انواع و اجزا کوپلر های مکانیکی در ناوگان ریلی
- دانیال عموزاده
- ناوگان
مقدمه
در وسايل حمل و نقل ريلى، كوپلينگ يا سيستم اتصال دهنده، متشكل از لوازم و قطعاتى است كه اتصال دو واگن مجاور به يكديگر و يا اتصـال واگن به كشنده را امكان پذير مى سازد. به اين تـرتيب هر واگن درهر يك از دو انتهاى خود مجهز به يك سيستم اتصال (كوپلينگ) مى باشد كه معمولا هر دو از يك نوع هستند.
سابقه كاربرد و استفاده از اين تجهيزات به زمانى بازمى گردد كه اولين واگن هاى ساخت بشر، جهت حمل بار و مسافر به يكديگر متصل شـده و قـطـارهاى كوچك را تشكيل دادند. پيشينه ى تاريخى كوپليـنـگـ هـا در راهآهن برمى گردد به سال ١٨٣٠ ميلادى كه نوعى از آنها به عنوان استاندارد ساخته شد و به صورت تركيبى از زنجير و تامپـون؛ در راه آهن تجارتى انگلستان به كار بـرده شد. اين كوپلينگها در ادامه قلاب تـراموايى بودند اما مرتب تر و با قاعده تر از آنها شدند. در اين سيستم، واگن ها با استفاده از سيستم چنگك و حلقه، به همراه وسيله اى «بست» مانند كه واگن ها را به سمت هم مى كشيد، به يكديگر متصل مى شدند.
سيستم هاى اتصال واگن هاى بارى در راه آهن ايران، با توجه به نوع اتصال، به دو دسته غير اتوماتيك و اتوماتيك تقسيم مى شوند. تفاوت اين دو در آن است كه جهت اتصال نوع اتوماتيك نياز به نيروى انسانى نبوده و با تـوجه به حركت و ضربه یى يـك واگن بـه واگن مقابل خـود، اتصال برقـرار مى گردد ولى در نوع غيـر اتوماتيك، اپراتور مسئول اين كار مى بايست تجهيزات لازم را، جهت اتصال، در مقر خود قرار دهد. در ادامه به تشريح ساختمان و عملـكرد اين دو نوع سيستم اتصال مى پردازيم.
سيستم اتصال غيراتوماتيك
همانگـونه كه در ابتداى اين مبحث عنـوان گـرديد، جهت ايجاد قطـارهاى كوچك اوليه از يك چنگـك وحلقه كه در هر سر واگن قرار داشت، استفاده می شد. به تدريج و با توجه به افزايش كاربرى حمل و نقل ريلى و نياز به اتصال كليـه واگنها به يكديـگـر، اين تجهيـزات از لحاظ طراحى و ايمنى كاربـرد، بهبـود يافته و همچون ديگر قطعات صنعتى، استانداردهايى براى آنها تدوين گرديد.
سيستم هاى اتصال دهنده غير اتوماتيك، داراى ساختمان نسبتاً ساده اى بوده و اتصال و انفصال آن از ديگر اتصالات، توسط نيرو انسانى انجام مى شود. در حال حاضر اين نوع اتصال، با توجه به محدوديت هاى كاربردى، در واگنهاى جديد نصب نشده و صرفاً در واگنهايى كه تا پايان دهه ١٣٤٠ وت عداد محدودى نيز در دهـه ١٣٥٠ وارد ناوگان بارى ايـران شده اند، مشاهـده مـى شـود كه تعدادى از آنها نيز با سـيـسـتـم اتصال اتوماتيك جايگزين شده است. اين سيستم اتصال از آنجـايـى كـه صـرفاً نيروهاى كششـى را تحمل مى كند، به قلاب كششى نيز معروف است.
لازم به ذكر است، اين نوع سيستم هاى اتصال، صرفاً ضربات و نيروهاى كششى را تحمل مى نمايند. لذا در كنار كوپلينگ هاى غير اتوماتيك، مجموعه هاى ديگرى به نام تامپون يا ضربه گيرهاى جانبى استفاده شده و روى سرشاسى نصب مـى شـوند. وظيفه ضربه گـيـرها جذب ضربات فـشـارى از واگن مقابل اسـت. ايـن مجموعه ها به طور كامل دربخش بعد مورد بررسى قرار خواهند گرفت.
ذيلاً بخشها و اجزاى سيستم اتصال غير اتوماتيك را تقسيم بندى مى نماييم.
ميله ى قلاب كشش (سرقلاب)
قطعهاى به شكل چنگك است كه در جلويى ترين بخش تـجـهـيـزات اتصال به چشم مـى خـورد و به خاطرشكل خاص آن به قلاب معروف شده است (در حال حاضر اين نامگذارى به سيستم هاى اتصال اتوماتيك نيز تعميم يافته و آنها نيز به قلاب اتوماتيك معروف شده اند). اين قطعه به صورت يكپارچه بوده و به روش آهنگرى (فورج) توليد شده و بايد مطابق استاندارد UIC باشد.
ميله اتصال سرقلاب به تجهيزات ديگر
اين عضو فولادى، وظيفه ارتباط سرقلاب با مجموعه عقبى (ضربه گير) را به وجود آورده و از سويى، با توجه به مفصلبندى آن، امكـان حـركـت دورانى محدود نسبت به پـوسته ضربهگيـر را بـراى ميله قـلاب فراهم مى آورد. در صورتى كه سرقلاب از نوع اول (داراى سوراخ) باشد، مستقيماً توسط واليك به ميله اتصـال وصل شده و در غير ايـن صـورت از قطعهاىی به نام ميـلـه رابط استفاده می شود.
زنجير
اين مجموعـه، وظيفه ارتباط دو سيستم اتصال روبـهرو را به عهده دارد در مورد قطعه شماره ٢ (ميله مارپيچ)، ذكر اين نكته ضرورى اسـت كه به خاطر اهميت قطعه و احتمال شكست آن و در نتيجـه انـفـصـال واگنها، روش توليد آن غلطـكزنى مى باشد. همچنين لازم به ذكر است كه در واگنهاى مجهز به اين نوع سيستم اتصال، طـول زنجير توسط دستگيره بايد به گونهاى تنظيم شود كه تامپونهاى روبهرو به صورت مماس با يكديگر قرار گيرند.
در توليد رزوه ها بـه روش غلطكزنى ، برخى از عيوب سطحى مانند تـرك ها از بيـن رفته و مقاومت سطح قطعه نسبت به سايش و لهـيـدگى افزايش مى يابد. لذا در مجمـوعه هايى كه نيروى بالايـى وجود داشته و روانى حـركت مهره روى پيچ مد نظر است، از ايـن روش توليد استفـاده مى شود.
مجموعه زنجير: ١- بازو ،٢- ميلهى مارپيچ ،٣- حلقه اتصال ،٤- مهره اتصال بازو ،٥- مهره اتصال حلقه ،٦- واليك اتصال بازو (زنجير) به سرقلاب ،٧- دستگيره براى تنظيم طول زنجير
سيستم اتصال اتوماتيك
با گستـرش و توسعه صنعت حمـل ونقل، افزايش تعداد ايستگـاه هـاى واگن هاى بارى و انجام كـارهاى سخت و خطرناك اتصال و انفصال واگن ها به صورت دستى و بدون در نظر گرفتن مساله زمان، اين تفكركه بايد از يك سيستـم اتـوماتيك استفاده شـود، شكل گـرفت. لذا سيستم هاى اتصال اتـوماتيـك اوليه كه ساختمان ساده اى نيز داشتند، متولد گرديدند. سيستم هاى اتصال اتوماتيك به آن دسته از اتصالاتى اتلاق مى شود كه بدون نياز به نيروى انسانى و در اثر ميزان ضربه مشخص واگن مقابل، اتصال بين دو وسيله را برقرار مى سازند.
در ابتدا به بررسى كلى ساختمان اين قلاب ها مى پردازيم.
در حال حاضر در ناوگان بارى راه آهن ايران سه دسته كوپلينگ استفاده مى شود:
يونى كوپلر
ويلسون
روسی
تقسيم بندى فوق بر اساس شكل ظـاهـرى كـامـلاً قابل تشخيص بـوده و ساختمان داخلى آنها نيـز بـا هـم متفاوت مى باشد.
كليهى سيستم هاى اتصال اتوماتيك موجود در ايران داراى بخشهاى مشترك زير هستند:
كلگى
زبانهى كوچك (باستثناء سيستم ويلسون)
زبانهى بزرگ
دستگيره فرمان
کلگی
وظيفهى كلگى در يك كوپلينگ ايجاد ارتباط با كوپلينگ روبرو بوده كه از طريق فرو رفتن فكها در يكديگر انجام مى شـود. اين قطعه از جنس فـولاد بـوده و به روش ريخته گرى توليد مى شـود و درانتها با استفاده از تكنيك تراشكارى، حفره هاى لازم ايجاد مى گردند.
اهميت كلگى از آنجا مشخص مى شود كه اولين ضربات از جانب واگن روبرويى به اين قطعه وارد مى گردد و نه تنها در مقابل تغيير شكل دائمى بايد مقاومت لازم را داشته باشد، بلكه لازم است اتصال را برقرار نگهدارد(منظورضرباتى است كه در اثر تغير سرعت، درابتداى حركت يا حين ترمزگيرى به وجود مى آيد.)
زبانه هاى بزرگ و كوچك
دوبخش اصلى ديگر كه در كلگى كوپلينگ قرار مى گيرند، زبانه هاى بزرگ و كوچك هستند. در زمان اتصال،زبانه هاى بزرگ دو كوپلينگ روبرو با پر نمودن فضاى بين فكهاى دو سيستم، اتصال دائمى دو كوپلينگ را موجب مى شوند. زبانه كوچك نيز با استفاده از فنرهاى متصل به آن، در زمان در گيربودن دو كوپلينگ از حركت زبانه بزرگ جلوگيرى نموده و در مجموع باعث اجتناب از آزاد شدن خود به خودى سيستم مى شود.
دستگيره فرمان
دستگيره فرمان وسيله اى جهت كنترل و آزادسازى كوپلينگهاى اتوماتيك است. اين بخش به وسيله زنجير يا ميله به زبانه بزرگ متصل شده و به كاربر اين امكان را مى دهد كه با حركت آن،زبانه بزرگ را جابجا نموده و در نهايت آزادسازى كوپلينگ ها را منجر شود
حال كه مختصراً با بخشهاى اصلى كوپلينگ آشنا شديم، نگاهى به انواع كوپلينگ هاى اتوماتيك رايج در ايران خواهيم داشت.
يونى كوپلر
اين نوع كوپلينگ مرسومترين سيستم اتصال اتوماتيك بوده و روى حدود ٥٥ درصد واگن هاى بارى فعلى نصب شده و مورد استفاده قرار گرفته است. خصوصيت بارز اين نوع اتصالات، اولاً امكان اتصال شلنگهاى هوا و كابل هاى برق به صـورت اتـوماتيك و همـزمان با اتصال كوپلينـگ بـوده و ثانياً استفاده از تجهـيـزاتى موسـوم به گهواره است. از مشخصه هاى ديگر اين سسيستم، اتصال آن است كه روى كلـگـى كـوپـلـيـنـگ بخش چنگك مانندى تعبيه شده كه در موارد لزوم مى توان زنجير قلاب كشش واگن روبرو را به آن متصل و مورد استفاده قرار داد.
گهواره، تجهيـزاتى است كه با داشتن چند مجمـوعه فنـر، امكان حركت نـرم تر و روانتر كلگى كوپلينـگ در جهت ارتفاع و عرض واگن را فراهم مى آورد.
ویلسون
اين نوع كوپلينگ بر روى حدود ٩٠٠ دستگاه از واگن هاى لبه بلند نصب و در حال استفاده مى باشد. ايـن كوپلينگ نيز همچـون نـوع يـونى كوپلر قابليت اتصال به قـلاب هـاى كـشـش را نيز داراست.
يكى از تفاوت هاى بارز اين سيستم با نوع يونى كوپلر در آن است كه نوع ويلسون فقـط داراى يك زبانه بوده و در نتيجه به هر علتى زبانه به عقب هل داده شـود، امكان آزاد سازى اتصال وجود دارد. كوپلينگ هاى ويلسون مورد استفاده در ايـران به دو نوع فـرانسوى و هندى تقسيـم مـى شـوند.
در شکل زیر نمایی از اتصال دو کوپلر ویلسون را مشاهده می فرمایید.
روسی(SA3)
اين نوع سيستم اتصال از لحاظ شكل ظاهرى شبيه به نوع ويلسون است ولى از لحاظ ساختمان و عملكرد با آن تفاوت دارد. اين كوپلينگ در اصل ساخت كشور امريكا و تابع اسـتـانـدارد AAR است كه بعـداً توسط كشور شوروى سابق مورد استفاده قرار گرفته و توسعه و بهبود يافته و هم اكنون در كليه كشورهاى مشترك المنافع( CIS) مورد بهرهبردارى مى باشد كه به همين دليل به آن كوپلينگ روسى گفته مى شود. در سالهاى اخير با توجه به ورود واگن هاى اكراينى و طرح روسى به ناوگان بارى جمهورى اسلامى ايران، استفاده از اين سيستم افـزايش يافته است، بـه گـونهاى كه درحال حاضر حـدود ٧٢٠٠ دستگـاه واگن مجهز به كوپليـنـگSA3 مى باشند.
وجه تمايز اين كوپلينگ با نوع ويلسون تيغه هايى است كه روى بدنه كوپلينگ SA3 جهت تقويت تعبيه شده است.
ضربه گير ( مجموعه فنر)
عموماً در آغاز حركت واگن و جهت غلبه بر نيروهاى مقاوم در برابر شروع حركت، همچنين غلبه بر نيروهاى مقاوم در زمان حركت، نيروى زيادى لازم است كه مى تواند ايجاد ضربه (شوك) نمايد. وظيفه اين بخش،به طور خلاصه، جذب انرژى ضربهاى (كه به قسمت جلويى كوپليـنـگ وارده شده) و انتقال نيرو به شـاسـى واگن مىباشد. در واگنهاى قديمى تر كه اتصالات فقط از نوع كششى بـودند، بخش ضربهگير نيز طرح و ساختمان ساده ترى داشته و صرفاً جهت جذب انرژى ضربات كششى طراحى شده بودند. با توجه به اين كه ضربهگير در هر دو نوع سيستم اتصال غير اتوماتيك و اتوماتيك وجود دارد.