в час (22 мили в час) с деформацией, но при этом транспортные средства остаются на пути. Запатентованная система D-REX обеспечивает высокоскоростное соединение Ethernet со скоростью 100 Мбит/с.
Сцепка Wedglock названа в честь пневматических клиньев, которые блокируют подвижные части головки сцепки в зацепленном положении. Это стандартная автоматическая сцепка, используемая в поездах лондонского метрополитена . Сцепка была представлена в 1936 году [56] и производится компаниями William Cook Rail [57] и Voith . [58] Лицевая сторона сцепки имеет выступающий подвижный язычок, который вставляется в горловину противоположной сцепки во время сцепления. После того, как эти механические элементы полностью зацеплены, их положение фиксируется клиньями, приводимыми в действие пневматическим цилиндром. Пневматические горшки расположены под механическим соединением. Они просто прижимаются друг к другу и герметизируются резиновыми элементами. По обе стороны механического соединения находятся электрические контактные блоки, состоящие из ряда стыковых контактов. При отсоединении контакты защищены так называемыми крышками «голландской печи». Крышки приводятся в действие механически и открываются при приближении другой сцепки. [56] Сцепку можно включать и отключать из кабины с помощью трехпозиционного переключателя сцепления в кабине. [59]
.jpg/1280px-Appenzell_Railway_-_Coupling_(13723420714).jpg)
.jpg/1280px-J33_617_GF-Mittelpufferkupplung_(cropped).jpg)
Сцепка GF, иногда также пишется как +GF+ сцепка, является сцепкой, произведенной Георгом Фишером в Шаффхаузене , Швейцария , и широко использовалась на швейцарских железных дорогах и на транспортных средствах, производимых швейцарской железнодорожной промышленностью. Впервые она была показана на Швейцарской национальной выставке в Берне в 1914 году. Было доступно три варианта: тип GFN для междугородных железных дорог, тип GFT для трамваев и тип GFV для общественного транспорта. [60]
Типы GFN и GFT очень похожи. Единственное отличие заключается в том, что GFT рассчитан на меньшие усилия, как и ожидается в трамвайном обслуживании. Оба соединения состоят из прямоугольного буфера, который также служит горловиной. Изнутри горловины выступает горизонтальный язычок с отверстием, в которое вставляется вертикально расположенный стопорный штифт. Для расцепления стопорный штифт можно поднять с помощью ручек, расположенных позади сцепки. По желанию можно также подключить воздушные и электрические линии. Воздушные соединения обычно располагаются выше и/или ниже механической сцепки. Электрические контакты располагаются над сцепкой и защищены от загрязнения откидной крышкой при расцеплении.
Первые железные дороги, внедрившие сцепку типа GFN, были на Bern-Zollikofen-Bahn, теперь часть Regionalverkehr Bern-Solothurn , Aarau–Schöftland-Bahn, теперь часть Wynental and Suhrental Railway , и Biel–Täuffelen–Ins railway . Другая важная железная дорога, использующая сцепку типа GFN, — это Brünig railway . Более легкая сцепка типа GFT впервые была использована на Strassenbahn Zürich–Oerlikon–Seebach [60] и позже была введена почти на всех трамвайных линиях Швейцарии.
GFV значительно отличается от GFN и GFT. Обычно он спроектирован как полностью автоматическая многофункциональная сцепка, которая может быть отключена нажатием кнопки в кабине. Конструкция больше похожа на сцепку Шафренберга. Механическое соединение осуществляется полусферическим элементом, выступающим из соединительной головки, который вставляется и фиксируется в кармане в форме полуракушки на противоположной соединительной головке. Два воздушных соединения расположены одно над другим под механической муфтой рядом с направляющим рогом, а электрические соединения расположены над муфтой, как и у типов GFN и GFV. Этот тип был впервые представлен в 1965 году с так называемым Gold Coast Express, который использовался в качестве первых поездов общественного транспорта в районе Большого Цюриха. Он до сих пор широко используется на оборудовании S-Bahn в Цюрихе и в Бельгии SNCB . [60]
Сцепка Schwab — это автоматическая сцепка, производимая Schwab Verkehrstechnik AG , Шаффхаузен , правопреемником Railway Coupler Division компании Georg Fischer . Сцепка автоматически выполняет механические, пневматические и электрические соединения. Механические замки расположены по обе стороны пневматических портов. Электрические соединения расположены под пневматическими портами и защищены крышкой при отсоединении. Для различных применений доступно несколько версий, которые могут быть соединены только друг с другом, но не с другими муфтами, за исключением версии FK-15-10, которая может быть соединена с муфтой Scharfenberg типа 10. Особенностью сцепки Schwab является наклонная поверхность сцепки, которая заставляет головки сцепки скользить друг мимо друга во время сцепления, так что снег и лед соскребаются с поверхностей сцепки зимой. [61]
По состоянию на 2020 год [update]сцепки Schwab в основном используются в Швейцарии в региональном железнодорожном пассажирском транспорте. [62] Почти все транспортные средства, оснащенные сцепками Schwab, производятся компанией Stadler Rail . Самым известным исключением являются наклонные поезда ICN, эксплуатируемые Швейцарскими федеральными железными дорогами (SBB).
Существуют следующие версии:
С 2020 года Wabtec работает над цифровой автоматической сцепкой (DAC) на основе сцепки Schwab, которая может стать возможной заменой винтовых сцепок в европейских железнодорожных грузовых перевозках. [33] Сцепка способна выдерживать растягивающие усилия до 1500 кН и сжимающие усилия до 2000 кН и, следовательно, является одной из самых прочных сцепок, когда-либо разработанных для европейских железных дорог. [61][update]
Сцепка Шибата — это разновидность сцепки Шарфенберга, разработанной инженером Японских государственных железных дорог (JGR) Мамору Шибата в 1930-х годах для электропоездов. [б] Это стандартный тип сцепки для всех пассажирских поездов в Японии, а также для пригородных поездов и поездов метро в Южной Корее.
В подвижном составе Shinkansen (поезд-пуля) используется разновидность сцепки Shibata, разработанная Sumitomo Metal Industries в 1960-х годах, в которой используются поворотные штифты с плотным фиксатором, и которая по совпадению имеет большее сходство со сцепкой Scharfenberg, чем со сцепкой Shibata. [63]
Иногда вагон с одной системой сцепки необходимо сцепить с вагонами с другим типом сцепки. Это может потребоваться при перевозке подвижного состава метрополитена от производителя до города, где он будет использоваться. Есть два решения:
Только некоторые виды сцепок сосуществуют на конце вагона одновременно, потому что среди прочих причин они должны быть на одной высоте. Например, в австралийском штате Виктория двигатели имели сцепку AAR с буферами и цепь, установленную на выступе, отлитом в сцепке AAR.
Барьерное транспортное средство /вагон в Великобритании и « переходный вагон » в Северной Америке) имеет различные типы сцепок на каждом конце. Если используется пара барьерных транспортных средств , то ряд вагонов, использующих сцепку A, может быть вставлен в поезд, в противном случае — с помощью сцепки B.
Адаптер сцепления или компромиссный соединитель может соединяться с муфтой AAR на вагоне и представлять собой, например, сцепку для мясорубки или скоростную транзитную сцепку для следующего вагона. Такой адаптер может весить 100 кг (220 фунтов). Адаптерная часть позволяет сцепке Janney сопрягаться с сцепкой SA3 . [64]
Автоматические сцепки, такие как Janney, более безопасны при столкновении, поскольку они помогают предотвратить телескопирование вагонов. Поэтому British Rail решила использовать вариант Janney для своих пассажирских вагонов, в котором сцепка может откидываться в сторону для сцепления с локомотивами с помощью традиционной буферной и цепной системы.
В Новом Южном Уэльсе вагоны были постоянно сцеплены с помощью фиксированной штанги , поскольку вагоны разъединялись только в мастерских. Грузовые вагоны иногда сцепляются парами или тройками, используя штанговые сцепки между ними.
Сочлененные составы вагонов используют общие промежуточные тележки и не нуждаются в сцепках в промежуточных положениях.
Муфты необходимы для любых систем непрерывного торможения.
Для пневматических тормозов с электронным управлением (ЭПУ) необходим метод электрического соединения соседних вагонов как для подачи питания, так и для передачи командных сигналов. Это можно сделать с помощью вилок и розеток или с помощью радиосигналов очень малого радиуса действия.
Тяговая передача (также известная как поглощающая передача) — это узел позади сцепки на каждом конце вагона , который обеспечивает силы сжатия и натяжения между вагонами поездов. Ранние тяговые передачи изготавливались из дерева, которое постепенно заменялось сталью.
Сцепные устройства Janney имеют поглощающий аппарат в центральной балке для поглощения толкающих и тянущих усилий ( слабое действие ). [65]
Также имеется тяговый механизм позади сцепок Tightlock , сцепок SA3 , сцепок C-AKv , сцепок Scharfenberg и других многофункциональных сцепок .
В случае буферов и цепных сцепок тяговое устройство за крюками, если таковое имеется, будет поглощать натяжение, в то время как боковые буферы будут поглощать сжатие.
Некоторые сцепки могут не иметь тягового механизма.
На моделях железных дорог сцепки различаются в зависимости от масштаба и развивались на протяжении многих лет. Ранние модели поездов были сцеплены с помощью различных крючков и петель, которые часто были асимметричными, требуя, чтобы все вагоны были направлены в одном направлении. В более крупных масштабах рабочие масштабные или почти масштабные модели сцепок Janney были довольно распространены, но оказались непрактичными в масштабах HO и меньших.
В течение многих лет сцепка "X2F" или "Horn-Hook" была довольно распространена в масштабе HO , поскольку ее можно было изготовить как цельный кусок формованного пластика. Аналогично, в течение многих лет сцепка "lift-hook", известная как Rapido и разработанная Arnold , немецким производителем моделей поездов в масштабе N , широко использовалась в этом масштабе.
Главным конкурентом этих двух сцепок, более популярным среди серьезных моделистов, был Magne-Matic, магнитно-расцепляемая кулачковая сцепка, разработанная Кейтом и Дейлом Эдвардс и производимая компанией Kadee , которую они основали. Хотя они очень похожи на миниатюрные сцепки Janney, они несколько отличаются механически, с кулачком, поворачивающимся из центра головки сцепки, а не сбоку. Стальной штифт, разработанный так, чтобы напоминать шланг воздушного тормоза, позволяет сцепкам расцепляться магнитно; конструкция головки сцепки предотвращает это, если только поезд не останавливается или не меняет ход с помощью сопряженной пары сцепок непосредственно над расцепляющим магнитом. Более ранняя версия конструкции с механическим расцеплением имела прямой штифт, выступающий вниз от самого кулачка, который зацеплял ромбовидный механический «пандус» между рельсами, который должен был быть поднят выше высоты рельса, когда требовалось расцепление.
После того, как срок действия патентов Kadee истек, ряд других производителей начали выпускать аналогичные (и совместимые) магнитные шарнирные муфты.
Точная масштабная модель HO муфты AAR была разработана и изготовлена Фрэнком Серджентом. [66] В этой конструкции используется крошечный шарик из нержавеющей стали для блокировки кулака в закрытом положении. Расцепление достигается путем удерживания магнитного стержня над парой муфты для вытягивания шариков из фиксирующих карманов.
В масштабе O точная рабочая миниатюрная версия сцепки «Alliance» производилась с 1980-х годов компанией GAGO models в Австралии. С 2002 года ее продает Waratah Model Railway Company. [67] Европейские моделисты, как правило, используют масштабные крюковые и цепные сцепки.
В британских моделях масштаба 00 (аналогично масштабу H0) сцепка «натяжной замок», разработанная Tri-ang, является стандартной. Она похожа по принципу действия на сцепку типа «мясорубка». Дистанционное расцепление возможно с помощью подпружиненной рампы между рельсами. Конструкция крюков такова, что сцепки не расцепляются при натяжении (вместо этого опуская рампу). Когда поезд толкают по рампе, он поднимает крюки сцепки, когда поезд проходит по ней. Останавливая поезд на рампе, он разделяется в этой точке. Хотя это работает хорошо, это часто рассматривается как уродливое и навязчивое [ нужна цитата ] (хотя доступны меньшие конструкции, они не всегда полностью совместимы с другими моделями), и многие [ нужна цитата ] британские моделисты предпочитают модернизировать либо типы Kadee, либо рабочие крюковые и цепные сцепки.
Недавняя разработка — это сменная муфта, которая вставляется в стандартизированный разъем, известный как NEM 362 , и которую можно легко отсоединить при необходимости. Это позволяет моделерам легко стандартизировать любую желаемую муфту, без необходимости для отдельных производителей менять свой тип муфты.
В масштабе 7 мм рабочие норвежские муфты в настоящее время производятся компанией Zamzoodled [68] в Великобритании.
Сравнение типов муфт было опубликовано в «Введении в муфты». [69]
Игрушечные поезда имеют широкий спектр несовместимых сцепок.
Различные виды сцепок имеют разную частоту аварий.
Томлинсон, Г. В. (1991). «Электрические системы с помощью соединителей». Труды Института инженеров-механиков, часть F: Журнал железных дорог и скоростного транспорта . 205 (1): 65–78. doi :10.1243/PIME_PROC_1991_205_217_02. S2CID 111315979.
