Uprawniony z patentu: Miner Enterprises Inc., Chicago (Stany Zjednoczone Ameryki) Urzadzenie sprzegowe cierne zwlaszcza do pojazdów szynowych Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie sprzegowe cierne, zwlaszcza do pojazdów szynowych, stosowane w zespole hak ciegowy — jarzmo wagonu kolejowego, sluzacego do pochlaniania znacznej czesci energii uderzen wystepujacych w czasie normalnej pracy wagonu, a zwlaszcza przy rozrzadzaniu wagonów lub skladaniu pociagu, a tym samym — do zabezpieczania konstrukcji wagonu i zmniejszania ilosci uszkodzen wagonów.Powszechnie znane cierne urzadzenia sprzegowe stosowane w kolejnictwie skladaja sie na ogól z ciezkiej, odlewanej obudowy posiadajacej stala lub odejmowana tylna scianke i zbiezny do wewnatrz otwór cierny w otwartym koncu, umieszczonego wewnatrz tej obudowy czlonu sprezynujacego w postaci sprezyn srubowych, wkladek gumowych, czlonów hydraulicznych itp. szeregu metalowych klocków ciernych lub plytek ciernych usytuowanych w otworze ciernym i mogacych przesuwac sie wraz z czlonem sprezynujacym w czasie pracy urzadzenia, oraz z elementu klinowego przystosowanego do przenoszenia znacznych sil uderzenia i wspólpracujacego z klockami ciernymi lub plytkami ciernymi tak, ze wywierane sa na niego zarówno sily wzdluzne jak i sily poprzeczne.W ciernych urzadzeniach sprzegowych tego typu sily tarcia miedzy metalowymi klockami i sciankami zbieznego otworu ciernego dzialaja tak, ze krzywa robocza dla uderzenia na wykresie sila-przesuniecie charakteryzuje sie stopniowym wzrostem i ksztalt jej odbiega od ksztaltu pozadanego.Inna wada takich urzadzen sprzegowych jest wystepujace w czasie ich pracy „terkotanie", wynikajace z poslizgów miedzy metalowymi klockami lub plytkami ciernymi a otworem ciernym. Próbowano wielokrotnie rozwiazac ten problem, na przyklad przez „smarowanie" otworu ciernego, czyli umieszczenie cienkiej warstwy miekkiego metalu, np. olowiu, miedzy scianka otworu a klockami ciernymi. Próby te nie daly jednak calkowicie zadawalajacych rezultatów.Wynalazek dotyczy ciernego urzadzenia sprzegowego opisanego typu, w którym otwór cierny moze miec kat zbieznosci równy zero i w którym powierzchnie klocków ciernych wspólpracujace z otworem ciernym wykonane sa z niemetalicznego materialu ciernego. Wspomniane powierzchnie cierne zgodnie z wynalazkiem wykonane sa z silnie sprasowanego ciernego materialu azbestowego. Klocki cierne moga byc wykonane cale z tego materialu lub miec tylko warstwe tego materialu na powierzchniach zewnetrznych.W ciernym urzadzeniu sprzegowym zgodnym z wynalazkiem sila narasta natychmiast po uderzeniu, dzieki czemu krzywa robocza na wykresie sila - przesuniecie ma ksztalt zblizony do prostokata, co swiadczy wyraznie o duzej sprawnosci urzadzenia sprzegowego z wynalazkiem.2 72 521 W urzadzeniu sprzegowym wedlug wynalazku sily tarcia wystepujace miedzy niemetalicznymi powierzchniami klocków ciernych a otworem ciernym o zerowym kacie zbieznosci sa zasadniczo stale, podczas gdy w znanych urzadzeniach sprzegowych „terkowania" w czasie pracy i moze byc nazwane „urzadzeniem sprzegowym o ciaglym lub stalym „terkowania" w czasie pracy i moze byc „urzadzeniem sprzegowym o ciaglym lub stalym tarciu".W przypadku, gdy wymagana jest wieksza zdolnosc amortyzacji, w otworze ciernym mozna umiescic dwa lub wiecej ustawionych jeden za drugim w kierunku osiowym zestawów klocków ciernych, posiadajacych niemetaliczne powierzchnie cierne.Przez wiele lat sadzono, ze dla prawidlowego dzialania sprzegu ciernego w urzadzeniu sprzegowym konieczne jest, aby koniec otworu ciernego w obudowie urzadzenia .byl zbiezny do wewnatrz obudowy pod katem przynajmniej kilku stopni. W przeciwienstwie do tych pogladów w urzadzeniu sprzegowym wedlug wynalazku otwór ten ma zerowy kat zbieznosci, dzieki czemu mozliwe jest wytwarzanie wysokosprawnych urzadzen sprzegowych o duzej zdolnosci amortyzacji, znacznie bardziej ekonomicznych w produkcji niz znane urzadzenia sprzegowe. Dotychczas obudowy ciernych urzadzen sprzegowych wykonywano jako odlewy przy uzyciu dosyc skomplikowanych form i rdzeni dajacych zbiezny otwór cierny szesciokatny, prostokatny lub kolowy. Przyjmujac koncepcje otworu ciernego z zerowym katem zbieznosci obudowe urzadzenia sprzegowego mozna wykonac bardzo tanim sposobem przyspawujac po prostu tylna scianke do jednego konca stalowej rury o odpowiedniej srednicy, grubosci i dlugosci. Konieczne jest tylko wmontowanie do takiej obudowy odpowiedniego czlonu sprezynujacego (sprezyn srubowych, wkladek gumowych itp.), plyty oporowej (jezeli jest niezbedna), jednego lub wiecej zestawów klocków ciernych posiadajacych niemetaliczne powierzchnie cierne, elementu klinowego i sworznia lub podobnego elementu sluzacego do utrzymywania ciernego urzadzenia sprzegowego w stanie zlozonym.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia cierne urzadzenie sprzegowe w pól przekroju w rzucie poziomym, fig. 2 — urzadzenie sprzegowe w rzucie pionowym, fig. 3 — drugi przyklad wykonania urzadzenia w przekroju w rzucie poziomym, fig. 4 — powiekszony rzut perspektywiczny klocka ciernego z fig. 1 do 3, wykonanego z metalu i posiadajacego niemetaliczna okladzine na zewnatrz powierzchni, fig. 5 — trzeci przyklad wykonania urzadzenia w czesciowym przekroju w rzucie poziomym, fig. 6 — klocek cierny z fig. 5 w powiekszonym rzucie perspektywicznym, wykonany calkowicie z niemetalicznego materialu ciernego, fig. 7 — wykres sila — przesuniecie z krzywa robocza dla uderzenia ciernego urzadzenia sprzegowego pokazanego na fig. 1, a fig. 8 przedstawia wykres sila — przesuniecie z typowa krzywa robocza dla uderzenia sprzegowego urzadzenia ciernego znanego typu.Cierne urzadzenie sprzegowe 10 pokazane na fig. 1, posiada cylindryczna obudowe 12 ze stala tylna scianka 14 zamykajaca jeden koniec obudowy. Drugi otwarty koniec obudowy posiada dwa zewnetrzne nadlewy 16 skierowane promieniowo, przystosowane do wspólpracy z krótkim jarzmem znanego typu, a takze z jarzmem konwencjonalnym takim, jakie obejmuje tylna scianke 14.Obudowa 12 posiada wewnetrzny otwór 18 o srednicy jednakowej na calej dlugosci. W obudowie umieszczony jest czlon sprezynujacy w postaci zestawu znanych kolowych wkladek 20 wykonanych z gumy lub z materialu gumopodobnego. Czlon ten opiera sie o tylna scianke 14. W przykladzie wykonania pokazanym na fig. 1 i 2 zastosowano zestaw osmiu wkladek 20 posiadajacych centralne otwory 22.Przy zewnetrznym koncu zestawu wkladek 20 umieszczona jest kolowa plyta oporowa 24, równiez posiadajaca centralny otwór 26 wspólosiowy z otworami 22 wkladek 20.Sprzeglo cierne urzadzenia sprzegowego 10 pokazanego na fig. 1 i 2 sklada sie z otworu ciernego 28 w otwartym koncu obudowy 12, zestawu klocków ciernych 30 umieszczonych obwodowo w tym otworze, przy czym ich wewnetrzne konce opieraja sie o zewnetrzna powierzchnie plyty oporowej 24, oraz z elementu klinowego 31 posiadajacego zbiezna zewnetrzna powierzchnie 32 wspóldzialajaca w znany sposób z nachylonymi powierzchniami 33 klocków ciernych 30.Cierne urzadzenie sprzegowe 10 jest utrzymywane wstanie zlozonym, pokazanym na fig. 1, za pomoca sworznia ustalajacego 34 przechodzacego przez otwory 22 we wkladkach 20, otwór 26 w plycie oporowej 24 i otwór 35 w wewnetrznej czesci elementu klinowego 31. Jeden koniec sworznia 34 jest wkrecony w tylna scianke obudowy o miejscu oznaczonym liczba 36, a na drugi koniec nakrecona jest nakretka 37 opierajaca sie o wewnetrzna czesc elementu klinowego 31.Dotychczas sadzono, ze dla wlasciwego dzialania ciernego urzadzenia sprzegowego niezbedne jest, aby otwór cierny byl zbiezny w kierunku tylnej scianki pod katem przynajmniej kilku stopni do osi obudowy. Otwór cierny 28 urzadzenia sprzegowego 10 pokazanego na fig. 1 i 2 ma kolowy przekrój poprzeczny i kat zbieznosci równy zeru. W urzadzeniu sprzegowym 10 zastosowano Oiicii Mockrtw ciernych 30, lecz mozna równiez zastosowac ich wiecej lub mniej. Inna nowa cecha urzadzenia sprzegowego zgodnego z wynalazkiem jest72 521 3 umieszczenie niemetalicznego materialu ciernego miedzy scianka otworu ciernego a przesuwajacymi sie w nim klockami ciernymi. Mozna to zrealizowac pokrywajac scianke otworu warstwa materialu ciernego i stosujac calkowicie metalowe klocki cierne, albo stosujac klocki cierne wykonane calkowicie z takiego materialu, umieszczone w otworze o metalowej sciance, lub tez pokrywajac warstwa materialu ciernego zewnetrzne powierzchnie metalowych klocków ciernych slizgajacych sie po metalowej sciance otworu ciernego.Materialem ciernym nadajacym sie do zastosowania w takim urzadzeniu jest na przyklad silnie sprasowana impregnowana tkanina azbestowa, otrzymywana metoda suchego formowania. Wlókna azbestowe w tym materiale sa stosunkowo dlugie i zawieraja duza ilosc miedzi, dzieki czemu material ten ma wspólczynnik tarcia suchego rzedu 0,48 i jest bardzo trwaly.W ciernym urzadzeniu sprzegowym 10 pokazanym na fig. 1 i 2 klocki cierne 30 posiadaja okladziny 38 z niemetalicznego materialu ciernego, takiego jak material opisany powyzej. Okladziny 38 przymocowane sa do klocków ciernych 30 w dowolny sposób, na przyklad za pomoca zywicy epoksydowej tak, aby tworzyly pare cierna z metalowa scianka otworu ciernego 28 o zerowym kacie zbieznosci. Zewnetrzne konce klocków ciernych 30 maja wywiniete na zewnatrz wystepy 39, o które opieraja sie okladziny 38.Cierne urzadzenie sprzegowe 10 pokazane na fig. 1 i 2 dziala bardzo podobnie jak znane urzadzenie sprzegowe. Gdy sila uderzenia wciska element klinowy 31 do wnetrza obudowy 12, dziala on na klocki cierne 30 zarówno sila osiowa jak i silami skierowanymi promieniowo, przy czym wkladki 20 przeciwdzialaja osiowemu ruchowi klocków do wewnatrz obudowy. Znaczna czesc wprowadzonej energii zostaje rozproszona w postaci ciepla powstajacego w czasie tarcia, a pozostala czesc tej energii zostaje zmagazynowana w scisnietych wkladkach i sluzy do cofniecia elementów urzadzenia sprzegowego do normalnego polozenia po ustaniu dzialania sily.Jednakowoz, dzieki zastosowaniu otworu ciernego o zerowym kacie zbieznosci oraz umieszczeniu niemetalicznego materialu ciernego miedzy klockami ciernymi a scianka otworu ciernego, uzyskuje sie efekty nie spotykane w znanych urzadzeniach sprzegowych. Urzadzenie sprzegowe zgodne z wynalazkiem eliminuje niepozadane terkotanie, które wystepuje czesto w czasie pracy w znanych urzadzeniach sprzegowych posiadajacych metalowe klocki cierne pracujace w zbieznym otworze ciernym. Terkotanie to spowodowane jest przerywanymi poslizgami metalowych klocków ciernych po metalowej sciance otworu. Cierne urzadzenie sprzegowe wedlug wynalazku mozna wiec nazwac urzadzeniem sprzegowym o ciaglym lub stalym tarciu.W znanych urzadzeniach sprzegowych krzywe robocze zarejestrowane w czasie ich pracy za pomoca oscyloskopu lub innej aparatury badawczej, wykazuja stopniowy wzrost sily reakcji przy wsuwaniu sie elementu klinowego do wnetrza obudowy. Typowa krzywa robocza a znanego ciernego urzadzenia sprzegowego pokazana jest na fig. 8, gdzie sila reakcji odloóna jest na osi rzednych, a przesuniecie elementu klinowego — na osi odcietych.Dla porównania, na fig. 7 pokazano krzywa robocza b ilustrujaca próbe przeprowadzana przy uzyciu zlod spadowego z ciernym urzadzeniem sprzegowym 10 pokazanym na fig. 1 i 2. Jak widac, w czasie takiej próby sila reakcji narasta natychmiast, w wyniku czego otrzymuje sie krzywa robocza „prostokatna". Porównujac powierzchnie objete krzywymi a i b, wskazujace na wielkosc energii uderzenia rozproszonej w czasie pracy urzadzenia sprzegowego, widzi sie wyraznie, ze cierne urzadzenie sprzegowe zgodne z wynalazkiem jest znacznie sprawniejsze od znanych urzadzen sprzegowych. Krzywa b na fig. 7 ilustruje próbe przeprowadzona przy uzyciu mlota spadowego o masie 12 270 kg opuszczanego z wysokosci 560 mm na cierne urzadzenie sprzegowe 10 pokazane na fig. 1 i 2. Wynika z niej, ze zdolnosc amortyzacji wynosila okolo 81 300 J przy sile reakcji okolo 1 554 000 N i przesunieciu klina okolo 110 m.Jak juz wspomniano dotychczas przy produkcji ciernych urzadzen sprzegowych wykonywano obudowe ze zbieznym otworem ciernym. W urzadzeniu sprzegowym zgodnym z wynalazkiem otwór cierny ma zerowy kat zbieznosci i dlatego obudowy do takich urzadzen sprzegowych moga byc wytwarzane znacznie tanszym sposobem, na przyklad przez odlewanie z zastosowaniem duzo prostszych form i rdzeni, lub przez prosta obróbke skrawaniem. Obudowe urzadzenia sprzegowego z cylindrycznym otworem ciernym mozna tez wykonac po prostu przyspawujac, lub przymocowujac w inny sposób, tylna scianke do jednego konca stalowej rury o odpowiedniej srednicy, grubosci i dlugosci.Koncepcja otworu ciernego o zerowym kacie zbieznosci pozwala ponadto na zastosowanie sprezyn srubowych, wkladek gumowych itp. o wiekszej srednicy, poniewaz nie musza one byc wprowadzane do obudowy urzadzenia przez otwór o zmniejszonej srednicy, co ma miejsce w przypadku konwencjonalnego zbieznego otworu ciernego.Cierne urzadzenie sprzegowe 40 pokazane na fig. 3 jest podobne do urzadzenia sprzegowego 10 pokazanego na fig. 1 i 2 z tym, ze równiez posiada otwór cierny o zerowym kacie zbieznosci i niemetaliczne okladziny cierne na klockach ciernych. Urzadzenie sprzegowe 40 zawiera jednak dwustopniowe sprzeglo cierne, które zapewnia wieksza zdolnosc amortyzacji.A 72 521 Jak pokazano na fig. 3, cierne urzadzenie sprzegowe 40 posiada cylindryczna obudowe 42 z zewnetrznym otworem 44, której jeden koniec zamkniety jest scianka 46. W otworze ciernym 48 (o zerowym kacie zbieznosci) przy otwartym koncu obudowy 42 znajduje sie pierwszy zestaw rozmieszczonych obwodowo klocków ciernych 50 posiadajacych okladziny 52 z niemetalicznego materialu ciernego osadzone na zewnetrznych powierzchniach klocków tak, aby wspólpracowaly z otworem ciernym 48. Okladziny 52 opieraja sie o wystepy 53 wykonane na zewnetrznych koncach klocków 50, co widac najwyrazniej na fig. 4. Na zewnatrz klocków 50 umieszczony jest element klinowy 54, przy czym element ten i klocki 50 maja dodatkowe, nachylone powierzchnie cierne 55.Wewnetrzne konce klocków 50 opieraja sie o klinowy popychacz 56, który stanowi pare cierna z drugim zestawem klocków ciernych 57 rozmieszczonych obwodowo w otworze ciernym 48 glebiej, niz klocki cierne 50 pierwszegG stopnia. Klinowy popychacz 56 i klocki 57 drugiego stopnia maja dodatkowe powierzchnie cierne 58.Klocki 57 posiadaja równiez okladziny 59 z niemetalicznego materialu ciernego osadzone na ich zewnetrznych powierzchniach i opierajace sie o wystepy 68.Wewnetrzne konce klocków ciernych 57 drugiego stopnia opieraja sie o zewnetrzna powierzchnie pierscieniowej plyty oporowej 60, o której wewnetrzna powierzchnie opieraja sie sprezyny srubowe 62 i 63 dociskane do tylnej scianki 46. Miedzy wewnetrzna powierzchnia klinowego popychacza 56 a tylna scianka 46 umieszczona jest sprezyna srubowa 61.Cierne urzadzenie sprzegowe utrzymywane jest w stanie zlozonym za pomoca osiowego sworznia ustalajacego 64 wkreconego jednym koncem w tylna scianke 46 (w miejscu 67), przechodzacego przez srodkowa sprezyne srubowa 61, pierscieniowa plyte oporowa 60, otwór 66 w klinowym popychaczu 56 i otwór 65 w,elemencie klinowym 54. Na drugim koncu sworznia 64 znajduje sie nakretka 68, Zgodnie z wynalazkiem klocki cierne 30, 50 i 57 pokazane na fig. 1 i 3 moga byc oczywiscie wykonane w calosci z opisanego wyzej niemetalicznego materialu ciernego, a przekroje poprzeczne otworów ciernych 28 i 48 moga byc kwasratowe, prostokatne, szesciokatne itd, anie kolowe. Klocki cierne mialyby w takim przypadku odpowiedni ksztalt.Niemetaliczne klocki cierne zgodne z wynalazkiem mozna równiez zastosowac w znanych urzadzeniach sprzegowych posiadajacych lekko zbiezny o^ór cierny, takich jak urzadzenie pokazane na fig. 5, posiadajace piec stopni ciernych. Nie da to jednak tak dobrych rezultatów jak zastosowanie tych klocków w ciernym urzadzeniu sprzegowym 10 lub 40 pokazanym na fig. 1, 2 i 3.Cierne urzadzenie sprzegowe 70 pokazane na fig. 5 posiada cylindryczna obudowe 72 z tylna scianka 74 przymocowana do niej za pomoca srub 76 i wsporników 78 przytwierdzonych do zewnetrznej powierzchni obudowy. Tylna scianka 74 moze byc równiez przyspawana do obudowy. Wewnetrzny koniec obudowy posiada Otwór 80 o zerowym kacie zbieznosci, natomiast w otwartym koncu obudowy wykonany jest zbiezny otwór cierny 62 taki, jak w znanych ciernych urzadzeniach sprzegowych.Cierne urzadzenie sprzegowe 70 zawiera pierwszy zestaw klocków ciernych 84 i cztery nastepne, porozsuwane w kierunku osiowym, zestawy klocków ciernych 85, 86, 87 i 88. Jak widac na fig. 6, wszystkie klocki cierne 84, 85, 86, 87 i 88 wykonane sa calkowicie z niemetalicznego materialu ciernego, takiego, jak- material wyzej opisany.Pierwsze klocki cierne 84 wspólpracuja z elementem klinowym 89, a pozostale zestawy klocków ciernych 85, 86, 87 i 88 sa poprzedzielane i wspólpracuja z pierscieniowymi klinowymi popychaczami 90, 91, 92 i 93.Ruchowi elementów klinowych i kiocków ciernych do wnetrza obudowy przeciwdziala zestaw wspólosiowych sprezyn srubowych 94, 95, 96, 97 i 98. Cierne urzadzenie sprzegowe 70 utrzymywane jest w stanie zlozonym przez umieszczony centralnie sworzen 99, którego glówka 100 osadzona jest w tylnej sciance 74, a nakrecona na drugim jego koncu nakretka 101 opiera sie o element klinowy 89.Powyzej opisano kilka zalecanych przykladów wykonania przedmiotu wynalazku, mozliwe sa jednak liczne inne modyfikacje i odmiany mieszczace sie w zakresie wynalazku. PL PL